Kim, Seung-Yeon;Kim, Se-Jin;Lee, Hyong-Woo;Ryu, Seung-Wan;Cho, Choong-Ho
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.35
no.4A
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pp.394-400
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2010
Mobile Multi-hop Relaying (MMR) system can provide increased system capacity of wireless access network by coverage extension and enhanced transmission rate within the Base Station (BS) coverage area. The previous researches for the MMR system with a non-transparent mode Relay Station (RS) do not consider channel selection procedure of Mobile Station (MS), co-channel interference and Multi-hop Relay Base Station (MR-BS) coverage and RS coverage ratio in MMR system. In this paper, we investigate the performance of MMR uplink system in multicell environments with various topologies. The performance is presented in terms of call blocking probability, channel utilization, outage probability and system throughput by varying offered load. It is found that, for certain system parameters, the MMR uplink system achieve the maximum system throughput when MR-BS coverage to RS coverage ratio is 7.
Ship ad-hoc network (SANET) extends the coverage of the maritime communication among ships with the reduced cost. To fulfill the growing demands of real-time services, the SANET requires an efficient clock time synchronization algorithm which has not been carefully investigated under the ad-hoc maritime environment. This is mainly because the conventional algorithms only suggest to decrease the beacon collision probability that diminishes the clock drift among the units. However, the SANET is a very large-scale network in terms of geographic scope, e.g., with 100 km coverage. The key factor to affect the synchronization performance is the signal propagation delay, which has not being carefully considered in the existing algorithms. Therefore, it requires a robust multi-hop synchronization algorithm to support the communication among hundreds of the ships under the maritime environment. The proposed algorithm has to face and overcome several challenges, i.e., physical clock, e.g., coordinated universal time (UTC)/global positioning system (GPS) unavailable due to the atrocious weather, network link stability, and large propagation delay in the SANET. In this paper, we propose a logical clock synchronization algorithm with multi-hop function for the SANET, namely multi-hop clock synchronization for SANET (MCSS). It works in an ad-hoc manner in case of no UTC/GPS being available, and the multi-hop function makes sure the link stability of the network. For the proposed MCSS, the synchronization time reference nodes (STRNs) are efficiently selected by considering the propagation delay, and the beacon collision can be decreased by the combination of adaptive timing synchronization procedure (ATSP) with the proposed STRN selection procedure. Based on the simulation results, we finalize the multi-hop frame structure of the SANET by considering the clock synchronization, where the physical layer parameters are contrived to meet the requirements of target applications.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.26
no.11
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pp.1679-1685
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2022
In this paper, we propose an optimal multi-hop transmission scheme to maximize the end-to-end data rate from the source to the destination node in a wireless powered communication network. The frame structure for multi-hop transmission is presented to transmit multi-hop data while harvesting energy. Then, the transmission time of each node that maximizes the end-to-end transmission rate is determined through mathematical analysis in consideration of different harvested energy and link quality among nodes. We derive an optimization problem through system modeling of the considered wireless powered multi-hop transmission, and prove that there is a global optimal solution by verifying the convexity of this optimization problem. This analysis facilitates to find the optimal solution of the considered optimization problem. The proposed optimal multi-hop transmission scheme maximizes the end-to-end rate by allocating the transmission time for each node that equalizes the transmission rates of all links.
Wireless smart sensor networks (WSSNs) have been proposed by a number of researchers to evaluate the current condition of civil infrastructure, offering improved understanding of dynamic response through dense instrumentation. As focus moves from laboratory testing to full-scale implementation, the need for multi-hop communication to address issues associated with the large size of civil infrastructure and their limited radio power has become apparent. Multi-hop communication protocols allow sensors to cooperate to reliably deliver data between nodes outside of direct communication range. However, application specific requirements, such as high sampling rates, vast amounts of data to be collected, precise internodal synchronization, and reliable communication, are quite challenging to achieve with generic multi-hop communication protocols. This paper proposes two complementary reliable multi-hop communication solutions for monitoring of civil infrastructure. In the first approach, termed herein General Purpose Multi-hop (GPMH), the wide variety of communication patterns involved in structural health monitoring, particularly in decentralized implementations, are acknowledged to develop a flexible and adaptable any-to-any communication protocol. In the second approach, termed herein Single-Sink Multi-hop (SSMH), an efficient many-to-one protocol utilizing all available RF channels is designed to minimize the time required to collect the large amounts of data generated by dense arrays of sensor nodes. Both protocols adopt the Ad-hoc On-demand Distance Vector (AODV) routing protocol, which provides any-to-any routing and multi-cast capability, and supports a broad range of communication patterns. The proposed implementations refine the routing metric by considering the stability of links, exclude functionality unnecessary in mostly-static WSSNs, and integrate a reliable communication layer with the AODV protocol. These customizations have resulted in robust realizations of multi-hop reliable communication that meet the demands of structural health monitoring.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.44
no.10
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pp.127-136
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2007
It is easy to install and maintain a mobile multi-hop wireless network due to its self-organizing characteristics. However it has security weakness of the authentication of mobile multi-hop relay stations. Specially, the mobile multi-hop relay network in the IEEE 802.16j has the additional security weakness caused by the requirement of backward compatibility for mobile stations of the conventional IEEE 802.16 system. In this paper, we propose a novel mutual authentication scheme applicable to IEEE 802.16j-based mobile multi-hop relay network architecture. The scheme is able to resolve the initial trust gain problem of a multi-hop node at its entry to the network, the problem of rogue mobile multi-hop node and the problem of hop-by-hop authentication between multi-hop nodes. Effectively, the scheme is a hybrid scheme of the distributed authentication method and the centralized authentication method which have been considered to be deployed in the wireless ad-hoc network and the wireless network connected to wired authentication servers, respectively. Also, we analyze the effectiveness of the proposed hybrid authentication method.
Kumar, Sunil;Sarkar, Mahasweta;Gurajala, Supraja;Matyjas, John D.
Journal of Information Processing Systems
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v.4
no.2
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pp.41-52
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2008
In this paper, we discuss a novel reservation-based, asynchronous MAC protocol called 'Multi-rate Multi-hop MAC Protocol' (MMMP) for multi-hop ad hoc networks that provides QoS guarantees for multimedia traffic. MMMP achieves this by providing service differentiation for multirate real-time traffic (both constant and variable bit rate traffic) and guaranteeing a bounded end-to-end delay for the same while still catering to the throughput requirements of non real time traffic. In addition, it administers bandwidth preservation via a feature called 'Smart Drop' and implements efficient bandwidth usage through a mechanism called 'Release Bandwidth'. Simulation results on the QualNet simulator indicate that MMMP outperforms IEEE 802.11 on all performance metrics and can efficiently handle a large range of traffic intensity. It also outperforms other similar state-of-the-art MAC protocols.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.8
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pp.3823-3840
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2017
This paper analyzes the nodes deployment optimization problem in energy constrained wireless sensor networks, which multi-hop cooperative beamforming (CB) based cooperative-multi-input-single-output (CMISO) transmission is adopted to reduce the energy consumption. Firstly, we establish the energy consumption models for multi-hop SISO, multi-hop DSTBC based CMISO, multi-hop CB based CMISO transmissions under random nodes deployment. Then, we minimize the energy consumption by searching the optimal nodes deployment for the three transmissions. Furthermore, numerical results present the optimal nodes deployment parameters for the three transmissions. Energy consumption of the three transmissions are compared under optimal nodes deployment, which shows that CB based CMISO transmission consumes less energy than SISO and DSTBC based CMISO transmissions. Meanwhile, under optimal nodes deployment, the superiorities of CB based CMISO transmission over SISO and DSTBC based CMISO transmissions can be more obvious when path-loss-factor becomes low.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.33
no.9A
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pp.853-866
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2008
In this paper, a multi-hop relaying transmission scheme is analyzed regarding its feasibility and potentiality in the IEEE 802.22-based cognitive radio (CR) environment. Shortly, basic design issues are addressed such as relay station (RS) deployment and a frame structure of physical channel to escape inter-hop interference. This paper mainly develops a radio resource management scheme based on spectrum sensing results aggregated from CR secondary nodes and improves the opportunistic spectrum sharing efficiency. In particular, a decision rule about a channel availability is made using a distributed sensing method. Subsequently, spectrum allocation and routing path decision procedures are proposed to establish a link from source to destination with a hop-by-hop manner. Simulation results show that the proposed multi-hop relaying scheme is substantially profitable in CR environments if the number of hops and RS deployment are designed in such a way that the spectrum sharing gain is larger than spectrum division loss which is inherently induced in multi-hop relaying systems.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.12
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pp.4967-4986
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2015
Multi-hop relaying communications have great potentials in improving transmission performance by deploying relay nodes. The benefit is critically dependent on the accuracy of the channel state information (CSI) of all the transmitting links. However, the CSI has to be estimated. In this paper, we investigate the channel estimation problem in one-way multi-hop MIMO amplify-and-forward (AF) relay system, where both the two-hop and three-hop communication link exist. Traditional point-to-point MIMO channel estimation methods will result in error propagation in estimating relay links, and separately tackling the channel estimation issue of each link will lose the gain as part of channel matrices involved in multiple communication links. In order to exploit all the available gains, we develop a novel channel estimation model by structuring different communication links using the PARAFAC and PARATUCK2 tensor analysis. Furthermore, a two-stage fitting algorithm is derived to estimate all the channel matrices involved in the communication process. In particular, essential uniqueness is further discussed. Simulation results demonstrate the advantage and effectiveness of the proposed channel estimator.
Multicast data communication is an efficient communication scheme, especially inmulti-hop ad hoc networks where the media access control (MAC) layer is based on one-hop broadcast from one source to multiple receivers. Compared to unicast, multicast over a wireless channel should be able to deal with varying channel conditions of multiple users and user mobility to provide good quality to all users. IEEE 802.11 does not support reliable multicast owing to its inability to exchange request-to-send/clear-to-send and acknowledgement packets with multiple recipients. Thus, several MAC layer protocols have been proposed to provide reliable multicast. However, additional overhead is introduced, as a result, which degrades the system performance. In this paper, we propose an efficient wireless multicast MAC protocol with small control overhead required for reliable multicast in multi-hop wireless ad hoc networks. We present analytical formulations of the system throughput and delay associated with the overhead.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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