International Journal of Computer Science & Network Security
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제22권4호
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pp.27-32
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2022
The fifth generation (5G) mobile communication technology is designed to meet all communication needs. Heterogeneous networks (HetNets) are a new emerging network structure. HetNets have greater potential for radio resource reuse and better service quality than homogeneous networks since they can evolve small cells into macrocells. Effective resource allocation techniques reduce inter-user interference while optimizing the utilization of limited spectrum resources in HetNets. This article discusses resource allocation in 5G HetNets. This paper explains HetNets and how they work. Typical cell types in HetNets are summarized. Also, HetNets models are explained in the third section. The fourth component addresses radio resource control and mobility management. Moreover, future study in this subject may benefit from this article's significant insights on how HetNets function.
With the explosivley increasing demand in wireless telecommunication service, the shortage of radio spectrum has been worsen. The traditional approach of the current fixed spectrum allocation leads to spectrum underutilization. Recently, CR (Cognitive Radio) technologies are proposed to enhance the spectrum utilization by allocating dynamically radio resources to CR Networks. In this study, we consider a radio resource(power, subcarrier) allocation problem for OFDMA-based CRN in which a base station supports a variety of CUs (CRN Users) while avoiding the radio interference to PRN (Primary Radio Network). The problem is mathematically formulated as a general 0-1 IP problem. The optimal solution method for the IP problem requires an unrealistic execution time due to its complexity. Therefore, we propose an heuristic that gives an approximate solution within a reasonable execution time.
Abdul-Ghafoor, Omar B.;Ismail, Mahamod;Nordin, Rosdiadee;El-Saleh, Ayman Abd
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제7권12호
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pp.2957-2986
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2013
The traditional approach of fixed spectrum allocation to licensed networks has resulted in spectrum underutilisation. Cognitive radio technology is envisioned as a promising solution that can be used to resolve the ineffectiveness of the fixed spectrum allocation policy by accessing the underutilised spectrum of existing technologies opportunistically. The implementation of cognitive radio networks (CRNs) faces distinct challenges due to the fact that two systems (i.e., cognitive radio (CR) and primary users (PUs)) with conflicting interests interact with each other. Specially, in self-organised systems such as ad-hoc CRNs (AHCRNs), the coordination of spectrum access introduces challenges to researchers due to rapid utilisation changes in the available spectrum, as well as the multi-hop nature of ad-hoc networks, which creates additional challenges in the analysis of resource allocation (e.g., power control, channel and rate allocation). Instead, game theory has been adopted as a powerful mathematical tool in analysing and modelling the interaction processes of AHCRNs. In this survey, we first review the most fundamental concepts and architectures of CRNs and AHCRNs. We then introduce the concepts of game theory, utility function, Nash equilibrium and pricing techniques. Finally, we survey the recent literature on the game theoretic analysis of AHCRNs, highlighting its applicability to the physical layer PHY, the MAC layer and the network layer.
Journal of information and communication convergence engineering
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제15권1호
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pp.28-36
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2017
The medium access control (MAC) protocol based on dynamic time division multiple access/time division duplex (TDMA/TDD) is responsible for random access control and radio resource allocation in dynamic traffic environments. These functions of random access and resource allocation are very important to prevent wastage of resources and improve MAC performance according to various network conditions. In this paper, we propose new random access and resource allocation schemes to guarantee quality of service (QoS) and provide priority services in a dynamic TDMA/TDD system. First, for the QoS guarantee, we propose an adaptive random access and resource allocation scheme by introducing an access probability. Second, for providing priority service, we propose a priority-based random access and resource allocation scheme by extending the first adaptive scheme in both a centralized and a distributed manner. The analysis and simulation results show that the proposed MAC protocol outperforms the legacy MAC protocol using a simple binary exponential backoff algorithm, and provides good differential performance according to priorities with respect to the throughput and delay.
Abdulghafoor, Omar;Shaat, Musbah;Shayea, Ibraheem;Mahmood, Farhad E.;Nordin, Rosdiadee;Lwas, Ali Khadim
ETRI Journal
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제44권3호
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pp.400-412
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2022
In cognitive radio networks (CRNs), the computational complexity of resource allocation algorithms is a significant problem that must be addressed. However, the high computational complexity of the optimal solution for tackling resource allocation in CRNs makes it inappropriate for use in practical applications. Therefore, this study proposes a power-based pricing algorithm (PPA) primarily to reduce the computational complexity in downlink CRN scenarios while restricting the interference to primary users to permissible levels. A two-stage approach reduces the computational complexity of the proposed mathematical model. Stage 1 assigns subcarriers to the CRN's users, while the utility function in Stage 2 incorporates a pricing method to provide a power algorithm with enhanced reliability. The PPA's performance is simulated and tested for orthogonal frequency-division multiplexing-based CRNs. The results confirm that the proposed algorithm's performance is close to that of the optimal algorithm, albeit with lower computational complexity of O(M log(M)).
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권1호
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pp.91-107
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2014
Device-to-device (D2D) communication is an excellent technology to improve the system capacity by sharing the spectrum resources of cellular networks. Multicast service is considered as an effective transmission mode for the future mobile social contact services. Therefore, multicast based on D2D technology can exactly improve the spectrum resource efficiency. How to apply D2D technology to support multicast service is a new issue. In this paper, a resource allocation scheme based on cognitive radio (CR) for D2D underlay multicast communication (CR-DUM) is proposed to improve system performance. In the cognitive cellular system, the D2D users as secondary users employing multicast service form a group and reuse the cellular resources to accomplish a multicast transmission. The proposed scheme includes two steps. First, a channel allocation rule aiming to reduce the interference from cellular networks to receivers in D2D multicast group is proposed. Next, to maximize the total system throughput under the condition of interference and noise impairment, we formulate an optimal transmission power allocation jointly for the cellular and D2D multicast communications. Based on the channel allocation, optimal power solution is in a closed form and achieved by searching from a finite set and the interference between cellular and D2D multicast communication is coordinated. The simulation results show that the proposed method can not only ensure the quality of services (QoS), but also improve the system throughput.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제9권11호
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pp.4387-4404
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2015
The energy-efficient design of sensing-based spectrum sharing of a multi-input and multi-output (MIMO) cognitive radio (CR) system with imperfect multiple antenna spectrum sensing is investigated in this study. Optimal resource allocation strategies, including sensing time and power allocation schemes, are studied to maximize the energy efficiency (EE) of the secondary base station under the transmit power and interference power constraints. EE problem is formulated as a nonlinear stochastic fractional programming of a nonconvex optimal problem. The EE problem is transformed into its equivalent nonlinear parametric programming and solved by one-dimension search algorithm. To reduce searching complexity, the search range was founded by demonstration. Furthermore, simulation results confirms that an optimal sensing time exists to maximize EE, and shows that EE is affected by the spectrum detection factors and corresponding constraints.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권9호
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pp.3004-3015
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2014
This letter proposes an efficient joint resource allocation scheme for OFDM-based cooperative cognitive radio networks (CRNs) under various practical limitations. Compared with those traditional approaches, which guarantee the transmission rates of cognitive users, the proposed scheme ensures that cognitive users are maintained in proportion to the predefined target rates. Numerical simulation shows that the proposed scheme can achieve a reasonable tradeoff between performance and computational complexity.
Huang, Xiaoge;Chen, Liping;Chen, Qianbin;Shen, Bin
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제10권10호
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pp.4661-4680
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2016
Cognitive radio (CR) technology is an effective solution to the spectrum scarcity issue. Collaborative spectrum sensing is known as a promising technique to improve the performance of spectrum sensing in cognitive radio networks (CRNs). However, collaborative spectrum sensing is vulnerable to spectrum data falsification (SSDF) attack, where malicious users (MUs) may send false sensing data to mislead other secondary users (SUs) to make an incorrect decision about primary user (PUs) activity, which is one of the key adversaries to the performance of CRNs. In this paper, we propose a coalition based malicious users detection (CMD) algorithm to detect the malicious user in CRNs. The proposed CMD algorithm can efficiently detect MUs base on the Geary'C theory and be modeled as a coalition formation game. Specifically, SSDF attack is one of the key issues to affect the resource allocation process. Focusing on the security issues, in this paper, we analyze the power allocation problem with MUs, and propose MUs detection based power allocation (MPA) algorithm. The MPA algorithm is divided into two steps: the MUs detection step and the optimal power allocation step. Firstly, in the MUs detection step, by the CMD algorithm we can obtain the MUs detection probability and the energy consumption of MUs detection. Secondly, in the optimal power allocation step, we use the Lagrange dual decomposition method to obtain the optimal transmission power of each SU and achieve the maximum utility of the whole CRN. Numerical simulation results show that the proposed CMD and MPA scheme can achieve a considerable performance improvement in MUs detection and power allocation.
본 연구에서는 5㎓대역에 대한 각국의 전파 이용 현황, 주파수 및 국내외 정책동향을 분석하였으며, 각국의 초고속 무선접속 시스템에 대한 기술기준 내용과 5㎓대역의 ISM대역에 대한 주파수분배 내용을 연구하였다. 또한 초고속 무선접속시스템을 추진하기 위한 소요대역폭의 계산, 주파수 공유기법과 주파수의 효율적 이용 방안에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구 내용을 바탕으로 5㎓초고속 무선접속시스템을 위한 주파수 확보 방안을 제시하여, 국내 주파수 정책 수립에 필요한 논리적인 근거를 마련함과 동시에 5㎓대역에 대한 주파수 분배 방안을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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