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Modeling and delay performance analysis of wireless regional area networks under incumbent coexistence and self‐coexistence with multichannel operations
International Journal of Communication Systems ( IF 1.7 ) Pub Date : 2020-11-16 , DOI: 10.1002/dac.4681 Sheraz Khan 1 , Poompat Saengudomlert 2 , Attaphongse Taparugssanagorn 1
International Journal of Communication Systems ( IF 1.7 ) Pub Date : 2020-11-16 , DOI: 10.1002/dac.4681 Sheraz Khan 1 , Poompat Saengudomlert 2 , Attaphongse Taparugssanagorn 1
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Incumbent coexistence and self‐coexistence are common among wireless regional area networks (WRANs) using TV white space (TVWS) due to their large coverages and opportunistic spectrum access. Among incumbents of WRANs are wireless microphones (WMs) whose frequent ON–OFF activities result in intermittent availability of transmission channels. In this work, WRANs under self‐coexistence in addition to incumbent coexistence are modeled for queueing analysis using two‐dimensional (2D) Markov chains taking into account intermittent channel availability for multichannel operations. The proposed models are created based on the widely used ON–OFF Markov chain model for an individual transmission channel. The Markov chain structures depend on the number of WRANs under self‐coexistence as well as the number of transmission channels. In order to reduce the computational complexity associated with a large number of channels, truncated Markov chain models are proposed so that the scenarios with more channels than WRANs can be analyzed with the same complexity as the scenarios with the same number of channels and WRANs. The matrix geometric method is used to numerically compute steady‐state probabilities of the Markov chain, which are then used to evaluate the mean packet delay performance. These results are then used to quantify the mean packet delay obtained from channel sharing among WRANs under self‐coexistence with multichannel operations. Finally, the impact of varying the number of channels as well as varying the ON‐OFF durations of each channel on the delay performance is observed.
中文翻译：
多信道操作下共存和自存的无线局域网建模与时延性能分析
现有的共存和自我共存在使用电视空白（TVWS）的无线区域网（WRAN）中很常见，这是因为它们的覆盖范围广且机会频谱接入。WRAN中的一员是无线麦克风（WM），其频繁的ON-OFF活动会导致传输信道的间歇性可用性。在这项工作中，除了考虑现有共存之外，还将使用自存共存的WRAN建模为使用二维（2D）马尔可夫链进行排队分析，同时考虑到多信道操作的间歇性信道可用性。根据广泛使用的ON-OFF马尔可夫链模型为单个传输通道创建建议的模型。马尔可夫链结构取决于自我共存下的WRAN数量以及传输通道的数量。为了减少与大量信道相关的计算复杂度，提出了截断的马尔可夫链模型，以便可以分析具有比WRAN多的信道的场景，并且具有与具有相同数目的信道和WRAN的场景相同的复杂度。矩阵几何方法用于数值计算马尔可夫链的稳态概率，然后用于评估平均数据包延迟性能。然后，将这些结果用于量化在与多信道操作共存的情况下从WRAN之间的信道共享中获得的平均数据包延迟。最后，观察到改变通道数以及改变每个通道的开-关持续时间对延迟性能的影响。提出了截断的马尔可夫链模型，以便与具有相同数量信道和WRAN的场景相比，可以分析具有比WRAN多信道的场景。矩阵几何方法用于数值计算马尔可夫链的稳态概率，然后用于评估平均数据包延迟性能。然后将这些结果用于量化在与多信道操作共存的情况下从WRAN之间的信道共享中获得的平均数据包延迟。最后，观察到改变通道数以及改变每个通道的开-关持续时间对延迟性能的影响。提出了截断的马尔可夫链模型，以便与具有相同数量信道和WRAN的场景相比，可以分析具有比WRAN多信道的场景。矩阵几何方法用于数值计算马尔可夫链的稳态概率，然后用于评估平均数据包延迟性能。然后将这些结果用于量化在与多信道操作共存的情况下从WRAN之间的信道共享中获得的平均数据包延迟。最后，观察到改变通道数以及改变每个通道的开-关持续时间对延迟性能的影响。矩阵几何方法用于数值计算马尔可夫链的稳态概率，然后用于评估平均数据包延迟性能。然后将这些结果用于量化在与多信道操作共存的情况下从WRAN之间的信道共享中获得的平均数据包延迟。最后，观察到改变通道数以及改变每个通道的开-关持续时间对延迟性能的影响。矩阵几何方法用于数值计算马尔可夫链的稳态概率，然后用于评估平均数据包延迟性能。然后将这些结果用于量化在与多信道操作共存的情况下从WRAN之间的信道共享中获得的平均数据包延迟。最后，观察到改变通道数以及改变每个通道的开-关持续时间对延迟性能的影响。
更新日期：2021-01-04
中文翻译：
多信道操作下共存和自存的无线局域网建模与时延性能分析
现有的共存和自我共存在使用电视空白（TVWS）的无线区域网（WRAN）中很常见，这是因为它们的覆盖范围广且机会频谱接入。WRAN中的一员是无线麦克风（WM），其频繁的ON-OFF活动会导致传输信道的间歇性可用性。在这项工作中，除了考虑现有共存之外，还将使用自存共存的WRAN建模为使用二维（2D）马尔可夫链进行排队分析，同时考虑到多信道操作的间歇性信道可用性。根据广泛使用的ON-OFF马尔可夫链模型为单个传输通道创建建议的模型。马尔可夫链结构取决于自我共存下的WRAN数量以及传输通道的数量。为了减少与大量信道相关的计算复杂度，提出了截断的马尔可夫链模型，以便可以分析具有比WRAN多的信道的场景，并且具有与具有相同数目的信道和WRAN的场景相同的复杂度。矩阵几何方法用于数值计算马尔可夫链的稳态概率，然后用于评估平均数据包延迟性能。然后，将这些结果用于量化在与多信道操作共存的情况下从WRAN之间的信道共享中获得的平均数据包延迟。最后，观察到改变通道数以及改变每个通道的开-关持续时间对延迟性能的影响。提出了截断的马尔可夫链模型，以便与具有相同数量信道和WRAN的场景相比，可以分析具有比WRAN多信道的场景。矩阵几何方法用于数值计算马尔可夫链的稳态概率，然后用于评估平均数据包延迟性能。然后将这些结果用于量化在与多信道操作共存的情况下从WRAN之间的信道共享中获得的平均数据包延迟。最后，观察到改变通道数以及改变每个通道的开-关持续时间对延迟性能的影响。提出了截断的马尔可夫链模型，以便与具有相同数量信道和WRAN的场景相比，可以分析具有比WRAN多信道的场景。矩阵几何方法用于数值计算马尔可夫链的稳态概率，然后用于评估平均数据包延迟性能。然后将这些结果用于量化在与多信道操作共存的情况下从WRAN之间的信道共享中获得的平均数据包延迟。最后，观察到改变通道数以及改变每个通道的开-关持续时间对延迟性能的影响。矩阵几何方法用于数值计算马尔可夫链的稳态概率，然后用于评估平均数据包延迟性能。然后将这些结果用于量化在与多信道操作共存的情况下从WRAN之间的信道共享中获得的平均数据包延迟。最后，观察到改变通道数以及改变每个通道的开-关持续时间对延迟性能的影响。矩阵几何方法用于数值计算马尔可夫链的稳态概率，然后用于评估平均数据包延迟性能。然后将这些结果用于量化在与多信道操作共存的情况下从WRAN之间的信道共享中获得的平均数据包延迟。最后，观察到改变通道数以及改变每个通道的开-关持续时间对延迟性能的影响。
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