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Multiple-Relay Slotted ALOHA: Performance Analysis and Bounds

Munari, Andrea und Clazzer, Federico und Liva, Gianluigi und Heindlmaier, Michael (2021) Multiple-Relay Slotted ALOHA: Performance Analysis and Bounds. IEEE Transactions on Communications, 69 (3), Seiten 1578-1594. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TCOMM.2020.3042552. ISSN 0090-6778.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Kurzfassung

Wireless random access protocols are attracting a revived research interest as a simple yet effective solution for machine-type communications. In the quest to improve reliability and spectral efficiency of such schemes, the use of multiple receivers has recently emerged as a promising option. We study the potential of this approach considering a population of users that transmit data packets following a simple slotted ALOHA policy to a set of uncoordinated relays (phase-1). These, in turn, independently forward - part of - what decoded towards a collecting sink (phase-2). For an on-off fading channel model, we provide exact expressions for phase-1 throughput and packet loss rate for an arbitrary number of relays, characterising the benefits of multi-receiver schemes. Moreover, a lower bound on the minimum amount of phase-2 resources needed to deliver all information collected at the relays is provided. The bound is proven to be achievable via random linear coding when no constraints in terms of latency are set, with an overhead that approaches zero with the inverse of the packet length. We complement our study discussing a family of simple forwarding policies that require no packet-level coding, and optimising their performance based on the amount of available phase-2 resources. The behaviour of both random linear coding and simplified policies is also characterised when receivers are equipped with finite buffers, revealing non-trivial tradeoffs.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/139340/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Multiple-Relay Slotted ALOHA: Performance Analysis and Bounds
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Munari, AndreaAndrea.Munari (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1506-2792NICHT SPEZIFIZIERT
Clazzer, Federicofederico.clazzer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9688-2436NICHT SPEZIFIZIERT
Liva, GianluigiGianluigi.Liva (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heindlmaier, Michaelmichael.heindlmaier (at) tum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2021
Erschienen in:IEEE Transactions on Communications
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:69
DOI:10.1109/TCOMM.2020.3042552
Seitenbereich:Seiten 1578-1594
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:0090-6778
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Machine type communications, grant-free access, multiple receivers, random linear coding.
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation und Navigation
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KN - Kommunikation und Navigation
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Multimedia Satellitennetze (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation
Institut für Kommunikation und Navigation > Satellitennetze
Hinterlegt von: Munari, Dr. Andrea
Hinterlegt am:08 Dez 2020 15:43
Letzte Änderung:28 Mär 2023 23:58

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