Application of network coding in wireless two-way relay channels (TWRC) has received much attention recently because its ability to improve throughput significantly. In traditional designs, network coding operates at upper layers above (including) the link layer and it requires the input packets to be correctly decoded. However, this requirement may limit the performance and application of network coding due to the unavoidable fading and noise in wireless networks. In this paper, we propose a new wireless network coding scheme for TWRC, which is referred to as soft network coding (SoftNC), where the relay nodes applies symbol-by-symbol soft decisions on the received signals from the two end nodes to come up with the network coded information to be forwarded. We do not assume further channel coding on top of SoftNC at the relay node (channel coding is assumed at the end nodes). According to measures of the soft information adopted, two kinds of SoftNC are proposed: amplify-and-forward SoftNC (AF-SoftNC) and soft-bit-forward SoftNC (SBF-SoftNC). We analyze the both the ergodic capacity and the outage capacity of the two SoftNC schemes. Specifically, analytical form approximations of the ergodic capacity and the outage capacity of the two schemes are given and validated. Numerical simulation shows that our SoftNC schemes can outperform the traditional network coding based two-way relay protocol, where channel decoding and re-encoding are used at the relay node. Notable is the fact that performance improvement is achieved using only simple symbol-level operations at the relay node.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.9
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pp.4205-4227
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2018
Network Coding (NC) is an approach recently investigated for increasing the network throughput and thus enhancing the performance of wireless mesh networks. The benefits of NC can further be improved when routing decisions are made with the awareness of coding capabilities and opportunities. Typically, the goal of such routing is to find and exploit routes with new coding opportunities and thus further increase the network throughput. As shown in this paper, in case of proactive routing the coding awareness along with the information of the measured traffic coding success can also be efficiently used to support the congestion avoidance and enable more encoded packets, thus indirectly further increasing the network throughput. To this end, a new proactive routing procedure called Congestion-Avoidance Network Coding-Aware Routing (CANCAR) is proposed. It detects the currently most highly-loaded node and prevents it from saturation by diverting some of the least coded traffic flows to alternative routes, thus achieving even higher coding gain by the remaining well-coded traffic flows on the node. The simulation results confirm that the proposed proactive routing procedure combined with the well-known COPE NC avoids network congestion and provides higher coding gains, thus achieving significantly higher throughput and enabling higher traffic loads both in a representative regular network topology as well as in two synthetically generated random network topologies.
Heide, Janus;Pedersen, Morten V.;Fitzek, Frank H.P.;Larsen, Torben
Journal of Communications and Networks
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v.10
no.4
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pp.403-411
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2008
Energy consumption has been mostly neglected in network coding (NC) research so far. This work investigates several different properties of NC that influence the energy consumption and thus are important when designing NC systems for battery-driven devices. Different approaches to the necessary implementation of coding operations and Galois fields arithmetic are considered and complexity expressions for coding operations are provided. We also benchmark our own mobile phone implementation on a Nokia N95 under different settings. Several NC strategies are described and compared, furthermore expressions for transmission times are developed. It is also shown that the use of NC introduces a trade off between reduction in transmission time and increase in energy consumption.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.12
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pp.3118-3134
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2013
This paper deliberates for a multimedia transmission scheme combining multiple description coding (MDC) and network coding (NC). Our goal is to take advantage from the property of MDC to provide quantized and compressed independent and identically distributed (iid) descriptions and also from the benefit of network coding, which uses network resources efficiently to recover lost data in the network. Recently, p-cycle NC has been introduced to recover and protect any lost or distorted descriptions at the receiver part exactly without need of retransmission. So far, MDC have not been explored using this type of NC. Compressed and coded descriptions are transmitted through the network where p-cycle NC is applied. P-cycle based algorithm is proposed for single and multiple descriptions lost. Results show that in the fixed bit rate, the PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) of our reconstructed image and also subjective evaluation is improved significantly compared to previous work which is averaging method joint with MDC in order to conceal lost descriptions.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.3
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pp.1298-1310
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2019
Network coding (NC) is a promising technology that can improve available bandwidth and packet throughput in wireless sensor networks (WSNs). Sliding window is an improved technology of NC, which is a supplement of TCP/IP technology and can improve data throughput and network lifetime on WSNs. This paper proposes a network coding-based maximum lifetime algorithm for sliding window in WSNs (NC-MLSW) which improves the throughput and network lifetime in WSN. The packets on the source node are sent on the WSNs. The intermediate node encodes the received original packet and forwards the newly encoded packet to the next node. Finally, the destination node decodes the received encoded data packet and recovers the original packet. The performance of the NC-MLSW algorithm is studied using NS2 simulation software and the network packet throughput, network lifetime and data packet loss rate were evaluated. The simulations experiment results show that the NC-MLSW algorithm can obviously improve the network packet throughput and network lifetime.
Kim, Byun-Gon;Kim, Kwan-Woong;Huang, Wei;Yu, C.;Kim, Yong K.
International journal of advanced smart convergence
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v.2
no.1
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pp.6-11
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2013
Network Coding (NC) is a new paradigm for network communication. In network coding, intermediate nodes create new packets by algebraically combining ingress packets and send it to its neighbor node by broadcast manner. NC has rapidly emerged as a major research area in information theory due to its wide applicability to communication through real networks. Network coding is expected to improve throughput and channel efficiency in the wireless multi-hop network. Many researches have been carried out to employ network coding to wireless ad-hoc network. In this paper, we proposed a dynamic queue management to improve coding opportunistic to enhance efficiency of NC. In our design, intermediate nodes are buffering incoming packets to encode queue. We expect that the proposed algorithm shall improve encoding rate of network coded packet and also reduce end to end latency. From the simulation, the proposed algorithm achieved better performance in terms of coding gain and packet delivery rate than static queue management scheme.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38A
no.7
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pp.612-622
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2013
In this paper, we propose a coding packet group-based ARQ scheme (rNC) for file delivery in wireless networks. rNC assumes multiple network coding points between the source and the destination. Each network coding point gathers and codes a group of packets according to the queue polling system. A queue polling system makes a few or several packets available for coding in a queue while polling the other queues in the system. Thus, we assuem a queue polling system at each network coding point. We call this group of packets as coded packet group. Each coding point acknowledges the reception of every code packet group to its previous coding point for reliable delivery. Thus, the intermediate coding points including the source can release its buffer before the packet is delivered to the destination. To guarantee the ultimate file delivery to the destination, the destination sends acknowledgement to the sender. We evaluate our proposed scheme using ns-2 and compare the performance with CodeCast. The results show that rNC works better than CodeCast in terms of packet delivery ratio and control overhead in unreliable wireless networks.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.37B
no.11
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pp.1014-1021
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2012
In this paper, we analyze practical factors to apply the network coding (NC) in the IEEE 802.11s wireless mesh networks. First, we introduce the procedure of the NC in the wireless network. And then we suggest important factors that can cause lower NC gain than theoretical gain. Simulation results show that the NC in wireless networks can reduce the network load but it can cause increased power consumption of wireless nodes. Furthermore, the NC gain can be considerably reduced under the inappropriate network conditions.
Guaranteeing quality of service over a multihop wireless network is difficult because end-to-end (ETE) delay is accumulated at each hop in a multihop flow. Recently, research has been conducted on network coding (NC) schemes as an alternative mechanism to significantly increase the utilization of valuable resources in multihop wireless networks. This paper proposes a new section-based joint NC and scheduling scheme that can reduce ETE delay and enhance resource efficiency in a multihop wireless network. Next, this paper derives the average ETE delay of the proposed scheme and simulates a TDMA network where the proposed scheme is deployed. Finally, this paper compares the performance of the proposed scheme with that of the conventional sequential scheduling scheme. From the performance analysis and simulation results, the proposed scheme gives more delay-and energy-efficient slot assignments even if the NC operation is applied, resulting in a use of fewer network resources and a reduction in ETE delay.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.6
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pp.1668-1688
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2012
Cooperative communications and network coding schemes have been proposed to increase system throughput for ad hoc networks. In this paper, we present throughput and delay analysis of the new network coding-enabled cooperative MAC protocol called NC-MAC, which has been proposed by us in order to significantly enhance system performance. This protocol introduces an approach that can accommodate both cooperative communication and network coding for wireless ad hoc networks by slightly increasing overhead and modifying standards. The protocol's performance is evaluated using mathematical analysis and computer simulation and two performance measures, system throughput and average channel access delay, are used for a performance comparison with previous schemes. It is assumed that all the frames exchanged over a wireless channel are susceptible to transmission errors, which is a new but more reasonable assumption differentiating this research from previous research. Numerical results show this protocol provides significantly enhanced system performance compared with conventional cooperative MAC protocols used in previous research. For instance, system performance is 47% higher using the NC-MAC protocol than when using the rDCF protocol.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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