Li, Zhigang;Wang, Xin;Zhang, Junsong;Huang, Wei;Tian, Ye
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.15
no.1
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pp.114-130
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2021
With the drastic growth of Information and Communication Technology (ICT) industry, global energy consumption is exponentially increased by mobile communications. The huge energy consumption and increased environmental awareness have triggered great interests on the research of dynamic distribution of cell user and traffic, and then designing the energy efficient cellular network. In this paper, we explore the temporal and spatial characteristics of human mobility and traffic distribution using real data set. The analysis results of cell traffic illustrate the tidal effect in temporal and spatial dimensions and obvious periodic characteristics which can be used to design Base Station (BS) dynamic with sleeping or shut-down strategy. At the same time, we designed a new Cell Zooming and BS cooperation mode. Through simulation experiments, we found that running in this mode can save about 35% of energy consumption and guarantee the required quality of service.
In a cellular network, if there are too many data users in a cell, data may suffer long delay, and system's quality-of-service (QoS) will degrade. Some traditional schemes such as dynamic channel-allocation scheme (DCA) will assign more channels to hot (or overloaded) cells through a central control system (CC) and the throughput increase will be upper bounded by the number of new channels assigned to the cell. In mobile-assisted data forwarding (MADF), we add an ad-hoc overlay to the fixed cellular infrastructure and special channels-called forwarding channels- are used to connect mobile units in a hot cell and its surrounding cold cells without going through the hot cell's base station. Thus, mobile units in a hot cell can forward data to other cold cells to achieve load balancing. Most of the forwarding-channel management work in MADF is done by mobile units themselves in order to relieve the load from the CC. The traffic increase in a certain cell will not be upper bounded by the number of forwarding channels. It can be more if the users in hot cell are significantly far away from one another and these users can use the same forwarding channels to forward data to different cold neighboring cells without interference. We find that, in a system using MADF, under a certain delay requirement, the throughput in a certain cell or for the whole net-work can be greatly improved.
A default server strategy is a very popular scheme for managing location and state information of mobile hosts in cellular networks. But the communication cost increases if the call requests are frequent and the distant between the default server and the client is long. Still more any connection to a mobile host cannot be established when the default server of the destination mobile host fails. These problems can be solved by replicating default server and by letting nearest replicated default server process the query request which is sent from a client. It is important to allocate replicated default servers efficiently in networks and determine the number of replicated default servers. In this paper, we suggest and evaluate a default server replication strategy to reduce communication costs and to improve service availabilities. Furthermore we propose and evaluate an optimized allocation algorithm and an optimal replication degree for replicating: dofault servers in nn grid networks and binary tree networks.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.11
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pp.5301-5323
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2017
Small cell deployment offers a low-cost solution for the boosted traffic demand in heterogeneous cellular networks (HCNs). Besides improved spatial spectrum efficiency and energy efficiency, future HCNs are also featured with the trend of network architecture convergence and feasibility for flexible mobile applications. To achieve these goals, dual connectivity (DC) is playing a more and more important role to support control/user-plane splitting, which enables maintaining fixed control channel connections for reliability. In this paper, we develop a tractable framework for the downlink SINR analysis of DC assisted HCN. Based on stochastic geometry model, the data-control joint coverage probabilities under multi-frequency and single-frequency tiering are derived, which involve quick integrals and admit simple closed-forms in special cases. Monte Carlo simulations confirm the accuracy of the expressions. It is observed that the increase in mobility robustness of DC is at the price of control channel SINR degradation. This degradation severely worsens the joint coverage performance under single-frequency tiering, proving multi-frequency tiering a more feasible networking scheme to utilize the advantage of DC effectively. Moreover, the joint coverage probability can be maximized by adjusting the density ratio of small cell and macro cell eNBs under multi-frequency tiering, though changing cell association bias has little impact on the level of the maximal coverage performance.
In this paper, we propose and analyze two adaptive channel allocation schemes for supporting multimedia traffics in hierarchical cellular systems. It is guaranteed to satisfy the required quality of service of multimedia traffics according to their characteristics such as a mobile velocity for voice calls and a delay tolerance for multimedia calls. In the scheme 1, only slow-speed voice calls are allowed to overflow from macrocell to microcell and only adaptive multimedia calls can overflow from microcell to macrocell after reducing its bandwidth to the minimum channel bandwidth. In the scheme II, in addition to the first scheme, non-adaptive multimedia calls can occupy the required channel bandwidth through reducing the channel bandwidth of adaptive multimedia calls. The proposed scheme I is analyzed using 2-dimensional Markov model. Through computer simulations, the analysis model and the proposed schemes are compared with the fixed system and two previous studies. In the simulation result, it is shown that the proposed schemes yield a significant improvement in terms of the forced termination probability of handoff calls and the efficiency of channel usage.
In CDMA cellular systems, a handoff process in which the mobile station (MS) can communicate with the target base station without interrupting the communication with the current base station makes contact with the target base station before it breaks with the station it is operating on. An MS requests a soft handoff to a neighbor base station (BS) whenever the pilot strength received from the neighbor BS exceeds the handoff threshold, even though the MS may not actually be approaching to the neighbor BS. Since two traffic channels have to assign to an MS during the soft handoff period, the utilization of traffic channels is wasted. Thus, an analysis of handoff rate is a key to understand and evaluate channel efficiency. In this paper, a simple and straightforward mathematical analysis method for evaluate obtaining direction-based soft handoff rate and the number of handoff calls in CDMA cellular systems is proposed.
Recently, the demand for mobile communications and multimedia services has rapidly increased so that conventional cellular system cannot fulfill the requirement of users (capacity and QoS) any more. Therefore, the hierarchical cellular system has been suggested in order to guarantee the QoS and to admit large population of users. IMT-2000 adopts the hierarchical cellular structure, which requires a call control algorithm capable of manipulating and utilizing the complicated structure of hierarchical cellular structure with handiness and efficiency. In this thesis, as an improvement of conventional combined algorithm, a new call control algorithm considering the moving speed of terminal and bandwidth is suggested. This algorithm employs buffers and guard channels to reduce the failure rate. Also, this algorithm considers the moving speed of terminal and bandwidth to elevate the efficiency. Furthermore, calls are handled separately according to the moving speeds of terminal and bandwidths to improve the QoS and reduce the handover rate. As an evaluation of the suggested algorithm, a model hierarchical cellular system is constructed and simulations are conducted with various types of traffic. As the result of the simulations, such indices as block rate, drop rate, channel utilization, and the number of inter layer handovers are examined to demonstrate the excellency fo the suggested algorithm.
In this paper, a novel air-interface is presented for Fleet-Net1, a self-organizing network for inter-vehicle and vehicle-toroadsidecommunication. The air-interface is based upon the lowchip-rate version of UMTS/TDD. To adapt the cellular UMTS standard to an air-interface for ad hoc networks, changes of the physical layer, medium access control sub-layer and radio resource management are required. An overview of the required modifications is given here. Particularly, a decentralized synchronization mechanism is presented and analyzed by means of simulations. Furthermore, changes for the medium access control are explained in detail, which allow for an efficient operation in partly meshed networks and prioritization. Performance results of the overall system considering throughput and delay are derived by means of analytical evaluations and event-driven simulations. Based on realistic mobility models, it is shown that the presented solution provides a robust communication platform even in vehicular environments. The proposed air-interface is a cost-effective solution not only for inter-vehicle communication, but also for ad hoc networking in general, benefiting from the mass-market of UMTS.
본 논문에서는 계층셀 시스템에서 이동단말의 속도에 따른 채널 할당 기법이 갖는 QoS 차이를 극복하기 위하여 두가지 핸드오프 우선 순위 기법을 제안한다. 첫 번째 기법은 매크로셀에 고속 핸드오프 호를 위한 전용채널을 할당하여 고속 단말의 핸드오프 강제 종료율을 낮추어 줌으로써 서로 다른 속도 그룹에 속한 단말들에게 동일한 서비스 품질을 유지할 수 있도록 한다. 두 번째 제안하는 기법에서는 시스템 내 트래픽 양의 증가시에 발생하는 핸드오프 호의 성능 저하를 방지하기 위하여 마이크로셀 경계에 핸드오프 호를 위한 큐를 도입한다. 시뮬레이션 결과 핸드오프 호 강제 종료율에 있어서 높은 성능 개선을 보이며 특히 저속 단말에 준하는 수준으로 고속 단말의 QoS를 보장하였다. 또한 오버플로우 대 테이크백 비율(the ratio of take-back to overflow)을 고려할 때 기존 방식에 비하여 제안하는 방식에서 보다 많은 호가 올바른 셀 계층에서 진행하게 되어 전체 시스템의 효율을 높이는 것을 확인하였다.
Bandwidth is an extremely valuable and scarce resource in a wireless network. Therefore, efficient bandwidth management is necessary in order to provide high quality service to users with different requirements. In this paper, we propose a bandwidth reservation algorithm based on Nash Bargaining Solution. The proposed algorithm has low complexity and are quite flexible in the different situations of network. Simulation results indicate that the proposed scheme has excellent performance than other existing schemes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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