Exploiting the energy-delay tradeoff for energy saving is critical for developing green wireless communication systems. In this paper, we investigate the delay-constrained energy-efficient packet transmission. We aim to minimize the energy consumption of multiple randomly arrived packets in an additive white Gaussian noise channel subject to individual packet delay constraints, by taking into account the practical on-off circuit power consumption at the transmitter. First, we consider the offline case, by assuming that the full packet arrival information is known a priori at the transmitter, and formulate the energy minimization problem as a non-convex optimization problem. By exploiting the specific problem structure, we propose an efficient scheduling algorithm to obtain the globally optimal solution. It is shown that the optimal solution consists of two types of scheduling intervals, namely "selected-off" and "always-on" intervals, which correspond to bits-per-joule energy efficiency maximization and "lazy scheduling" rate allocation, respectively. Next, we consider the practical online case where only causal packet arrival information is available. Inspired by the optimal offline solution, we propose a new online scheme. It is shown by simulations that the proposed online scheme has a comparable performance with the optimal offline one and outperforms the design without considering on-off circuit power as well as the other heuristically designed online schemes.
Park Dae-Jin;Yang Suck-Chel;Kim Jong-Won;Yoo Myung-Sik;Lee Won-Cheol;Shin Yo-An
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.31
no.7C
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pp.680-690
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2006
In this paper, we present a bit allocation scheme based on grouped sub-channels for MIMO-OFDM (Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) systems using V-BLAST (Vertical-Bell laboratories LAyered Space-Time) detector. A fully adaptive modulation and coding scheme may provide optimal performance in the MIMO-OFDM systems, however it requires excessive feedback information. Instead, SBA (Simplified Bit Allocation) scheme for reduction of feedback overhead, which applies the same modulation and coding to all the good sub-channels, may be considered. The proposed scheme in this paper named SBA-GS (Simplified Bit Allocation based on Grouped Sub-channels) groups sub-channels and assigns the same modulation and coding to the set of selected sub-channel groups. Simulation results show that the proposed scheme achieves comparable bit error rate performance of the conventional SBA scheme, while significantly reducing the feedback overhead in multipath channels with small delay spreads.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.1
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pp.35-41
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2017
To solve the shortage of radio spectrum and utilize spectrum resource more efficiently, cognitive radio technologies are proposed, and many studies on cognitive radio have been conducted. Multi-hop routing is one of the important technologies to enable the nodes to transmit data further with lower power in ad-hoc cognitive radio networks. In a multi-channel cognitive radio networks, each channel should be allocated to minimize interference to primary users. In the multi-hop routing, channel allocation should consider the inter-channel interference to maximize network throughput. In this paper, we propose multi-channel scheduling scheme which minimizes inter-channel interferences and avoids collision with primary users for the multi-hop multi-channel cognitive radio networks. The proposed scheduling is designed to determine both of routing path and channel selection. The performance of proposed channel allocation scheme is evaluated by the computer simulation in the aspect of capacity and collision rate.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.22
no.3
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pp.520-526
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2018
In this paper, considering the superposition transmission-based wireless cooperative multicast communication system (ST-CMS) with multiple relays and destinations, we propose a relay selection scheme to improve the data rate of multicast communication. In addition, we adopt the optimal power allocation coefficient for the superposition transmission to maximize the data rate of the proposed relay selection scheme. To propose the relay selection scheme, we derive an approximate expression for the data rate of the ST-CMS, and present the relay selection scheme using only partial channel state information based on the approximate expression. Moreover, we derive an approximate average data rate of the proposed relay selection scheme. Through numerical investigation, comparing the average data rates of the proposed relay selection scheme and the optimal relay selection scheme using full channel state information, we show that the proposed scheme provides extremely similar performance to the optimal scheme in the high signal-to-noise power ratio region.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.37
no.4A
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pp.227-238
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2012
In this paper, we propose a practical time-division half-duplex Estimate and Forward (EF) relaying protocol. The conventional EF relaying protocol works well only when the relay node is near the destination node. The proposed EF relaying protocol, however, determines adaptively relay parameters such as the quantization level of relay node and the power allocation between source and relay nodes according to the channel conditions. By doing so, the proposed EF relaying protocol provides low probability of bit error even when the relay node is far from the destination node. Consequently, the proposed EF protocol is suitable for the mobile relay systems. It is shown by simulations that the proposed EF relaying protocol shows lower bit error rate for all relay positions than a conventional EF protocol.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.6
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pp.2094-2114
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2022
Due to the wide application of fifth generation communication, wireless sensor networks have become an indispensable part in our daily life. In this paper, we analyze physical layer security for two-way relay with energy harvesting (EH), where power splitter is considered at relay. And two kinds of combined methods, i.e., selection combining (SC) and maximum ratio combining (MRC) schemes, are employed at eavesdropper. What's more, the closed-form expressions for security performance are derived. For comparison purposes, this security behaviors for orthogonal multiple access (OMA) networks are also investigated. To gain deeper insights, the end-to-end throughput and approximate derivations of secrecy outage probability (SOP) under the high signal-to-noise ratio (SNR) regime are studied. Practical Monte-Carlo simulative results verify the numerical analysis and indicate that: i) The secure performance of SC scheme is superior to MRC scheme because of being applied on eavesdropper; ii) The secure behaviors can be affected by various parameters like power allocation coefficients, transmission rate, etc; iii) In the low and medium SNR region, the security and channel capacity are higher for cooperative non-orthogonal multiple access (NOMA) systems in contrast with OMA systems; iv) The systematic throughput can be improved by changing the energy conversion efficiency and power splitting factor. The purpose of this study is to provide theoretical direction and design of secure communication.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.3
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pp.1311-1324
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2019
In the traditional cellular network communication, the cellular user and the base station exchange information through the uplink channel and downlink channel. Meanwhile, device-to-device (D2D) users access the cellular network by reusing the channel resources of the cellular users. However, when cellular user channel conditions are poor, not only D2D user cannot reuse its channel resources to access the network, but also cellular user's communication needs cannot be met. To solve this problem, we introduced a novelty D2D communication mechanism in the downlink, which D2D transmitter users as half-duplex (HD) relays to assist the downlink transmission of cellular users with reusing corresponding spectrum. The optimization goal of the system is to make the cellular users in the bad channel state meet the minimum transmission rate requirement and at the same time maximize the throughput of the D2D users. In addition, i for the purpose of improving the efficiency of relay transmission, we use two-antenna architecture of D2D relay to enable receive and transmit signals at the same time. Then we optimized power of base station and D2D relay separately with consideration of backhaul interference caused by two-antenna architectures. The simulation results show that the proposed HD relay strategyis superior to existing HD and full-duplex (FD) models in the aspects of system throughput and power efficiency.
International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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v.12
no.1
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pp.67-72
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2020
The fifth generation (5G) mobile communication has an impact on the human life over the whole world, nowadays, through the artificial intelligence (AI) and the internet of things (IoT). The low latency of the 5G new radio (NR) access is implemented by the state-of-the art technologies, such as non-orthogonal multiple access (NOMA). This paper investigates a practical issue that in NOMA, for the practical channel models, such as fading channel environments, the successive interference cancellation (SIC) should be performed on the stronger channel users with low power allocation. Only if the SIC is performed on the user with the stronger channel gain, NOMA performs better than orthogonal multiple access (OMA). Otherwise, NOMA performs worse than OMA. Such the superiority requirement can be easily implemented for the channel being static or slow varying, compared to the block interval time. However, most mobile channels experience fading. And symbol by symbol channel estimations and in turn each symbol time, selections of the SIC-performing user look infeasible in the practical environments. Then practically the block of symbols uses the single channel estimation, which is obtained by the training sequence at the head of the block. In this case, not all the symbol times the SIC is performed on the stronger channel user. Sometimes, we do perform the SIC on the weaker channel user; such cases, NOMA performs worse than OMA. Thus, we can say that by what percent NOMA is better than OMA. This paper calculates analytically the percentage by which NOMA performs better than OMA in the practical mobile communication systems. We show analytically that the percentage for NOMA being better than OMA is only the function of the ratio of the stronger channel gain variance to weaker. In result, not always, but almost time, NOMA could perform better than OMA.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.1
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pp.93-113
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2020
According to information theory, non-orthogonal transmission can achieve the multiple-user channel capacity with an onion-peeling like successive interference cancellation (SIC) based detection followed by a capacity approaching channel code. However, in multiple antenna system, due to the unideal characteristic of the SIC detector, the residual interference propagated to the next detection stage will significantly degrade the detection performance of spatial data layers. To overcome this problem, we proposed a modified power-domain non-orthogonal multiple access (P-NOMA) scheme joint designed with space-time coding for multiple input multiple output (MIMO) NOMA system. First, with proper power allocation for each user, inter-user signals can be separated from each other for NOMA detection. Second, a well-designed quasi-orthogonal space-time block code (QO-STBC) was employed to facilitate the SIC-based MIMO detection of spatial data layers within each user. Last, we proposed an optimization algorithm to assign channel coding rates to balance the bit error rate (BER) performance of those spatial data layers for each user. Link-level performance simulation results demonstrate that the proposed time-space-power domain joint transmission scheme performs better than the traditional P-NOMA scheme. Furthermore, the proposed algorithm is of low complexity and easy to implement.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.5
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pp.1998-2014
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2016
In recent years, cloud computing services based on smart phones and other mobile terminals have been a rapid development. Cloud computing has the advantages of mass storage capacity and high-speed computing power, and it can meet the needs of different types of users, and under the background, mobile cloud computing (MCC) is now booming. In this paper, we have put forward a new classification-based virtual machine placement (CBVMP) algorithm for MCC, and it aims at improving the efficiency of virtual machine (VM) allocation and the disequilibrium utilization of underlying physical resources in large cloud data center. By simulation experiments based on CloudSim cloud platform, the experimental results show that the new algorithm can improve the efficiency of the VM placement and the utilization rate of underlying physical resources.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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