Ultra-Wideband Communications - An idea whose time has still yet to come? [Wireless Corner]

This paper presents a critical analysis of ultrawideband (UWB) and considers the turbulent journey it has had from the Federal Communications Commission's bandwidth allocation in 2002 to today. It analyzes the standards, the standoffs, and the stalemate in standardization activities and investigates the past and present research and commercial activities in realizing the UWB dream. In this paper, statistical evidence is presented to depict UWB's changing fortunes and is utilized as an indicator of future prominence. This paper reviews some of the opinions and remarks from commentators and analyzes predictions that were made. Finally, it presents possible ways forward to reignite the high-data-rate UWB standardization pursuit.

Towards an Improved Phasor Measurement Unit Data Communications Framework

This paper discusses a proposed new communications framework for phasor measurement units (PMU) optimized for use on wide area networks. Traditional PMU telecoms have been optimized for use in environments where bandwidth is restricted. The new method takes the reliability of the telecommunications medium into account and provides guaranteed delivery of data whilst optimizing for realtime delivery of the most current data. Other important aspects, such as security, are also considered.

Energy-efficient MAC protocols for WBANs: Opportunities and challenges

Wireless body area networks (WBANs) are expected to play a significant role in smart healthcare systems. One of the most important attributes of WBANs is to increase network lifetime by introducing novel and low-power techniques on the energy-constrained sensor nodes. Medium access control (MAC) protocols play a significant role in determining the energy consumption in WBANs. Existing MAC protocols are unable to accommodate communication requirements in WBANs. There is a need to develop novel, scalable and reliable MAC protocols that must be able to address all these requirements in a reliable manner. In this special issue, we attracted high quality research and review papers on the recent advances in MAC protocols for WBANs.

Planification et dimensionnement des réseaux optiques de longues distances

Le projet de recherche porte sur l'étude des problèmes de conception et de planification d'un réseau optique de longue distance, aussi appelé réseau de coeur (OWAN-Optical Wide Area Network en anglais). Il s'agit d'un réseau qui transporte des flots agrégés en mode commutation de circuits. Un réseau OWAN relie différents sites à l'aide de fibres optiques connectées par des commutateurs/routeurs optiques et/ou électriques. Un réseau OWAN est maillé à l'échelle d'un pays ou d’un continent et permet le transit des données à très haut débit. Dans une première partie du projet de thèse, nous nous intéressons au problème de conception de réseaux optiques agiles. Le problème d'agilité est motivé par la croissance de la demande en bande passante et par la nature dynamique du trafic. Les équipements déployés par les opérateurs de réseaux doivent disposer d'outils de configuration plus performants et plus flexibles pour gérer au mieux la complexité des connexions entre les clients et tenir compte de la nature évolutive du trafic. Souvent, le problème de conception d'un réseau consiste à prévoir la bande passante nécessaire pour écouler un trafic donné. Ici, nous cherchons en plus à choisir la meilleure configuration nodale ayant un niveau d'agilité capable de garantir une affectation optimale des ressources du réseau. Nous étudierons également deux autres types de problèmes auxquels un opérateur de réseau est confronté. Le premier problème est l'affectation de ressources du réseau. Une fois que l'architecture du réseau en termes d'équipements est choisie, la question qui reste est de savoir : comment dimensionner et optimiser cette architecture pour qu'elle rencontre le meilleur niveau possible d'agilité pour satisfaire toute la demande. La définition de la topologie de routage est un problème d'optimisation complexe. Elle consiste à définir un ensemble de chemins optiques logiques, choisir les routes physiques suivies par ces derniers, ainsi que les longueurs d'onde qu'ils utilisent, de manière à optimiser la qualité de la solution obtenue par rapport à un ensemble de métriques pour mesurer la performance du réseau. De plus, nous devons définir la meilleure stratégie de dimensionnement du réseau de façon à ce qu'elle soit adaptée à la nature dynamique du trafic. Le second problème est celui d'optimiser les coûts d'investissement en capital(CAPEX) et d'opération (OPEX) de l'architecture de transport proposée. Dans le cas du type d'architecture de dimensionnement considérée dans cette thèse, le CAPEX inclut les coûts de routage, d'installation et de mise en service de tous les équipements de type réseau installés aux extrémités des connexions et dans les noeuds intermédiaires. Les coûts d'opération OPEX correspondent à tous les frais liés à l'exploitation du réseau de transport. Étant donné la nature symétrique et le nombre exponentiel de variables dans la plupart des formulations mathématiques développées pour ces types de problèmes, nous avons particulièrement exploré des approches de résolution de type génération de colonnes et algorithme glouton qui s'adaptent bien à la résolution des grands problèmes d'optimisation. Une étude comparative de plusieurs stratégies d'allocation de ressources et d'algorithmes de résolution, sur différents jeux de données et de réseaux de transport de type OWAN démontre que le meilleur coût réseau est obtenu dans deux cas : une stratégie de dimensionnement anticipative combinée avec une méthode de résolution de type génération de colonnes dans les cas où nous autorisons/interdisons le dérangement des connexions déjà établies. Aussi, une bonne répartition de l'utilisation des ressources du réseau est observée avec les scénarios utilisant une stratégie de dimensionnement myope combinée à une approche d'allocation de ressources avec une résolution utilisant les techniques de génération de colonnes. Les résultats obtenus à l'issue de ces travaux ont également démontré que des gains considérables sont possibles pour les coûts d'investissement en capital et d'opération. En effet, une répartition intelligente et hétérogène de ressources d’un réseau sur l'ensemble des noeuds permet de réaliser une réduction substantielle des coûts du réseau par rapport à une solution d'allocation de ressources classique qui adopte une architecture homogène utilisant la même configuration nodale dans tous les noeuds. En effet, nous avons démontré qu'il est possible de réduire le nombre de commutateurs photoniques tout en satisfaisant la demande de trafic et en gardant le coût global d'allocation de ressources de réseau inchangé par rapport à l'architecture classique. Cela implique une réduction substantielle des coûts CAPEX et OPEX. Dans nos expériences de calcul, les résultats démontrent que la réduction de coûts peut atteindre jusqu'à 65% dans certaines jeux de données et de réseau.

Fluorescence characterization and gain studies on a dye-doped graded index polymer optical-fiber preform

Preparation of an appropriate optical-fiber preform is vital for the fabrication of graded-index polymer optical fibers (GIPOF), which are considered to be a good choice for providing inexpensive high bandwidth data links, for local area networks and telecommunication applications. Recent development of the interfacial gel polymerization technique has caused a dramatic reduction in the total attenuation in GIPOF, and this is one of the potential methods to prepare fiber preforms for the fabrication of dye-doped polymer-fiber amplifiers. In this paper, the preparation of a dye-doped graded-index poly(methyl methacrylate) (PMMA) rod by the interfacial gel polymerization method using a PMMA tube is reported. An organic compound of high-refractive index, viz., diphenyl phthalate (DPP), was used to obtain a graded-index distribution, and Rhodamine B (Rh B), was used to dope the PMMA rod. The refractive index profile of the rod was measured using an interferometric technique and the index exponent was estimated. The single pass gain of the rod was measured at a pump wavelength of 532 nm. The extent of doping of the Rh B in the preform was studied by axially exciting a thin slice of the rod with white light and measuring the spatial variation of the fluorescence intensity across the sample.

RRNS-convolutional encoded concatenated code for OFDM based wireless communication

The modern telecommunication industry demands higher capacity networks with high data rate. Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is a promising technique for high data rate wireless communications at reasonable complexity in wireless channels. OFDM has been adopted for many types of wireless systems like wireless local area networks such as IEEE 802.11a, and digital audio/video broadcasting (DAB/DVB). The proposed research focuses on a concatenated coding scheme that improve the performance of OFDM based wireless communications. It uses a Redundant Residue Number System (RRNS) code as the outer code and a convolutional code as the inner code. The bit error rate (BER) performances of the proposed system under different channel conditions are investigated. These include the effect of additive white Gaussian noise (AWGN), multipath delay spread, peak power clipping and frame start synchronization error. The simulation results show that the proposed RRNS-Convolutional concatenated coding (RCCC) scheme provides significant improvement in the system performance by exploiting the inherent properties of RRNS.

Implementation and Evaluation of an Improved Header Compression for 6LoWPAN

Extending IPv6 to IEEE 802.15.4-based Low power Wireless Personal Area Networks requires efficient header compression mechanisms to adapt to their limited bandwidth, memory and energy constraints. This paper presents an experimental evaluation of an improved header compression scheme which provides better compression of IPv6 multicast addresses and UDP port numbers compared to existing mechanisms. This scheme outperforms the existing compression mechanism in terms of data throughput of the network and energy consumption of nodes. It enhances throughput by up to 8% and reduces transmission energy of nodes by about 5%.

GA-based Optimization of a Fourth-order Sigma-delta Modulator for WLAN

Over-sampling sigma-delta analogue-to-digital converters (ADCs) are one of the key building blocks of state of the art wireless transceivers. In the sigma-delta modulator design the scaling coefficients determine the overall signal-to-noise ratio. Therefore, selecting the optimum value of the coefficient is very important. To this end, this paper addresses the design of a fourthorder multi-bit sigma-delta modulator for Wireless Local Area Networks (WLAN) receiver with feed-forward path and the optimum coefficients are selected using genetic algorithm (GA)- based search method. In particular, the proposed converter makes use of low-distortion swing suppression SDM architecture which is highly suitable for low oversampling ratios to attain high linearity over a wide bandwidth. The focus of this paper is the identification of the best coefficients suitable for the proposed topology as well as the optimization of a set of system parameters in order to achieve the desired signal-to-noise ratio. GA-based search engine is a stochastic search method which can find the optimum solution within the given constraints.

Framework for middleware executed on mobile devices

Die ubiquitäre Datenverarbeitung ist ein attraktives Forschungsgebiet des vergangenen und aktuellen Jahrzehnts. Es handelt von unaufdringlicher Unterstützung von Menschen in ihren alltäglichen Aufgaben durch Rechner. Diese Unterstützung wird durch die Allgegenwärtigkeit von Rechnern ermöglicht die sich spontan zu verteilten Kommunikationsnetzwerken zusammen finden, um Informationen auszutauschen und zu verarbeiten. Umgebende Intelligenz ist eine Anwendung der ubiquitären Datenverarbeitung und eine strategische Forschungsrichtung der Information Society Technology der Europäischen Union. Das Ziel der umbebenden Intelligenz ist komfortableres und sichereres Leben. Verteilte Kommunikationsnetzwerke für die ubiquitäre Datenverarbeitung charakterisieren sich durch Heterogenität der verwendeten Rechner. Diese reichen von Kleinstrechnern, eingebettet in Gegenstände des täglichen Gebrauchs, bis hin zu leistungsfähigen Großrechnern. Die Rechner verbinden sich spontan über kabellose Netzwerktechnologien wie wireless local area networks (WLAN), Bluetooth, oder UMTS. Die Heterogenität verkompliziert die Entwicklung und den Aufbau von verteilten Kommunikationsnetzwerken. Middleware ist eine Software Technologie um Komplexität durch Abstraktion zu einer homogenen Schicht zu reduzieren. Middleware bietet eine einheitliche Sicht auf die durch sie abstrahierten Ressourcen, Funktionalitäten, und Rechner. Verteilte Kommunikationsnetzwerke für die ubiquitäre Datenverarbeitung sind durch die spontane Verbindung von Rechnern gekennzeichnet. Klassische Middleware geht davon aus, dass Rechner dauerhaft miteinander in Kommunikationsbeziehungen stehen. Das Konzept der dienstorienterten Architektur ermöglicht die Entwicklung von Middleware die auch spontane Verbindungen zwischen Rechnern erlaubt. Die Funktionalität von Middleware ist dabei durch Dienste realisiert, die unabhängige Software-Einheiten darstellen. Das Wireless World Research Forum beschreibt Dienste die zukünftige Middleware beinhalten sollte. Diese Dienste werden von einer Ausführungsumgebung beherbergt. Jedoch gibt es noch keine Definitionen wie sich eine solche Ausführungsumgebung ausprägen und welchen Funktionsumfang sie haben muss. Diese Arbeit trägt zu Aspekten der Middleware-Entwicklung für verteilte Kommunikationsnetzwerke in der ubiquitären Datenverarbeitung bei. Der Schwerpunkt liegt auf Middleware und Grundlagentechnologien. Die Beiträge liegen als Konzepte und Ideen für die Entwicklung von Middleware vor. Sie decken die Bereiche Dienstfindung, Dienstaktualisierung, sowie Verträge zwischen Diensten ab. Sie sind in einem Rahmenwerk bereit gestellt, welches auf die Entwicklung von Middleware optimiert ist. Dieses Rahmenwerk, Framework for Applications in Mobile Environments (FAME²) genannt, beinhaltet Richtlinien, eine Definition einer Ausführungsumgebung, sowie Unterstützung für verschiedene Zugriffskontrollmechanismen um Middleware vor unerlaubter Benutzung zu schützen. Das Leistungsspektrum der Ausführungsumgebung von FAME² umfasst: • minimale Ressourcenbenutzung, um auch auf Rechnern mit wenigen Ressourcen, wie z.B. Mobiltelefone und Kleinstrechnern, nutzbar zu sein • Unterstützung für die Anpassung von Middleware durch Änderung der enthaltenen Dienste während die Middleware ausgeführt wird • eine offene Schnittstelle um praktisch jede existierende Lösung für das Finden von Diensten zu verwenden • und eine Möglichkeit der Aktualisierung von Diensten zu deren Laufzeit um damit Fehlerbereinigende, optimierende, und anpassende Wartungsarbeiten an Diensten durchführen zu können Eine begleitende Arbeit ist das Extensible Constraint Framework (ECF), welches Design by Contract (DbC) im Rahmen von FAME² nutzbar macht. DbC ist eine Technologie um Verträge zwischen Diensten zu formulieren und damit die Qualität von Software zu erhöhen. ECF erlaubt das aushandeln sowie die Optimierung von solchen Verträgen.

Improving resource utilization in carrier ethernet technologies

Ethernet está empezando a pasar de las redes de área local a una red de transporte. Sin embargo, como los requisitos de las redes de transporte son más exigentes, la tecnología necesita ser mejorada. Esquemas diseñados para mejorar Ethernet para que cumpla con las necesidades de transporte se pueden categorizar en dos clases. La primera clase mejora solo los componentes de control de Ethernet (Tecnologías basadas en STP), y la segunda clase mejora tanto componentes de control como de encaminamiento de Ethernet (tecnologías basadas en etiquetas). Esta tesis analiza y compara el uso de espacio en las etiquetas de las tecnologias basadas en ellas para garantizar su escalabilidad. La aplicabilidad de las técnicas existentes y los estudios que se pueden utilizar para superar o reducir los problemas de escalabilidad de la etiqueta son evaluados. Además, esta tesis propone un ILP para calcular el óptimo rendimiento de las technologias basadas en STP y las compara con las basadas en etiquetas para ser capaz de determinar, dada una específica situacion, que technologia utilizar.

A double data rate (DDR) architecture for OFDM based wireless consumer devices

The creation of OFDM based Wireless Personal Area Networks (WPANs) has allowed the development of high bit-rate wireless communication devices suitable for streaming High Definition video between consumer products, as demonstrated in Wireless-USB and Wireless-HDMI. However, these devices need high frequency clock rates, particularly for the OFDM, FFT and symbol processing sections resulting in high silicon cost and high electrical power. The high clock rates make hardware prototyping difficult and verification is therefore very important but costly. Acknowledging that electrical power in wireless consumer devices is more critical than the number of implemented logic gates, this paper presents a Double Data Rate (DDR) architecture for implementation inside a OFDM baseband codec in order to reduce the high frequency clock rates by a complete factor of 2. The presented architecture has been implemented and tested for ECMA-368 (Wireless- USB context) resulting in a maximum clock rate of 264MHz instead of the expected 528MHz clock rate existing anywhere on the baseband codec die.

A double data rate (DDR) architecture for OFDM based wireless consumer devices

The creation of OFDM based Wireless Personal Area Networks (WPANs) has allowed high bit-rate wireless communication devices suitable for streaming High Definition video between consumer products as demonstrated in Wireless- USB. However, these devices need high clock rates, particularly for the OFDM sections resulting in high silicon cost and high electrical power. Acknowledging that electrical power in wireless consumer devices is more critical than the number of implemented logic gates, this paper presents a Double Data Rate (DDR) architecture to reduce the OFDM input and output clock rate by a factor of 2. The architecture has been implemented and tested for Wireless-USB (ECMA-368) resulting in a maximum clock of 264MHz instead of 528MHz existing anywhere on the die.

Design considerations for the multiband OFDM physical layer in consumer electronic products

The creation of Wireless Personal Area Networks (WPANs) offers the Consumer Electronics industry a mechanism to truly unwire consumer products, leading to portability and ease of installation as never seen before. WPAN's can offer data-rates exceeding those that are required to convey high quality broadcast video, thus users can easily connect to high quality video for multimedia presentations in education, libraries, advertising, or have a wireless connection at home. There have been many WPAN proposals, but this paper concentrates on ECMA-368 as this standard has the largest industrial and implementers' forum backing. This paper discusses the technology behind ECMA-368, the required numerical bandwidth, buffer memory requirements and implementation considerations while concentrating on supporting all the offered data-rates'.

Performance of asynchronous channel assignment scheme in non-uniform and dynamic topology WLANs

Dense deployments of wireless local area networks (WLANs) are fast becoming a permanent feature of all developed cities around the world. While this increases capacity and coverage, the problem of increased interference, which is exacerbated by the limited number of channels available, can severely degrade the performance of WLANs if an effective channel assignment scheme is not employed. In an earlier work, an asynchronous, distributed and dynamic channel assignment scheme has been proposed that (1) is simple to implement, (2) does not require any knowledge of the throughput function, and (3) allows asynchronous channel switching by each access point (AP). In this paper, we present extensive performance evaluation of this scheme when it is deployed in the more practical non-uniform and dynamic topology scenarios. Specifically, we investigate its effectiveness (1) when APs are deployed in a nonuniform fashion resulting in some APs suffering from higher levels of interference than others and (2) when APs are effectively switched `on/off' due to the availability/lack of traffic at different times, which creates a dynamically changing network topology. Simulation results based on actual WLAN topologies show that robust performance gains over other channel assignment schemes can still be achieved even in these realistic scenarios.

An asynchronous channel assignment scheme: performance evaluation

Due to its popularity, dense deployments of wireless local area networks (WLANs) are becoming a common feature of many cities around the world. However, with only a limited number of channels available, the problem of increased interference can severely degrade the performance of WLANs if an effective channel assignment scheme is not employed. In an earlier work, we proposed an improved asynchronous distributed and dynamic channel assignment scheme that (1) is simple to implement, (2) does not require any knowledge of the throughput function, and (3) allows asynchronous channel switching by each access point (AP). In this paper, we present extensive performance evaluation of the proposed scheme in practical scenarios found in densely populated WLAN deployments. Specifically, we investigate the convergence behaviour of the scheme and how its performance gains vary with different number of available channels and in different deployment densities. We also prove that our scheme is guaranteed to converge in a single iteration when the number of channels is greater than the number of neighbouring APs.