A Review of Wireless Sensor Networks with Cognitive Radio Techniques and Applications

The advent of Wireless Sensor Networks (WSNs) has inspired various sciences and telecommunication with its applications, there is a growing demand for robust methodologies that can ensure extended lifetime. Sensor nodes are small equipment which may hold less electrical energy and preserve it until they reach the destination of the network. The main concern is supposed to carry out sensor routing process along with transferring information. Choosing the best route for transmission in a sensor node is necessary to reach the destination and conserve energy. Clustering in the network is considered to be an effective method for gathering of data and routing through the nodes in wireless sensor networks. The primary requirement is to extend network lifetime by minimizing the consumption of energy. Further integrating cognitive radio technique into sensor networks, that can make smart choices based on knowledge acquisition, reasoning, and information sharing may support the network's complete purposes amid the presence of several limitations and optimal targets. This examination focuses on routing and clustering using metaheuristic techniques and machine learning because these characteristics have a detrimental impact on cognitive radio wireless sensor node lifetime

Reversible Image Watermarking Using Modified Quadratic Difference Expansion and Hybrid Optimization Technique

With increasing copyright violation cases, watermarking of digital images is a very popular solution for securing online media content. Since some sensitive applications require image recovery after watermark extraction, reversible watermarking is widely preferred. This article introduces a Modified Quadratic Difference Expansion (MQDE) and fractal encryption-based reversible watermarking for securing the copyrights of images. First, fractal encryption is applied to watermarks using Tromino's L-shaped theorem to improve security. In addition, Cuckoo Search-Grey Wolf Optimization (CSGWO) is enforced on the cover image to optimize block allocation for inserting an encrypted watermark such that it greatly increases its invisibility. While the developed MQDE technique helps to improve coverage and visual quality, the novel data-driven distortion control unit ensures optimal performance. The suggested approach provides the highest level of protection when retrieving the secret image and original cover image without losing the essential information, apart from improving transparency and capacity without much tradeoff. The simulation results of this approach are superior to existing methods in terms of embedding capacity. With an average PSNR of 67 dB, the method shows good imperceptibility in comparison to other schemes

Networks, Communication, and Computing Vol. 2

Networks, communications, and computing have become ubiquitous and inseparable parts of everyday life. This book is based on a Special Issue of the Algorithms journal, and it is devoted to the exploration of the many-faceted relationship of networks, communications, and computing. The included papers explore the current state-of-the-art research in these areas, with a particular interest in the interactions among the fields

An Overview of the Networking Issues of Cloud Gaming: A Literature Review

With the increasing prevalence of video games comes innovations that aim to evolve them. Cloud gaming is poised as the next phase of gaming. It enables users to play video games on any internet-enabled device. Such improvement could, therefore, enhance the processing power of existing devices and solve the need to spend large amounts of money on the latest gaming equipment. However, others argue that it may be far from being practically functional. Since cloud gaming places dependency on networks, new issues emerge. In relation, this paper is a review of the networking perspective of cloud gaming. Specifically, the paper analyzes its issues and challenges along with possible solutions. In order to accomplish the study, a literature review was performed. Results show that there are numerous issues and challenges regarding cloud gaming networks. Generally, cloud gaming has problems with its network quality of service (QoS) and quality of experience (QoE). The poor QoS and QoE of cloud gaming can be linked to unsatisfactory latency, bandwidth, delay, packet loss, and graphics quality. Moreover, the cost of providing the service and the complexity of implementing cloud gaming were considered challenges. For these issues and challenges, solutions were found. The solutions include lag or latency compensation, compression with encoding techniques, client computing power, edge computing, machine learning, frame adaption, and GPU-based server selection. However, these have limitations and may not always be applicable. Thus, even if solutions exist, it would be beneficial to analyze the networking side of cloud gaming further

Hybrid ACO and SVM algorithm for pattern classification

Ant Colony Optimization (ACO) is a metaheuristic algorithm that can be used to solve a variety of combinatorial optimization problems. A new direction for ACO is to optimize continuous and mixed (discrete and continuous) variables. Support Vector Machine (SVM) is a pattern classification approach originated from statistical approaches. However, SVM suffers two main problems which include feature subset selection and parameter tuning. Most approaches related to tuning SVM parameters discretize the continuous value of the parameters which will give a negative effect on the classification performance. This study presents four algorithms for tuning the SVM parameters and selecting feature subset which improved SVM classification accuracy with smaller size of feature subset. This is achieved by performing the SVM parameters’ tuning and feature subset selection processes simultaneously. Hybridization algorithms between ACO and SVM techniques were proposed. The first two algorithms, ACOR-SVM and IACOR-SVM, tune the SVM parameters while the second two algorithms, ACOMV-R-SVM and IACOMV-R-SVM, tune the SVM parameters and select the feature subset simultaneously. Ten benchmark datasets from University of California, Irvine, were used in the experiments to validate the performance of the proposed algorithms. Experimental results obtained from the proposed algorithms are better when compared with other approaches in terms of classification accuracy and size of the feature subset. The average classification accuracies for the ACOR-SVM, IACOR-SVM, ACOMV-R and IACOMV-R algorithms are 94.73%, 95.86%, 97.37% and 98.1% respectively. The average size of feature subset is eight for the ACOR-SVM and IACOR-SVM algorithms and four for the ACOMV-R and IACOMV-R algorithms. This study contributes to a new direction for ACO that can deal with continuous and mixed-variable ACO

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación