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네트워크 코딩을 쓰는 언더레이 인지 무선 네트워크에서의 주파수 할당과 경로 선택 기법
Frequency Allocation and Path Selection Scheme in Underlay Cognitive Radio Networks Using Network Coding 원문보기

한국통신학회논문지 = The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, v.40 no.12, 2015년, pp.2372 - 2380  

이도행 (Department of Computer Engineering, Kwangwoon University) ,  이원형 (Department of Computer Engineering, Kwangwoon University) ,  강성민 (Department of Computer Engineering, Kwangwoon University) ,  황호영 (Department of Computer Engineering, Kwangwoon University)

초록
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본 논문에서는 네트워크 코딩을 쓰는 언더레이 인지 무선 네트워크에서의 주파수 할당과 경로 선택 기법을 제안한다. 네트워크 코딩 기법과 언더레이 인지 무선을 같이 고려하여 경로를 선택하고, 선택한 경로로 통신하는 SU들의 전체 시스템 처리율을 최대화 하는 최적화 문제를 제안한다. 제안한 최적화 문제를 다중 차원 다중 선택 배낭 문제로 변환한 후, 선형 계획 완화를 적용하여 전체 시스템 처리율에 대한 이론적인 상한 값을 제시하고, 주어진 환경에 대해서 SU들의 전체 시스템 처리율을 BFS를 통해 구한다. 성능 비교를 위해 링크 품질 기반의 LQF기법에 대한 SU들의 전체 시스템 처리율을 구하고, BFS를 사용한 경우의 SU들의 시스템 처리율과 비교 분석한다. 시뮬레이션을 통해, 네트워크 코딩 적용 시 네트워크 코딩을 적용하지 않는 경우보다 성능이 개선됨을 보이고, 언더레이 인지 무선 네트워크에서 제안한 기법에 대한 BFS를 사용한 SU들의 시스템 처리율이 LQF를 사용한 SU들의 시스템 처리율보다 더 높음을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose frequency allocation and path selection scheme in underlay cognitive radio (CR) networks using network coding. In the proposed scheme, we choose the path with consideration of network coding and interference temperature in underlay CR networks and propose an optimization pr...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 네트워크 코딩은 서로 다른 노드로부터 수신된 정보를 혼합하여 전송 효율을 늘리기 위하여 제안되었다. [9]에서는 XOR 연산을 이용해 수신된 정보를 혼합 하고 방송하는 방식으로 네트워크 코딩을 제안하였다.
  • 본 논문에서는 경로의 링크 품질을 우선적으로 고려하여 경로를 선택하는 링크 품질 우선 탐색(Link Quality First, LQF) 알고리즘을 제시한다. 제시하는 알고리즘은 탐욕 알고리즘으로 최적의 값을 보장하진 않지만 문제에 대한 비교 가능한 값을 허용 가능한 시간 안에 구할 수 있다.
  • 본 논문에서는 네트워크 코딩을 쓰는 언더레이 인지 무선 네트워크에서의 주파수 할당과 경로 선택 기법을 제안하였다. 네트워크 코딩 기법과 언더레이 인지 무선을 같이 고려하여 경로를 선택하고, 선택한 경로로 통신하는 SU들의 전체 시스템 처리율을 최대화하는 최적화 문제를 제안하였다.
  • 본 논문에서는 네트워크 코딩을 쓰는 언더레이 인지 무선 네트워크에서의 주파수 할당과 경로 선택 기법을 제안한다. 본 시스템 모델에서는 TDD 기반 OFDMA를 사용한다.

가설 설정

  •  xij의 값이 1이면 MS i가 경로 j로 통신하고, TDD 기반 통신을 고려하므로 상향 링크와 하향 링크의 종단 간 경로를 동일하게 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
네트워크 코딩은 무엇인가? 기존의 라우터에서는 수신한 정보를 전달 방향으로 송신하는 역할만 수행했다. 반면에, 네트워크 코딩은 기지국(Base Station, BS)과 사용자(Mobile Station, MS) 사이에 중계기(Relay Station, RS)를 배치하고 수신된 정보들을 인코딩하여 방송(broadcast)하고, RS가 방송한 정보를 받은 수신자들이 디코딩을 통해 정보를 해석하는 기법이다. 그림 1은 네트워크 코딩 기반 통신을 도식화한 그림이다.
RLNC의 장점은 무엇인가? RLNC는 노드들이 수신한 정보들을 독립적이고 랜덤하게 선형적으로 인코딩하여 전송하는 방식 으로 동작한다. 이는 네트워크 코딩을 분산적으로 동작시키고 링크 손실과 네트워크 구조 변화에 유동적으로 대처할 수 있다.
인지 무선 시스템은 무엇을 높이기 위해 고안되었는가? 인지 무선(Cognitive Radio, CR) 시스템은 유한한 스펙트럼 자원의 효율성을 높이기 위해 고안되었다[2]. 부차적인 사용자(Secondary User, SU)는 주 사용자 (Primary User, PU)가 사용하는 스펙트럼의 상태를 감지하고, 감지된 스펙트럼을 사용하는 방식에 따라, 언더레이(Underlay), 오버레이(Overlay), 인터위브 (Interweave) 모드로 나뉜다.
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참고문헌 (19)

  1. IEEE Standard 802.16m-2011, IEEE standard for local and metropolitan area networks, Part 16 : Air interface for broadband wireless access systems, Amendment 3 : Advanced air interface, 2011. 

  2. J. Mitola and G. Maguire, "Cognitive radio: making software radios more personal," IEEE Pers. Commun., vol. 6, no. 4, pp. 13-18, 1999. 

  3. J. Mitola, "Cognitive radio: An integrated agent architecture for software defined radio," Doctor of Technology, Royal Inst. Technol. (KTH), Stockholm, Sweden, 2000. 

  4. S. Srikanth, M. Pandian, and X. Fernando, "Orthogonal frequency division multiple access in WiMAX and LTE: a comparison," IEEE Commun. Mag., vol. 50, no. 9, pp. 153-161, Sept. 2012. 

  5. E. Choi, D.-H. Lee, M. Chen, and H. Y. Hwang, "Joint resource allocation and path selection in network coding-based OFDMA relay networks," in Proc. ICUFN, pp. 780- 784, Da Nang, Vietnam, Jul. 2013. 

  6. H. Y. Hwang, H. Lee, I. G. Jeong, I. S. Jung, B. S. Roh, and G. S. Park, "Joint bandwidth allocation and path selection scheme for uplink transmission in IEEE 802.16j networks with cooperative relays," J. KICS, vol. 38C, no. 1, pp. 64-77, Jan. 2013. 

  7. M. S. Park and W. S. Yoon, "Optimized multipath network coding in multirate multi-hop wireless network," J. KICS, vol. 37B, no. 9, pp. 734-740, Sept. 2012. 

  8. D. Lopez-Perez, X. Chu, A. V. Vasilakos, and H. Claussen, "Power minimization based resource allocation for interference mitigation in OFDMA femtocell networks," IEEE J. Sel. Areas in Commun., vol. 32, no. 2, pp. 333- 344, Feb. 2014. 

  9. S. Katti, H. Rahul, W. Hu, D. Katabi, M. Medard, and J. Crowcroft, "XORs in the air: Practical wireless network coding," IEEE/ACM Trans. Netw., vol. 16, no. 3, pp. 497-510, Jun. 2008. 

  10. S. Zhang, S. C. Liew, and P. P. Lam, "Hot topic: physical-layer network coding," in Proc. MobiCom, pp. 358-365, Los Angeles, USA, Sept. 2006. 

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  14. L. B. Le and E. Hossain, "Resource allocation for spectrum underlay in cognitive radio networks," IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 7, no. 12, pp. 5306-5315, Dec. 2008. 

  15. D.-H. Lee, W. H. Lee, E. Choi, and H. Y. Hwang. "Subcarrier allocation and relay selection for uplink transmission in OFDMA-based cognitive radio systems," in Proc. ICTC, pp. 485-487, Jeju, Korea, Oct. 2013. 

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  17. K. H. Lee, S. H. Cho, and J. H. Kim, "Feasibility analysis of network coding applied to IEEE 802.11s wireless mesh networks," J. KICS, vol. 37B, no. 11, pp. 1014-1021, Nov. 2012. 

  18. Y. Lin, B. Liang, and B. Li, "Performance modeling of network coding in epidemic routing," in Proc. ACM MobiOpp, pp. 67-74, San Juan, Puerto Rico, Jun. 2007. 

  19. R. Mansia, C. Alvesa, J. M. Valerio de Carvalhoa, and S. Hanafi, "A hybrid heuristic for the multiple choice multidimensional knapsack problem," Engineering Optimization, vol 45, no. 8, pp. 983-1004, 2013. 

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