Exploiting Device-to-Device Communications to Enhance Spatial Reuse for Popular Content Downloading in Directional mmWave Small Cells

With the explosive growth of mobile demand, small cells in millimeter wave (mmWave) bands underlying the macrocell networks have attracted intense interest from both academia and industry. MmWave communications in the 60 GHz band are able to utilize the huge unlicensed bandwidth to provide multiple Gbps transmission rates. In this case, device-to-device (D2D) communications in mmWave bands should be fully exploited due to no interference with the macrocell networks and higher achievable transmission rates. In addition, due to less interference by directional transmission, multiple links including D2D links can be scheduled for concurrent transmissions (spatial reuse). With the popularity of content-based mobile applications, popular content downloading in the small cells needs to be optimized to improve network performance and enhance user experience. In this paper, we develop an efficient scheduling scheme for popular content downloading in mmWave small cells, termed PCDS (popular content downloading scheduling), where both D2D communications in close proximity and concurrent transmissions are exploited to improve transmission efficiency. In PCDS, a transmission path selection algorithm is designed to establish multi-hop transmission paths for users, aiming at better utilization of D2D communications and concurrent transmissions. After transmission path selection, a concurrent transmission scheduling algorithm is designed to maximize the spatial reuse gain. Through extensive simulations under various traffic patterns, we demonstrate PCDS achieves near-optimal performance in terms of delay and throughput, and also superior performance compared with other existing protocols, especially under heavy load.Comment: 12 pages, to appear in IEEE Transactions on Vehicular Technolog

Performance of a Busy-Tone Approach on 802.11 Wireless Network

The big evolution of modem applications in the wireless networks domain as the wireless videos remote access, big files transfer, streaming and downloading high definition videos etc, has led to using the mmWave technology (60 GHz for example) that represents an important solution for the se applications because of the advantages presented by this frequency band such as the high data rate transmission up to multi gigabits, also the large bandwidth that goes up to 7 GHz. The use of the mm Wave technology requires a MAC protocol which ensures the channel sharing between users in a multi-node network, with directional antennas that increase spatial reuse and cover a wider area compared to the omnidirecti on al antennas. Many access method approaches were used in order to resolve these problems, for instance, the methods that use a signaling channel, then methods that exploit directional antennas with directional frames, and those using beacons and many others .... In our project, we worked on the adaptation of the 'Busy - Tone' method using the 802.11 ad protocol with directional antennas in addition to a coordination between 2.4 GHz and 60 GHz. This method offers a big solution to resolve the collisions of data and control packets that affect and reduce the network capacity and lead to data loss. Simulation results showed the efficiency of this model by reducing collisions caused by hidden terminais, therefore, enhancing the performance of the network in terms oftransmission delay, retransmission attempts and throughput. L'évolution des applications modernes dans le domaine des réseaux sans fils tel que 1 'accès à distance des vidéos sans fils, le transfert des gros fichiers, flux des vidéos à haute définition etc .... nécessite l'utilisation de la bande 60 GHz qui présente une solution très importante pour ces applications grâce aux avantages que présente cette bande tel que le taux de transmission des données qui atteint quelques Gigabits, et aussi grâce à la bande passante du canal qui est environ 7 GHz. L'utilisation de cette bande de fréquence nécessite un protocole MAC qui assure le partage de canal entre les utilisateurs dans un réseau multi-noeuds. Ce protocole doit tenir compte les problèmes et les défis qui se produisent grâce à l'utilisation de la bande 60 GHz, tel que les problèmes des terminales cachées et exposées Dans ce projet on a proposé une méthode qui se base sur l'adaptation de protocole 802.llad avec la méthode 'Busy-Tone 'parce qu'elle représente la solution la plus efficace pour résoudre les problèmes des collisions des paquets de donnés et les paquets de contrôle qui sont causés normalement par la présence des terminales cachées et exposées. L'approche proposée consiste aussi à utiliser les antennes directives qm augmentent la réutilisation spatiale et couvre une portée plus grande par rapport à l'antenne omnidirectionnelle. Ces antennes ont été utilisées à côté des antennes omnidirectionnelles avec une coordination entre les deux, alors les antennes omnidirectionnelles sont utilisées pour envoyer les signaux 'Busy-Tone ' tandis que les antennes directives sont utilisées pour envoyer les paquets de données. Les résultats de la simulation ont montré une amélioration au niveau de la performance du réseau en terme du débit, du délai et les essaies de retransmission en comparant avec le standard 801.11ad. La mise en oeuvre est effectuée dans le logiciel Matlab/Simulink. Les paramètres utilisés dans les simulations sont des valeurs typiques des centrales existantes ou prises dans la littérature. La conformité avec la littérature est réalisée grâce à une validation croisée progressive de chaque sous-ensemble et du système globa