Komunikasi kerjasama telah menarik perhatian yang ketara dalam tahun-tahun kebelakangan ini disebabkan penggunaan sumber kekangan yang cekap dan optimum dalam rangkaian tanpa wayar dinamik dengan pengurangan penggunaan infrastruktur dan kos. Dalam pandangan lapisan kawalan capaian bahantara (MAC), dua masalah utama telah dikaitkan dengan rangkaian kerjasama. Keupayaan protokol kerjasama MAC (CMAC) untuk mencapai penghalaan matlamat sasaran berbilang menghadkan penyesuaian mereka kepada rangkaian tanpa wayar generasi akan datang, disebabkan kebanyakan protokol sedia ada hanya memberi tumpuan kepada matlamat sasaran tunggal. Di samping itu, kemampanan rangkaian tanpa wayar yang dikekang tenaga disebabkan oleh muatan bekalan tenaga yang terhad menghalang prestasi mereka untuk memastikan komunikasi yang stabil dan boleh dipercayai. Masalah-masalah yang disebutkan di atas mengehadkan penyesuaian protokol sedia ada agar sesuai dengan rangkaian tanpa wayar generasi akan datang. Untuk menangani masalah ini dengan secukupnya, dua protokol CMAC yang berbeza dicadangkan dalam tesis ini bagi menampung sifat rangkaian tanpa wayar yang tidak menentu dan dinamik. Pertamanya, protokol rangkaian sedar seumur hidup CMAC baru yang dinamakan LEA-CMAC dicadangkan untuk rangkaian segera tanpa wayar yang dikekang tenaga. Masalah pengoptimuman telah dirumuskan dengan tujuan memperluaskan jangka hayat rangkaian. Penyelesaian kepada masalah bukan linear ini telah disediakan dari segi kuasa penghantaran yang optimum di pangkalan sumber dan geganti dalam dasar kuasa penghantaran simetri dan tak simetri. Penyelesaian yang disediakan oleh protokol adalah terhad dari segi kecekapan tenaga dan jangka hayat rangkaian kerana ia bergantung sepenuhnya kepada nod-nod pembantu dengan kuasa bateri yang terhad untuk penghantaran. Keduanya, protokol CMAC asli dengan kemampuan penuaian tenaga (EH) frekuensi radio (RF) yang dinamakan EH-CMAC dicadangkan dalam rangkaian segera tanpa wayar geganti beregangan dikekang tenaga untuk menangani penghadan dalam protokol LEA-CMAC yang telah dicadangkan sebelum ini. Protokol ini mempunyai keupayaan untuk memastikan penyambungan tanpa wayar yang mampan dan boleh dipercayai dalam persekitaran tanpa wayar yang dinamik melalui pemilihan mod penghantaran yang terbaik sesuai dengan keperluan rangkaian segera. Protokol ini mengandungi dua teknik cekap tenaga berbeza yang iaitu keperluan kebarangkalian gangguan kualiti perkhidmatan (QoS) dan teknik pengoptimuman kuasa penghantaran yang digunakan di dalam kedua-dua skima geganti tradisi dan geganti EH. Teknik-teknik ini dipilih dan disesuaikan berdasarkan kepada maklumat rangkaian segera dan matlamat sasaran. Di samping itu, proses berundur pemilihan geganti teragih dan suai dicadangkan dalam setiap kes untuk memuaskan maklumat rangkaian yang ada dan mencapai protokol yang mempunyai halaan sasaran berbilang matlamat. Melalui simulasi yang menyeluruh dan perbandingan dengan protokol CMAC yang sedia ada, keputusannya menunjukkan bahawa LEA-CMAC memanjangkan hayat rangkaian sebanyak 85.67% berbanding protokol CMAC yang sedia ada, sementara EH-CMAC memanjangkan hayat rangkaian sebanyak 90.99% berbanding protokol CMAC tradisional. Oleh itu, kedua-dua protokol mencapai orientasi sasaran berbilang matlamat di bawah keadaan umum. __________________________________________________________________________
Cooperative communication has drawn a substantial attention in recent years due to the efficient and optimal utilization of constraint resources in dynamic wireless networks at a reduced infrastructural deployment and cost. In the medium access control (MAC) layer perspective, two major problems are associated with cooperative networks. The ability of cooperative MAC (CMAC) protocols to achieve multi-objective target orientation limit their adaptation to the future generation of wireless networks, since most of the existing protocols focus only on a single target objective. Besides, the sustainability of energy-constrained wireless networks due to limited energy supply capacity hinders their performance to ensure stable and reliable communication. These aforementioned problems limit the adaptation of the existing protocols to fit into the future generation of wireless networks. To adequately address these problems, two distinct CMAC protocols are proposed in this thesis to cater for the unpredictable and dynamic nature of the wireless network. Firstly, a new network lifetime-aware CMAC protocol named LEA-CMAC is proposed for energy-constrained wireless ad-hoc networks. An optimization problem is formulated with an objective of extending the lifetime of the network. The solution to this non-linear problem is provided in terms of optimal transmit power at the source and relay terminals in symmetric and asymmetric transmit power policies. The solution provided by this protocol is limited in terms of energy efficiency and network lifetime since the network totally rely on the helper nodes limited-powered batteries for their transmissions. Secondly, a novel CMAC protocol with radio frequency (RF) energy harvesting (EH) capability named EH-CMAC is proposed in a reactive relaying energy-constrained wireless ad-hoc networks to address the limitation in the earlier proposed LEA-CMAC protocol. The protocol possesses the ability to ensure a sustainable and reliable wireless connectivity in a dynamic wireless environment through the selection of an appropriate transmission mode that best suits the instantaneous network requirement. The protocol comprises of two distinct energy-efficient techniques namely, the outage probability quality-of-service (QoS) requirement and the transmit power optimization techniques which are applied in both traditional and EH relaying schemes. These techniques are selected and adapted based on the instantaneous network information and target objectives. In addition, a distributed and adaptive relay selection backoff process is proposed in each case to satisfy the available network information and achieve a multi-objective target oriented protocol. Through extensive simulation and comparison with existing CMAC protocols, the results show that LEA-CMAC extend the network lifetime by 85.67% over an existing CMAC protocol, while EH-CMAC extends the network lifetime by 90.99% over a traditional CMAC protocol. Thus, both protocols achieve a multi-objective target orientation under general circumstances.
Improve energy efficiency in cooperative medium access control protocol for wireless networks_ Akande Damilare Oluwole_E3_2019_MYMY