بهبود گذردهی در شبکه های توری بی سیم رادیو شناختی چند رادیویی و چند کاناله مشارکتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق، واحد نجف ‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، اصفهان، ایران

2 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد

چکیده

امروزه، فن آوری رادیو شناختی با هدف بهره وری پویا از منابع رادیویی دردسترس، به عنوان الگوی جدیدی برای شبکه های مخابراتی محسوب می شود. ویژگی ناهمگونی در دستیابی به طیف فرکانسی در بین کاربران یک شبکه رادیوشناختی، منجر به ارسال بسته های داده از طریق کانال های چندگانه و در نتیجه، کاهش گذردهی شبکه خواهد شد. این مسأله، در حضور ترافیک های چندپخشی با چالش های بیشتری مواجه می گردد. هدف اصلی این مقاله، کاهش دوره زمانی ترافیک های چندپخشی در شبکه های توری بی سیم رادیوشناختی چند کاناله است. لذا، سعی بر آن است که با بهره گیری توأم از سیاست های کارآمد زمان بندی چندپخشی، ویژگی همه پخشی در شبکه های بی سیم، کدگذاری و روش های مشارکتی اعضای یک گروه و اعضای گروهای مختلف شبکه، به بهبود قابلیت اجرایی شبکه بپردازیم. در این راستا، با اختصاص دادن رادیوهای چندگانه به هر کاربر شبکه، امکان ارسال و دریافت همزمان روی کانال های مختلف را فراهم می نماییم. در انتها، برای شرایطی که هیچ طیف فرکانسی جهت برقراری ارتباط مستقیم یک کاربر با مسیریاب مرکزی وجود نداشته باشد، به کمک روش های مشارکتی در کنار ویژگی همه پخشی در شبکه های بی سیم راهکار جدیدی ارائه می کنیم تا علاوه بر حفظ معیار پایداری به بهبود گذردهی شبکه نیز منجر شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Throughput Improvement in Multi radio Multi channel Wireless Cognitive Radio Mesh Networks

نویسندگان [English]

  • Fahimeh Aghaee 1
  • Avid Avokh 2
1 Department of Electrical Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Esfahan, Iran
2 Assistant Professor-Young Researchers and Elite club, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
چکیده [English]

The classic spectrum management methods cannot efficiently supply the future multicast traffic demands. Recently, the cognitive radio technology has emerged as a promising solution to enhance the spectrum utilization. However, the potential heterogeneity in channel availability among the network users leads to send the packets through multiple channels. This significantly decreases the network throughput. The main goal of this paper is to reduce the multicast period in a single-cell and multi-channel wireless mesh cognitive radio network. In this regard, we jointly exploit the multicast scheduling policies, the intra-groups and inter-groups assistance strategies, and the Wireless Broadcast Advantage (WBA). Based on WBA, a single transmission of a node can simultaneously cover multiple neighboring receivers. In addition, by assigning multiple radios to each network user, we allow the nodes to simultaneously transmit/receive the packets on distinct channels. Numerical results of our comprehensive simulations demonstrate the efficiency of the proposed scheme in term of the network throughput.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wireless cognitive radio mesh networks
  • multi‌ radio
  • multicast period
  • Network coding
[1] F.C. Commission, Spectrum policy task force, Technical report, Nov. 2002.

[2] X. Chen, Z. Zhao, T. Jiang, D. Grace, H. Zhang, “Inter-cluster connection in cognitive wireless mesh networks based on intelligent net work coding,” EURASIP J. Adv. Signal Process., Vol. 10, No. 5, pp.1251 - 1256, 2009.

[3] Y. Tevfik, A. Huseyin, “A survey of spectrum sensing algorithms for cognitive radio applications,” IEEE Commun.survey and tutorials, Vol. 11, No. 1, pp. 116-130, Mar. 2009.

[4] A. Ghasemi, E.S. Sousa, “Spectrum sensing in cognitive rdio networks: requirements, challenges and design trade-offs,” IEEE Commun.Mag, Vol. 46, No. 4, pp. 32–39, Apr. 2008.

[5] L. Geng, Y.C. Liang, F. Chin, “Network coding for wireless ad hoc cognitive radio networks,” In Proc. IEEE PIMRC, pp. 1-5, Sep. 2007.

[6] K.B. Letaief, W. Zhang, “Cooprative communications cognitive radio networks, ” In Proc. IEEE, Vol. 97, No. 5, pp. 878-893, May. 2009.

[7] S. Parvin, F. Khadeer, O.K. Hussain, S. Han, B. Tian, E. Chang, “Cognitive radio networks security:A survay, ”Journal of Net. and Commun. Application, Vol. 35, No. 6, pp. 1691-1708, Nov.2012.

[8] T. Chen, H. Zhang, M. Matinmiko, M.D. Katz, “CogMesh: cognitive wireless mesh networks,” In Proc. IEEE GLOBECOM Workshops, pp.1-6, Nov. 2008.

[9] K.R. Chowdhury, I.F. Akyildiz, “Cognitive wireless mesh networks with dynamic spectrum access,” IEEE J. Sel. Areas Commum., Vol. 26, No. 1, pp. 168-181, Jan. 2008.     

[10] W. Kim, S. Oh, M. Gerla, J.S. Park, “COCAST: multicast mobile ad hoc networks using cognitive radio,” In Proc. IEEE MILCOM, pp. 1-7, Oct. 2009.

[11] W. Jihong, Sh. Wenxiao, J. Feng, “On channel assignment for multicast in multi-radio multi-channel wireless mesh networks: A survey,” IEEE Journals and Mag., Vol. 12, No. 1, pp. 122-135, Jan. 2015.

[12] A.S. Cacciapuoti, M. Caleffi, L. Paura, “Reactive routing for mobile cognitive radio ad hoc networks,” Ad Hoc Net, Vol. 10, No. 10, pp. 803-815, Jul. 2012.

[13] H.M. Almasarid, A.E.Kamal, “Exploiting multichannel diversity for cooperative multicast in cognitive radio mesh networks,” IEEE/ACM  Trans., Vol. 22, No. 3, pp. 770-783,Jun. 2014.

[14] X. Zhu, L. Shen, T.P. Yum, “Analysis of cognitive radio spectrum access with optimal channel reservation, ” IEEE Comput.Letters,Vol. 11, No. 4, pp. 304-306, Apr. 2007.

[15] J. Qadir, A. Baig, A. Ali, Q. Shaf, “Multicasting in cognitive radio networks: algorithms, techniques and protocols,” Journal of Net. and Commun. Application, Vol. 45, pp. 44-61, Jun. 2014.

[16] H.M. Almasaeid, T.H. Jawadwala, A.E. Kamal, “On demand multicast routing in cognitive radio mesh networks,” In Proc.IEEE GLOBECOM, pp. 1-5,Dec. 2010.

[17] Y. Qu, C. Dong, H. Dai, F. Wu, Sh. Tang, H. Wang, CH. Tian, “Network coding-based multicast in multi-hop CRNs under uncertain spectrum availability,” In Proc.IEEE INFOCOM, Apr-May 2015.

[18] R. Krishna, K. Cumanan, Z. Xiong, S. Lambotharan, “Cooperative relays for an underlay cognitive radio network,” IEEE WCSP, pp. 1-4, Nov. 2009.

 [19] O. Simeone, Y. Bar-Ness, U. Spagnolini, “Stable throughput of cognitive radios with and without relaying capability,”IEEE Trans., Vol. 55, No. 12, pp. 2351-2360, Dec. 2007.

[20] A.S. Cacciapuoti, M. Caleffi, L. Paura, “Reactive routing for mobile cognitive radio ad hoc networks,” Ad Hoc Net , Vol. 10, No. 10, pp. 803-815, Jul. 2012.

[21] H.A. Al-Rawi, K.A. Yau, “Routing in distributed cognitive radio networks: a survey,” Springer, Wireless Personal Commun, Vol. 69, No. 4, pp. 1983-2020, Apr. 2013.

[22] A.A. El-Sherif, A. Mohamed, “Joint routing and resource allocation for delay minimization in cognitive radio based mesh networks,” IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 13, No. 1, pp. 186-197, Jan. 2014.

[23] W. Ren, X. Xiao, Q. Zhao, “Minimum-energy multicast tree in cignitive radio networks,” In Proc. IEEE Asilomar Conf., pp. 312-316, Nov.2009.

[24]A. Avokh, G. Mirjalily, J. Abouei, S. Valaee, “On the relationship between multicast/broadcast throughput and resource utilizations in wireless mesh networks,” Hindawi,TSWJ, Communication, Vol. 2013, Nov. 2013.

[25] F.Tang, L. Barolli, J. Li, “A joint design for distributed stable routing and channel assignment over multihop and multi flow mobile Adhoc cognitive networks, ” IEEE Trans. On INDUSTRIAL INFOCOM, Vol. 10, No. 2,pp. 1606-1615,May. 2014.

[26] M. Alicherry, R. Bhatia, L.E. Li “Joint channel assignment and routing for throughput optimization in multiradio wireless mesh networks, ”In Proc. of international conf. on Mobicom’05, Cologne, Germany, pp. 58-72, Aug. 2005.

[27] E. Hossain, D. Niyato, Z. Han, Dynamic Spectrum Access and Management in Cognitive Radio Networks. Cambridge, U.K.: Cambridge Univ. Press, 2009.

[28] A. Avokh, G. Mirjalily, “Performance analysis of broadcasting in small-scale multi-radio multi-channel wireless mesh networks”, In Proc. of ICACT, South Korea, Feb. 2012