Opportunistic spectrum access (OSA) allows unlicensed users to share licensed spectrum in space and time with no or little interference to primary users, with bring new research challenges in MAC design. We propose a cognitive MAC protocol using statistical channel utilization information and selecting appropriate spectrum hole for multi-channel data transmission. The protocol based on the CSMA/CA, exploits statistics of spectrum usage for decision making on channel access.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제6권7호
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pp.1777-1791
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2012
This paper considers a downlink cognitive radio (CR) network where one secondary user (SU) and one primary user (PU) share the same base station (BS). The spectrum of interest is divided into a set of independent, orthogonal subchannels. The communication of the PU is of high priority and the quality of service (QoS) is guaranteed by the minimum rate constraint. On the other hand, the communication of the SU is of low priority and the SU opportunistically accesses the subchannels that were previously discarded by the PU during power allocation. The BS assigns fractions ?? and 1 ?? of the total available transmit power to the PU and the SU respectively. Two power allocation schemes with opportunistic subchannel access are proposed, in which the optimal values of ??'s are also obtained. The objective of one scheme is to maximize the rate of the SU, and the objective of the other scheme is to maximize the sum rate of the SU and the PU, both under the PU minimum rate constraint and the total transmit power constraint. Extensive simulation results are obtained to verify the effectiveness of the proposed schemes.
As a solution to spectrum under-utilization problem, Cognitive radio (CR) introduces a dynamic spectrum access technology. In the area, one of the most important problems is how secondary users (SUs) should choose between the available channels, which means how to achieve load balancing between channels. We consider spectrum load balancing problem for CR system in frequency domain and especially in time domain. Our objective is to balance the load among the channels and balance the occupied time length of slots for a fixed channel dynamically in order to obtain a user-optimal solution. In frequency domain, we refer to Dynamic Noncooperative Scheme with Communication (DNCOOPC) used in distributed system and a distributed Dynamic Spectrum Load Balancing algorithm (DSLB) is formed based on DNCOOPC. In time domain, Spectrum Load Balancing method with QoS support is proposed based on Dynamic Feed Back theory and Hash Table (SLBDH). The performance of DSLB and SLBDH are evaluated. In frequency domain, DSLB is more efficient compared with existing Compare_And_Balance (CAB) algorithm and gets more throughput compared with Spectrum Load Balancing (SLB) algorithm. Also, DSLB is a fair scheme for all devices. In time domain, SLBDH is an efficient and precise solution compared with Spectrum Load Smoothing (SLS) method.
We consider a cognitive network with a primary and a secondary channel. Primary users have higher priority on the usage of the primary channel, and secondary users are allowed to opportunistically access the primary channel at times when the channel is not occupied by primary users. The secondary channel is dedicated only to secondary users. An analytical model is presented to obtain the performance of an opportunistic spectrum access using both the primary and secondary channels, and is validated by simulations.
Cognitive radio (CR) has been proposed to solve the spectrum utilization problem by dynamically exploiting the unused spectrum. In CR networks, a spectrum selection scheme is an important process to efficiently exploit the spectrum holes, and an efficient channel allocation scheme must be designed to minimize interference to the primary network as well as to achieve better spectrum utilization. In this paper, we propose a multichannel selection algorithm that uses spectrum hole prediction to limit the interference to the primary network and to exploit channel characteristics in order to enhance channel utilization. The proposed scheme considers both the interference length and the channel capacity to limit the interference to primary users and to enhance system performance. By using the proposed scheme, channel utilization is improved whereas the system limits the collision rate of the CR packets.
Journal of information and communication convergence engineering
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제13권4호
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pp.221-227
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2015
Spectrum sensing plays an essential role in a cognitive radio network, which enables opportunistic access to an underutilized licensed spectrum. In conventional cooperative spectrum sensing (CSS), all cognitive users (CUs) in the network spend the same amount of time on spectrum sensing and waste time in remaining silent when other CUs report their sensing results to the fusion center. This problem is solved by the superposition cooperative spectrum sensing (SPCSS) scheme, where the sensing time of a CU is extended to the reporting time of the other CUs. Subsequently, SPCSS assigns the CUs different sensing times and thus affects both the sensing performance and the throughput of the system. In this paper, we propose an algorithm to determine the optimal sensing time of each CU for SPCSS that maximizes the achieved system throughput. The simulation results prove that the proposed scheme can significantly improve the throughput of the cognitive radio network compared with the conventional CSS.
Cognitive radio (CR) features opportunistic access to spectrum when licensed users (LU) are not operating. To avoid interference to LU, cognitive users (CU) need to perform spectrum sensing. Because of local shadowing, fading, or limited sensing capability, it is suggested that multiple CUs cooperate to detect LU. In cooperative spectrum sensing, CUs should exchange their sensing data with minimum bandwidth and delay. In this paper, we introduce a novel method to efficiently report sensing data to the central node in an infrastructured OFDM-based CR network. All CUs simultaneously report their sensing data over unique and orthogonal signals on locally available subcarriers. By detecting the signals, the central node can determine subcarrier availability for each CU. Implementation challenges are identified and then their solutions are suggested. The proposed method is evaluated through simulation on a realistic channel model. The results show that the proposed method is feasible and efficient.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제9권1호
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pp.331-343
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2015
We propose a distributed medium access control protocol for cognitive radio networks to opportunistically utilize multiple channels. Under the proposed protocol, cognitive radio nodes forecast and rank channel availability observing primary users' activities on the channels for a period of time by time series analyzing using smoothing models for seasonal data by Winters' method. The proposed approach protects primary users, mitigates channel access delay, and increases network performance. We analyze the optimal time to sense channels to avoid conflict with the primary users. We simulate and compare the proposed protocol with the existing protocol. The results show that the proposed approach utilizes channels more efficiently.
무선 에너지 하비스팅 기술은 주로 무선 통신 네트워크에서 전력소모가 적은 무선 통신 장치들을 동작시키기 위해 주변 환경으로부터 RF 신호를 수집, 에너지로 변환하는 기술로 최근 각광을 받고 있다. 이와 같은 기술과 기존의 인지무선(Cognitive Radio) 네트워크 모델을 기반으로, 본 논문에서는 적은 파워 소비를 하는 2차 유저(Secondary User)가 근처에서 동작 중인 1차 유저(Primary User)의 특정 거리 안에 존재할 때 1차 유저가 전송한 통신 신호로부터 무선에너지 하비스팅을 하고 특정 거리 밖에 존재할 때 우선 사용자에게 할당되어 있는 허가대역을 주기적으로 센싱, 선택적으로 접근하는 무선에너지 하비스팅 인지무선 네트워크 모델을 제시한다. 이 때 1차 유저와 2차 유저는 Poisson pont process로 분포되어있고 통신을 하고 있는 수신자들과 일정한 거리로 떨어져있다. 위와 같은 네트워크 모델에서 주어진 여러 가지 조건하에 2차 유저 네트워크 처리량을 최대화할 수 있는 최적의 프레임 주기, 전송파워, 2차 유저 밀도 제안하고 앞으로의 연구방향을 제시한다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제7권9호
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pp.2081-2100
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2013
In this paper, we propose a cooperative hybrid spectrum sharing protocol by jointly considering interweave (opportunistic) and underlay schemes. In the proposed protocol, secondary users can access the licensed spectrum along with the primary system. Our network scenario comprises a single primary transmitter-receiver (PTx-PRx) pair and a group of M secondary transmitter-receiver (STx-SRx) pairs within the transmission range of the primary system. Secondary transmitters are divided into two groups: active and inactive. A secondary transmitter that gets an opportunity to access the secondary spectrum is called "active". One of the idle or inactive secondary transmitters that achieves the primary request target rate $R_{PT}$ will be selected as a best decode-and-forward (DF) relay (Re) to forward the primary information when the data rate of the direct link between PTx and PRx falls below $R_{PT}$. We investigate the ergodic capacity and outage probability of the primary system with cooperative relaying and outage probability of the secondary system. Our theoretical and simulation results show that both the primary and secondary systems are able to achieve performance improvement in terms of outage probability. It is also shown that ergodic capacity and outage probability improve when the active secondary transmitter is located farther away from the PRx.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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