The non-orthogonal multiple access (NOMA) technique offers throughput improvement to meet the demands of the future generation of wireless communication networks. The objective of this work is to further improve the throughput by including an underlay cognitive radio network with an existing multi-carrier NOMA network, using cooperative communication. The throughput is maximized by optimal resource allocation, namely, power allocation, subcarrier assignment, relay selection, user pairing, and subcarrier pairing. Optimal power allocation to the primary and secondary users is accomplished in a way that target rate constraints of the primary users are not affected. The throughput maximization is a combinatorial optimization problem, and the computational complexity increases as the number of users and/or subcarriers in the network increases. To this end, to reduce the computational complexity, a dynamic network resource allocation algorithm is proposed for combinatorial optimization. The simulation results show that the proposed network improves the throughput.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.15
no.5
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pp.1728-1743
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2021
Three-dimensional (3D) video scenes are complex and difficult to control, especially when scene switching occurs. In this paper, we propose two algorithms based on an incremental proportional-integral-derivative (PID) algorithm and a similarity analysis between views to improve the method of bit allocation for multi-view high efficiency video coding (MV-HEVC). Firstly, an incremental PID algorithm is introduced to control the buffer "liquid level" to reduce the negative impact on the target bit allocation of the view layer and frame layer owing to the fluctuation of the buffer "liquid level". Then, using the image similarity between views is used to establish, a bit allocation calculation model for the multi-view video main viewpoint and non-main viewpoint is established. Then, a bit allocation calculation method based on hierarchical B frames is proposed. Experimental simulation results verify that the algorithm ensures a smooth transition of image quality while increasing the coding efficiency, and the PSNR increases by 0.03 to 0.82dB while not significantly increasing the calculation complexity.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.3
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pp.794-815
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2023
The rapid development of mobile communication not only has made the industry gradually diversified, but also has enhanced the service quality requirements of users. In this regard, it is imperative to consider jointly network slicing and mobile edge computing. The former mainly ensures the requirements of varied vertical services preferably, and the latter solves the conflict between the user's own energy and harsh latency. At present, the integration of the two faces many challenges and need to carry out at different levels. The main target of the paper is to minimize the energy consumption of the system, and introduce a multi-slice joint task offloading and resource allocation scheme for massive multiple input multiple output enabled heterogeneous networks. The problem is formulated by collaborative optimizing offloading ratios, user association, transmission power and resource slicing, while being limited by the dissimilar latency and rate of multi-slice. To solve it, assign the optimal problem to two sub-problems of offloading decision and resource allocation, then solve them separately by exploiting the alternative optimization technique and Karush-Kuhn-Tucker conditions. Finally, a novel slices task offloading and resource allocation algorithm is proposed to get the offloading and resource allocation strategies. Numerous simulation results manifest that the proposed scheme has certain feasibility and effectiveness, and its performance is better than the other baseline scheme.
Wu, N.Eva;Guo, Yan;Huang, Kun;Ruschmann, Matthew C.;Fowler, Mark L.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.6
no.3
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pp.351-363
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2008
This paper is concerned with tasking and guidance of networked airborne sensors to achieve fault-tolerant sensing. The sensors are coordinated to locate hostile transmitters by intercepting and processing their signals. Faults occur when some sensor-carrying vehicles engaged in target location missions are lost. Faults effectively change the network architecture and therefore degrade the network performance. The first objective of the paper is to optimally allocate a finite number of sensors to targets to maximize the network life and availability. To that end allocation policies are solved from relevant Markov decision problems. The sensors allocated to a target must continue to adjust their trajectories until the estimate of the target location reaches a prescribed accuracy. The second objective of the paper is to establish a criterion for vehicle guidance for which fault-tolerant sensing is achieved by incorporating the knowledge of vehicle loss probability, and by allowing network reconfiguration in the event of loss of vehicles. Superior sensing performance in terms of location accuracy is demonstrated under the established criterion.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.3
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pp.921-940
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2015
In this paper, we investigate the multi-resource allocation problem, a unique feature of which is that the multiple resources can compensate each other while achieving the desired system performance. In particular, power and time allocations are jointly optimized with the target of energy efficiency under the resource-limited constraints. Different from previous studies on the power-time tradeoff, we consider a multi-server case where the concurrent serving users are quantitatively restricted. Therefore user selection is investigated accompanying the resource allocation, making the power-time tradeoff occur not only between the users in the same server but also in different servers. The complex multivariate optimization problem can be modeled as a variant of 2-Dimension Bin Packing Problem (V2D-BPP), which is a joint non-linear and integer programming problem. Though we use state decomposition model to transform it into a convex optimization problem, the variables are still coupled. Therefore, we propose an Iterative Dual Optimization (IDO) algorithm to obtain its optimal solution. Simulations show that the joint multi-resource allocation algorithm outperforms two existing non-joint algorithms from the perspective of energy efficiency.
Reliability allocation is defined as a problem of determination of the reliability for subsystems and components to achieve target system reliability. The determination of both optimal component reliability and the number of component redundancy allowing mixed components to maximize the system reliability under resource constraints is called reliability-redundancy allocation problem(RAP). The main objective of this study is to suggest a mathematical programming model and a hybrid parallel genetic algorithm(HPGA) for reliability-redundancy allocation problem that decides both optimal component reliability and the number of component redundancy to maximize the system reliability under cost and weight constraints. The global optimal solutions of each example are obtained by using CPLEX 11.1. The component structure, reliability, cost, and weight were computed by using HPGA and compared the results of existing metaheuristic such as Genetic Algoritm(GA), Tabu Search(TS), Ant Colony Optimization(ACO), Immune Algorithm(IA) and also evaluated performance of HPGA. The result of suggested algorithm gives the same or better solutions when compared with existing algorithms, because the suggested algorithm could paratactically evolved by operating several sub-populations and improve solution through swap, 2-opt, and interchange processes. In order to calculate the improvement of reliability for existing studies and suggested algorithm, a maximum possible improvement(MPI) was applied in this study.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.22
no.5
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pp.540-548
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2012
The Weapon Target Allocation(WTA) problem is the NP-Complete problem. The WTA problem is that the threatful air targets are assigned by weapon of allies for killing the targets. A good solution of NP-complete problem is heuristic algorithms. Genetic algorithms are commonly used heuristic for global optimization, and it is good solution on the diverse problem domain. But there has been very little research done on the generation of their initial population. The initialization of population is one of the GA step, and it decide to initial value of individuals. In this paper, we propose to the population initialization method to improve a Genetic Algorithm. When it initializes population, the proposed algorithm reflects the characteristics of the WTA problem domain, and inherits the dominant gene. In addition, the search space widely spread in the problem space to find efficiently the good quality solution. In this paper, the proposed algorithm to verify performance examine that an analysis of various properties and the experimental results by analyzing the performance compare to other algorithms. The proposed algorithm compared to the other initialization methods and a general genetic algorithm. As a result, the proposed algorithm showed better performance in WTA problem than the other algorithms. In particular, the proposed algorithm is a good way to apply to the variety of situation WTA problem domain, because the proposed algorithm can be applied flexibly to WTA problem by the adjustment of RMI.
In recent warfare, the performance improvement of air weapon systems enables an aircraft to strike multiple targets on a single sortie. Further, aircrafts attacking targets may carry out an operation as a strike package that is composed of bombers, escort aircrafts, SEAD (Suppression of Enemy Air Defenses) aircrafts and etc. In this paper, we present an aircraft allocation model that allocates multiple targets to a single sortie in the form of a strike package. A mixed integer programming is developed and solved by using a commercially available software. The new model is better than existing ones because not only it allocates aircrafts to multiple targets but also it models the concept of the strike package. We perform a computational experiment to compare the result of the new model with that of existing ones, and perform sensitivity analysis by varying a couple of important parameters.
Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.43
no.3
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pp.203-212
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2017
Emissions Trading System (ETS) is utilized in many countries, including South Korea, as an efficient policy to abate GHG (Greenhouse Gas) emissions. Grandfathering on the basis of historic emissions is used as the way to allocate permits in South Korea. It, however, has caused an increase in the emission permits and lack of equity. To overcome these drawbacks, we propose an alternative DEA model for centralized allocation of emission abatement to evaluate the amount of emissions abatement by company based on the energy efficiency. In addition, an empirical analysis of 36 assigned companies for ETS in Korean metal industry is conducted to validate the feasibility of the proposed model. The result of the analysis shows that energy-efficient companies achieve reduced target of the emissions abatement and companies with low energy efficiency score are turned out to have contrary outcome, against the result of applying Grandfathering.
Journal of the Korean Operations Research and Management Science Society
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v.34
no.4
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pp.43-56
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2009
In korean peninsular, aircraft defense with SAM (Surface-to-Air Missile) is very important because of short range of combat space in depth. Effective and successful defense operation largely depends on two factors, SAM's location and the number of SAM for each target based on missile's availability in each SAM's location. However, most previous papers have handled only the former. In this paper, we developed Set covering model which can handle both factors simultaneously and Multi-heuristic algorithm for solving allocation problem of the batteries and missile assignment problem in each battery. Genetic algorithm is used to decide optimal location of the batteries. To determine the number of SAM, a heuristic algorithm is applied for solving missile assignment problem. If the proposed model is applied to allocation of SAM, it will improve the effectiveness of air defense operations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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