I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1 ,   p p .   886 ~ 8 9 4   I SS N:  2 5 02 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ee cs.v 2 1 .i 2 . pp 886 - 8 9 4          886       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   Perf o r m a nce  enh a nce m e nt  o f  w ireless  senso r net w o rk   by  using   no n - o rthog o na l m ul tiple  a c cess  and sens o r node s e lection  sche m es       Duy   H un g   H a 1 ,   Da c - B inh   H a 2 ,   Va n - T ruo ng   T ruo ng 3 ,   Va n - Duc  P ha n 4 ,   Q .   S.  V u 5   1 W irele ss   Co m m u n ica ti o n s Re se a rc h   G ro u p ,   F a c u lt y   o f   El e c tri c a a n d   E lec tro n ics   E n g in e e rin g ,   T o n   Du c   T h a n g   Un iv e rsit y ,   Ho   Ch M in h   Cit y ,   V i e tn a m   2, 3 F a c u lt y   o f   El e c tri c a l - El e c tro n ic E n g in e e rin g ,   D u y   T a n   Un iv e rsit y ,   Da   Na n g ,   V iet n a m   4 F a c u lt y   o f   A u to m o b il e   T e c h n o lo g y ,   V a n   L a n g   Un iv e rsit y ,   Ho   Ch M in h   Cit y ,   V ietn a m     5 S c h o o o f   En g in e e ri n g - T e c h n o lo g y   &   A rts,   Ho n g   Ba n g   In tern a ti o n a Un iv e rsity ,   Ho   Ch M i n h   Cit y ,   V iet n a m       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   4 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   A u g   3 ,   2020   A cc ep ted   A u g   1 1 ,   2 0 2 0       In   th is  p a p e r,   w e   in v e stig a te  a   re l a y in g   w irele ss   s e n so n e tw o rk   (W S N)  w it h   th e   n o n - o rt h o g o n a m u lt ip le  a c c e ss   (NO M A a n d   se n so n o d e   se lec ti o n   sc h e m e o v e r a y lei g h   fa d in g .   P re c ise l y ,   th e   s y ste m   c o n sists   o f   t w o   se n so r   c lu ste r s,  a   sin k   n o d e ,   a n d   a n   a m p li fy - a n d - f o r w a rd   ( A F re la y .   T h e se   se n so rs  a p p ly in g   th e   NO M A   a n d   se n so n o d e   se lec ti o n   sc h e m e tran s m it   t h e   se n sin g   d a ta  f ro m   th e   se n so c lu ste rs  v ia  th e   re lay   to   th e   sin k .   W e   d e riv e d   th e   e x p re ss io n o f   o u tag e   p ro b a b il it y   a n d   th ro u g h p u f o tw o   s e n so n o d e s.  W e   a lso   p ro v i d e   n u m e rica re su lt s to   e x a m in e   th e   b e h a v io o f   th e   sy ste m .   F in a ll y ,   w e   v e ri fy   th e   v a li d it y   o f   o u a n a l y sis b y   u sin g   th e   m o n te - c a rlo   sim u latio n .   K ey w o r d s :   Am p li f y - a n d - f o r w ar d   B est  s en s o r   n o d s elec tio n   NOM A   Ou ta g p r o b ab ilit y   T h r o u g h p u t   W SN   T h is  is  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Dac - B in h   Ha   Facu lt y   o f   E lectr ical - E lectr o n i E n g i n ee r in g   Du y   T an   U n iv er s it y ,   Da  Na n g ,   Vietn a m   E m ail:  h ad ac b in h @ d u y ta n . ed u . v n       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   th e   last   d ec ad es,  w ir ele s s   s en s o r   n e t w o r k s   ( W SN)   h a v b ee n   w id el y   ap p lied   in   m a n y   f i eld s ,   s u c h   as  m o n ito r in g   en v ir o n m e n tal  p ar am eter s   in   i n d u s tr y   a n d   ag r icu lt u r e,   s m ar tr a n s p o r t,  s m ar g r id s ,   w ea r ab le   m ed ical  ca r d ev ices  [ 1 - 3 ] .   T h m ai n   ad v an ta g o f   w ir e less   s e n s o r   n et w o r k s   is   th at  th u s o f   e x is ti n g   in f r astru ct u r m a y   n o i n c u r   a d d itio n al  co s ts   o f   w ir i n g   a n d   eq u ip m e n t,  an d   f u r th er ,   t h cl o u d   av ailab ilit y   a n d   I o T   p r o to co f o r   a   f ast  co n n ec tio n .   Ho w e v er ,   W SN  also   co n tai n s   m an y   p r o b le m s   t h at  n e ed   to   b a d d r ess ed ,   t y p icall y   d ata  tr an s m i s s io n   b et w ee n   d e v ices   in   t h n et w o r k   w h e n   t h s ca le  o f   t h n et w o r k   b ec o m e s   v er y   lar g e   w it h   m as s i v a m o u n o f   d at [ 4 ] .   T h n o n - o r th o g o n al  m u ltip le  ac ce s s   ( NOM A )   tec h n iq u w as  p r o p o s ed   as  th b est  s o l u tio n   to   s o l v th a b o v p r o b lem   w h e n   s ati s f y i n g   th v er y   h i g h   d ata  r ate  an d   m ass i v co n n ec tiv it y   d em a n d   b o th   in   u p li n k   a n d   d o w n li n k   tr an s m is s io n s   [ 5 - 7 ] .   NOM A   ca n   s u p p o r m u l tip le  u s er s   at  th s a m ti m e   an d   th s a m f r eq u en c y   r eso u r ce .   I n   W SN,  th u p lin k   ch a n n el  p la y s   cr itica r o le,   as  th is   is   th p ath   th at  t h e   s en s o r s   u s ed   to   p er f o r m   th t ask   o f   tr an s m itti n g   th d ata  t h e y   co llect  to   th s in k   n o d e.   Ho w e v er ,   s t u d ies  o n   W SN  u s i n g   u p li n k   N OM A   a r s till   r elativ el y   s m all  [ 8 - 1 2 ] .   I n   [ 8 ] ,   th au th o r s   p r o p o s ed   W SN  to   u s th u p lin k   NO M A   ap p licatio n   to   m ea s u r p ar a m eter s   i n   ag r ic u l tu r e.   T h s en s o r s   ar d iv id ed   in to   clu s ter s   an d   u s e   s h o r t - r a n g m u l ti - h o p   co m m u n icatio n   tec h n o lo g y   to   tr an s f e r   d ata  to   th e   s i n k   n o d e.   T h a u th o r s   u s ed   t h s u m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       P erfo r ma n ce   en h a n ce me n t o w ir ele s s   s en s o r   n etw o r b u s i n g   n o n - o r th o g o n a l m u ltip le   ( Du Hu n g   Ha )   887   d ata  r ate  an d   o u tag p r o b ab ilit y   to   e x a m in t h p e r f o r m an ce   o f   t h s y s te m .   I n   [ 9 ] ,   th u p li n k   NOM m u lti u s er   m o d el  w as p r o p o s ed .   T h b ase  s tatio n   i s   eq u ip p ed   w it h   a n te n n as,  a n d   ea ch   u s e r   eq u ip m en t u n it  h as   s i n g le  a n ten n a,   t h e   u s er s   ar d iv id ed   in to   t w o   g r o u p s r o b u s s et  a n d   w ea k   s et  d ep en d in g   o n   th c h a n n el   s tatu s .   T h p ap er   p r o p o s es  th at  t h p o w er   co n tr o s ch e m ca n   m a x i m ize  t h s u m   ca p ac it y   w it h   m i n i m u m   tar g et  r ate.   An o th er   co m m o n   p r o b lem   w it h   W SN   is   th tr an s m is s io n   d is ta n ce   in   th n et w o r k .   T h s en s o r   n o d es  lo ca ted   at  th n et w o r k   ed g ca n   o n l y   co m m u n icate   w it h   n ei g h b o r in g   n o d es  an d   n ee d   s u p p o r f r o m   th r ela y   to   co m m u n icate   w i th   t h s i n k   n o d e.   T r an s itio n   tec h n iq u e s   co m b in ed   w i th   NOM h elp s   s o lv t h i s   p r o b le m   i n   W SN  [ 1 3 - 2 5 ] .   I n   [ 1 3 ] ,   th au t h o r s   p r o p o s ed   th u p lin k   NO MA   m o d el  f o r   t w o   u s er s   w it h   th e   s u p p o r o f   th e   d ec o d e - an d - f o r w ar d   r ela y   to   co m m u n icate   w it h   th b ase  s tatio n .   T h p ap e r   g o es  in to   s y s te m   an al y s is   b y   p r o v id in g   f o r m u las  f o r   s y s te m   p r o b a b ilit y   an d   t h r o u g h p u b ased   o n   cr itical  p ar a m eter s   s u c h   as  s ig n al  to   n o i s e   r atio ,   tr an s m i s s io n   p o w er .   I n   [ 1 6 ] ,   tw o   u s er s   co m m u n icate d   w it h   t h b ase  s tatio n   s i m u l tan eo u s l y   w ith   th e   ex is te n ce   o f   h al f - d u p lex   r el a y   e m p lo y i n g   th d ec o d e - an d - f o r w ar d   s ch e m to   ass is t h e   f ar   u s er .   W ith   th g iv e n   tar g et  d ata  r ates,  th a u th o r s   p r o p o s ed   th m et h o d   to   d eter m in t h e   m o s t   o p ti m al  p o w er   allo ca tio n   f ac to r s .   Dif f er en f r o m   p r ev io u s   s t u d ies,  in   t h is   s t u d y ,   w p r o p o s NOM A   s ce n ar io   f o r   th u p l in k   o f   t w o   s en s o r   n o d clu s ter s ,   i n   w h ich   th t w o   s e n s o r s   ap p l y   t h u p l in k   NOM A   s c h e m to   tr an s m i th eir   in f o r m a tio n   to   th s in k   v ia  t h AF  r ela y .   T h p r o p o s ed   m o d el  u s es   th e   b est  co m b i n atio n   o f   d ir ec li n k   an d   f o r w ar d - li n k   s elec tio n   m ec h an i s m   b ased   o n   th m ax i m u m   s i g n al  to   en d - to - en d   n o i s r atio .   T o   an aly ze   th p er f o r m a n ce   o f   th is   s y s te m ,   w d er i v e x p r ess io n s   o f   t h o u ta g p r o b ab il it y   a n d   t h r o u g h p u b y   u s in g   t h Ga u s s ia n - C h eb y s h ev   q u ad r atic.   T h n u m er ical  r es u lt s   w ill  b ca lcu lated   ac co r d in g   to   t h e   m ai n   p ar a m eter s :   tr an s m is s io n   p o w er ,   th n u m b er   o f   s en s o r   n o d es to   f i n d   w a y s   to   i m p r o v th p er f o r m an ce   o f   th i s   s y s te m .   T h r em ai n d er   o f   th is   r esear c h   ca n   b f o r m u lated   as  f o llo ws.  Sectio n   2   p r esen ts   th s y s te m   m o d el.   Sectio n   3   an al y ze s   t h s y s te m   p er f o r m a n ce .   Sectio n   4   s h o w s   t h n u m er ical  r esu lts   w i t h   s o m d is c u s s io n s .   Fin all y ,   Sectio n   5   co n clu d es t h s t u d y .         2.   SYST E M   M O DE L   W co n s id er   an   u p lin k   NOM A   r ela y in g   s y s te m   f o r   W SN  as  Fig u r e   1 .   T h is   s y s te m   co n s i s ts   o f   t w o   s en s o r   clu s ter s   P   w it h   s e n s o r   n o d es a n d   w i th   s e n s o r   n o d es,  r ela y   n o d e,   an d   s in k .   T w o   s en s o r   n o d es  s elec ted   r esp ec ti v el y   f r o m   P   a n d   tr a n s m it   th e ir   m ess a g es   to   th s i n k   n o d ( S)  w i th   th e   h elp   o f   s i n g le  AF  R .   A s s u m in g   t h at   t h s e n s in g   d ata,   i.e . ,   co n f id e n tial   d ata,   v i d eo   d ata,   f r o m   P   i s   m o r i m p o r tan t h an   t h d ata,   i.e . ,   h u m id it y ,   te m p er atu r e,   f r o m   Q.   T h er ef o r e,   t h b est  s e n s o r   n o d is   s e lecte d   f r o m   P   ( S NP * ) ,   m ea n ti m e,   t h s en s o r   n o d o f   ( SN Q)   is   r an d o m l y   c h o s en   to   tr a n s m it   th eir   d ata  to   v ia   R .   All  s en s o r   n o d es,  r ela y ,   an d   s in k   h a v s in g le - an ten n a n d   w o r k   in   h a lf - d u p le x   m o d e.   S u p p o s R   h a s   s u f f icie n c h a n n e in f o r m at io n   f r o m   th s e n s o r   cl u s ter ,   t h u s   ac co r d in g   to   t h m ax i m u m   c h an n el   p o w er   g ai n ,   R   a s s i g n s   s en s o r   n o d as  th b est   n o d SNP *   f r o m   P   to   s en d   s e n s in g   d ata  to   it.            Fig u r e   1 .   S y s te m   m o d el       T h p r o p o s ed   o p er atin g   p r o to co l f o r   th is   s y s te m   i s   g i v e n   as  f o llo w s :   P ha s 1 :   SNP *   a n d   SNQ  s i m u lta n eo u s l y   tr an s m i t t h eir   s i g n als ( s 1 ,   s 2 )   to   R   d u r in g   t h p er io d   o f   T /2 ,   w h er T   d en o tes as tr an s m is s io n   b lo ck   ti m e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   8 8 6   -   8 9 4   888   P ha s 2 :   Du r i n g   t h r e m a in i n g   T /2   p er io d ,   R   a m p li f ie s   a n d   f o r w ar d s   t h s ig n al   r ec eiv ed   f r o m   SNP *   a n d   SNQ  to   S.  Fi n all y ,   u s es  t h s u cc e s s i v i n ter f er e n ce   ca n ce llatio n   ( SIC)  to   d etec t h s ig n al  o f   SNP *   a n d   SNQ  to   o b tain   th i n f o r m atio n   o f   ea ch   n o d e.   W d escr ib in   d etail  ea ch   p h ase  m at h e m atica ll y   as  f o llo w s .   P ha s 1 :   A p p l y   NOM s c h e m e,   SN P*,   an d   S N Q   s i m u lta n eo u s l y   to   tr a n s m it   th e ir   s i g n als  ( s 1 s 2 )   to   R   b y   u s i n g   th eir   tr an s m it p o w er   o n   t h s a m f r eq u e n c y   in   t h s a m p er i o d   T /2 .   T h s ig n al  r ec ei v ed   at  R   h a s   t h f o llo w i n g   f o r m     12 1 1 1 2 2 1 12 , PP y h s h s n dd    ( 1 )     w h er h k   ( k   {1 ,   2 })   ar R ay l eig h   f ad i n g   c h a n n el  co e f f icie n ts   o f   li n k s   f r o m   S N P*   an d   S N Q   to   R ,   r esp ec tiv el y ,   n 1   is   A W GN  w i th   ze r o   m ea n   an d   th v ar ia n ce   o f   2 2 2 ~ ( 0 , ) n CN d 1   an d   d 2   ar th E u clid ea n   d is ta n ce s   o f   SN P*   an d   SN Q   to   R ,   r esp ec ti v e l y ,   an d     r ep r esen ts   th p ath - lo s s   ex p o n e n t.   P ha s 2 :   A p p l y in g   t h AF  s ch e m e,   th tr an s m i s s io n   s i g n al  at  R   h as   th e   tr an s m i s s io n   p o w er   P R   ca n   b e   f o r m u lated   b y ,       1 . R y G y   ( 2 )     I n   p ar ticu lar ,   G   is   t h r ela y i n g   g ai n   o f   t h A r ela y   R ,   w h ic h   is   d ef in ed   b y   t h f ac th at  t h P 3   b o u n d s   th tr a n s f er   p o w er   o f   t h r ela y .   T h er ef o r e,   G   is   g i v en   b y ,       3 2 2 2 1 1 1 2 2 2 . | | / | | / P G P h d P h d     ( 3 )     T h er ef o r e,   th s ig n al  r ec eiv ed   at  S is   w r itte n   as,      3 1 2 2 1 1 2 2 1 2 22 3 , G h P P y h s h s n n dd d        ( 4 )     w h er h 3   an d   d 3   ar th R a y le ig h   f ad i n g   ch a n n el  co ef f icie n t   an d   E u clid ea n   d is ta n ce   o f   R   an d   S,  r esp ec tiv e l y   2 2 ~ ( 0 , ) n CN .   Fin all y ,   ap p lies   SIC  to   d ete ct  th e   s i g n a ls   o f   S N P*   a n d   SN Q .   T h p r o ce s s   is   a s   f o llo w s s 1   w ill  b e   d etec ted   f ir s d u to   b etter   ch an n e co n d it io n ,   th e n   s ep ar a tio n   o f   s ig n al  s 2   b y   s u b tr ac ti n g   s 1   f r o m   y 2 .   T h in s ta n ta n eo u s   SIN R   f o r   d etec tin g   s 1   at  S is   g i v en   b y ,       1 22 2 1 1 3 1 3 22 2 2 2 2 2 2 3 3 22 1 3 1 3 2 2 2 2 2 2 3 2 3 1 1 2 2 3 3 / // , 1 s P G h h d d G P h d h d hh h h h h h        ( 5 )     w h er 1 2 3 1 2 3 2 2 2 1 2 3 , , . P P P d d d   Af ter   s u b tr ac tin g   s 1   f r o m   y 2 ,   we  o b tain   in s ta n ta n eo u s   SIN R   t o   d etec s 2   at  S a s   f o llo w s ,       2 22 2 3 2 3 2 2 2 1 1 2 2 3 3 . 1 s hh h h h    ( 6 )     T h P r o b ab ilit y   De n s i t y   Fu n c tio n   ( P DF)   an d   C u m u lat iv D is tr ib u tio n   F u n ct io n   ( C D F)  f u n ctio n s   o f   th r an d o m   v ar iab le  X i   ( i   {1 ,   2 })   ar ca lcu lated   as,  r esp ec ti v el y     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       P erfo r ma n ce   en h a n ce me n t o w ir ele s s   s en s o r   n etw o r b u s i n g   n o n - o r th o g o n a l m u ltip le   ( Du Hu n g   Ha )   889   1 . i i x X i f x e   ( 7 )     1. i i x X F x e    ( 8 )     Me an w h ile,   d u to   s elec t in g   t h b est  ch a n n el  o f   l in k s   P - R ,   th C D an d   P DF  o f   c h an n el  p o w er   g ai n   2 11 1 m a x i iN Yh    is   g i v en   a s   f o llo w s ,       11 1 0 1 1 , N x i x N i Y i N F x e e i            ( 9 )     1 1 1 1 1 ( 1 ) 1 0 11 1 1 1 . N ix xx N i Y i N NN f x e e e i           ( 10 )     Fo r   th later   ca lcu latio n ,   w o b tain   th e x p r ess io n   o f   C D F f o r   11 1 22 1 Y U X as f o llo w s :     11 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 2 P r 1 ( 1 ) . 1 ix N i U i N Y F x x e i X i x           ( 11 )     11 1 1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 1 1 2 2 1 ( 1 ) . ix N i U i N f x ie i ix ix           ( 12 )       3.   P E RF O RM ANCE AN AL YS I S   T h o u tag e   p r o b ab ilit y   P out   f o r   d etec tio n   o f   s 1   an d   s 2   ar ex p r ess ed   as f o llo w s ,   r esp ec ti v el y :       1 1 2 P r 2 1 s o u t s t P       ( 13 )     2 2 Pr s o u t s t P     ( 14 )     T heo re m   1 .   Un d er   q u asi - s tat ic  R a y leig h   f ad in g ,   t h clo s ed - f o r m   ex p r es s io n   o f   P out   to   d etec s 1   f o r   th i s   co n s id er ed   s y s te m   is   g i v e n   b y ,       1 1 3 3 11 1 1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 11 1 1 2 2 2 2 1 ( 1 ) 1 , 2 t l i i NL s i l l t l o u t l il l t l l N ii P i e e a i L ii                  ( 15 )     w h er 1 l n , 2 l l a   33 1 tt   21 c os 2 l l a L    .   P r o o f :   See  A p p en d ix   A .     T heo re m   2 .   Usi n g   q u a s i - s tat ic  R a y lei g h   f a d in g ,   t h clo s ed - f o r m   e x p r ess io n   o f   th o u tag p r o b ab ilit y   t o   d etec s 2   f o r   th is   co n s id er ed   s y s te m   i s   g i v e n   b y     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   8 8 6   -   8 9 4   890   22 2 2 3 3 2 11 2 2 1 33 2 01 2 2 1 1 3 3 1 1 1 ( 1 ) . 2 ( 1 ) l t NL l s i out il l t l N ea N Pe i Li              ( 16 )     P r o o f :   See  A p p en d ix   B .   T h ex p r ess io n s   o f   th r o u g h p u t   f o r   SN P*   an d   SN Q   ar f o r m u la ted   as,      1 1 1 . 2 s out P    ( 17 )     2 2 1 . 2 s out P    ( 18 )     Fro m   ( 1 5 ) - ( 1 8 ) ,   th clo s ed - f o r m   ex p r es s io n s   f o r   SN P*   a n d   SN Q   ca n   b ca lcu lated ,   r esp ec ti v el y .         4.   NUM E RICAL   R E SU L T S A ND  DIS C USS I O N   We   u s t h Mo n te  C ar lo   s i m u latio n   to   v er i f y   th n u m er ical  r esu lt s   o n   t h i m p ac o f   k e y   s y s te m   p ar am eter s ,   i.e . ,   tr an s m it   p o wer ,   n u m b er   o f   s e n s o r   n o d es,  o n   t h s y s te m   p er f o r m a n ce   [ 2 1 - 2 5 ] .   T h p r im ar y   s i m u lat io n   p ar a m eter s   ar p r e s en ted   in   T ab le  1 .   Fro m   T ab le   1 ,   th e   d is ta n ce s   o f   SN P*   an d   SN Q   to   R   a n d   f r o m   R   to   S a r ca lcu lated   as f o llo ws:       T ab le  1 .   Sim u latio n   p ar a m eter s   P a r a me t e r s   N o t a t i o n   Ty p i c a l   V a l u e s   En v i r o n me n t     R a y l e i g h   T r a n smit   p o w e r   o f   se n so r   n o d e s   P 1 ,   P 2   5 ,   1 0   d B m   T r a n smit   p o w e r   o f   t h e   r e l a y   P3   0 - 2 0   d B m   T h e   mi n i mu m   r e q u i r e d   d a t a   r a t e     1   b p s / H z   T h e   c o o r d i n a t e   o f   S   {x 0 ,   y 0 }   {0 , 0 }   T h e   c o o r d i n a t e   o f   S N P *   {x 1 ,   y 1 }   {1 , 0 }   T h e   c o o r d i n a t e   o f   S N Q   {x 2 ,   y 2 }   {0 , 1 }   T h e   c o o r d i n a t e   o f   R   {x 3 ,   y 3 }   {0 . 5 , 0 . 5 }   T h e   p a t h - l o ss e x p o n e n t     2   T h e   p a r a me t e r s o f   t h e   e x p o n e n t i a l   d i s t r i b u t i o n     1   N u mb e r   o f   se n so r   n o d e s o f   P   N   2 ,   4 ,   6   N u mb e r   o f   se n so r   n o d e s o f   Q   M   1   T h e   c o mp l e x i t y - vs - a c c u r a c y   t r a d e - o f f   c o e f f i c i e n t   L   1 0 0       22 1 1 3 1 3 ( ) ( ) d x x y y   ( 1 9 )     22 2 2 3 2 3 ( ) ( ) d x x y y   ( 2 0 )     22 3 0 3 0 3 ( ) ( ) d x x y y   ( 2 1 )     Fig u r e   2   d ep icts   th o u tag p r o b a b ilit y   P out   v er s u s   t h tr an s m it  p o w er   o f   r ela y   b y   v a r y in g   t h e   tr an s m it  p o w er   o f   s e n s o r   n o d e s .   A s   w e   o b s er v f r o m   t h i s   Fi g u r t h at  P out   to   d etec s 1   an d   s 2   d ec r ea s es  w h e n   th tr a n s m it   p o w er   in cr ea s es.  I m ea n s   t h at  t h e   s y s te m   p er f o r m an ce   ca n   b i m p r o v ed   b y   i n cr ea s in g   t h p o w er   at  th r ela y .   Ho w e v er ,   th im p ac o f   tr an s m it  p o w er   o f   s en s o r   n o d es  o n   th s y s te m   p er f o r m a n ce   is   q u ite   d if f er e n t.  C o r r ec tl y ,   w h en   in cr ea s in g   P 1   w ca n   s ee   th at   1 s out P d ec r ea s es  a n d   2 s out P in cr ea s es,  o n   t h co n tr ar y ,   1 s out P in cr ea s es  a n d   2 s out P   d ec r ea s es  w h en   P 2   in cr ea s e s I is   ex p lain ed   th at  w h e n   in cr ea s in g   P 1   th in ter f er en c e   af f ec ted   t h d etec tio n   o f   s 2   at  is   m u c h   m o r s er io u s ;   t h u s ,   it  m ak e s   2 s out P in cr ea s es .   I i s   s i m ila r   to   th e   ca s e   o f   in cr ea s i n g   P 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       P erfo r ma n ce   en h a n ce me n t o w ir ele s s   s en s o r   n etw o r b u s i n g   n o n - o r th o g o n a l m u ltip le   ( Du Hu n g   Ha )   891   Fig u r e   3   d ep icts   t h f l u x   o f   SN P*   a n d   SN Q   1   a n d   τ 2 )   v er s u s   P 3   w it h   d if f er e n tr a n s m it   p o w er   o f   s en s o r   clu s ter s .   W s ee   th at  τ 1   an d   τ 2   in cr ea s w it h   in cr ea s in g   P 3 .   I m ea n s   th a th p er f o r m an ce   o f   th s y s te m   i m p r o v es  a s   t h tr a n s m it   p o w er   at  th r ela y   n o d R   i n cr ea s es.  Fi g u r e   3   also   s h o w s   t h at   w h e n   t h tr a n s m it   p o w er   o f   s en s o r   clu s ter   P   d ec r ea s es,  th th r o u g h p u τ d ec r ea s es  w h ile  th t h r o u g h p u τ 2   in cr ea s e s .   Fu r t h er m o r e,   v ice  v er s a,   w h e n   r ed u ci n g   t h tr a n s m it   p o w er   o f   s en s o r   clu s ter   Q,   t h th r o u g h p u τ 2   d ec r ea s es,   w h ile  t h r o u g h p u t τ 1   i n cr ea s es.              Fig u r 2 .   P out   v er s u s   t h tr an s m it p o w er   P 3   w it h   d if f er e n t P 1   an d   P 2   (P 1 , P 2 )     Fig u r 3 .   T h r o u g h p u t     v er s u s   th tr an s m i t p o w er   P 3   w it h   d i f f er e n P 1   an d   P 2   ( P 1 P 2 )       Fig u r e   4   a n d   Fig u r e   5   d ep ict  th ef f ec o f   t h n u m b er   o f   s e n s o r   n o d es  at  th s en s o r   clu s t er   P   o n   th e   o u tag p r o b ab ilit y   a n d   t h r o u g h p u t,  r esp ec ti v el y .   T h r esu lts   o n ce   ag ai n   co n f ir m   t h at   w h e n   i n cr ea s i n g   th e   tr an s m it p o w er   at  R ,   th s y s te m   p er f o r m a n ce   i m p r o v e s ,   as t h P out   d ec r ea s es a n d   τ   in cr ea s es.             Fig u r 4 .   P out   v er s u s   t h tr an s m it p o w er   P 3   w it h   d if f er en N       Fig u r e   4   d r a w s   t h in cr ea s e   i n   th n u m b er   o f   s en s o r   n o d es  N,   1 s out P d ec r ea s es,  an d   2 s out P in cr ea s e s .   T h is   ca n   b ex p lai n ed   as  t h m o r s en s o r   n o d es  at  P ,   an d   th m o r lik el y   t h s y s te m   i s   to   f in d   t h b est  s e n s o r   n o d to   ca r r y   o u t h d ata  tr an s m is s io n   o f   th s en s o r   clu s ter   P .   T h b etter   th s ig n al  f r o m   th s e n s o r   clu s ter   P ,   th m o r i n ter f er en c it  w il l g e n er ate  f o r   th s e n s o r   clu s ter   Q,   r esu lt in g   i n   2 s out P in cr ea s e s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   8 8 6   -   8 9 4   892   As  s h o w n   i n   Fig u r e   5 ,   t h n u m b er   o f   s en s o r   n o d es  N   i n cr ea s es,  τ 1   in cr ea s e s ,   a n d   τ 2   d ec r ea s es,  m ea n in g   th a th p er f o r m a n ce   o f   th s en s o r   clu s ter   P   is   i m p r o v ed   w h i le  th p er f o r m a n ce   o f   th s e n s o r   clu s ter   is   w o r s e.   T h is   co n c lu s io n   i s   also   co n s is te n w i th   t h e   r es u lt s   o b tain ed   f r o m   Fi g u r e   5.             Fig u r 5 .   T h r o u g h p u t     v er s u s   th tr an s m i t p o w er   P 3   w it h   d if f er en t N       5.   CO NCLU SI O N   I n   th i s   w o r k ,   w h a v i n v e s ti g ated   th e   m u lt iu s er   u p lin k   N OM A   w ir ele s s   s e n s o r   n et w o r k   w it h   th e   b est  u s er   s elec tio n   s c h e m e.   T h clo s ed - f o r m   ex p r ess io n s   o f   th s y s te m   p er f o r m a n ce   ar d er iv ed .   T h r esu lts   s h o w   t h at  t h s y s te m   p er f o r m an ce   ca n   b i m p r o v ed   b y   i n cr ea s in g   t h tr a n s m it   p o w er   at  t h r ela y .   I n cr ea s i n g   th n u m b er   o f   s e n s o r   n o d es  at   th s e n s o r   clu s ter   P   h elp s   i m p r o v its   p er f o r m a n ce   b u ca u s es  d ec r ea s in   t h e   p er f o r m a n ce   o f   th s e n s o r   clu s ter   Q.   T h Mo n te  C ar lo   s i m u latio n   is   co n d u cted   f o r   v alid atin g   t h n u m er ical   r esu lt s .   I n   f u t u r s t u d ies ,   w will e x p an d   t h s y s te m   m o d el  with   m u l ti - r ela y .       RE F E R E NC E S   [1 ]   A la m ,   M .   M . ,   Ha m id a ,   E.   B. ,   Re h m a n i,   M . ,   &   P a th a n ,   A .   Wea ra b le  w irele ss   se n so n e tw o rk s:  A p p li c a ti o n s,  sta n d a rd s,  a n d   re se a rc h   tren d s .   In   Eme rg in g   Co mm u n ica ti o n   T e c h n o l o g ies   Ba se d   o n   W ire les S e n so Ne two rk s:  Cu rr e n Res e a rc h   a n d   Fu t u re   Ap p li c a ti o n s ,   p p .   5 9 - 88,   2 0 1 6 .   [2 ]   Ku rt,   S . ,   Yild iz,  H.  U.,   Yig it ,   M . ,   Tav li ,   B. ,   &   G u n g o r,   V .   C.   P a c k e siz e   o p ti m iz a ti o n   in   w irele ss   s e n so n e tw o rk s   f o s m a rt  g rid   a p p li c a ti o n s.   IEE T ra n sa c ti o n s o n   I n d u stria l   El e c tro n ics v o l .   6 4 ,   n o . 3 p p .   2 3 9 2 - 2 4 0 1 ,   2 0 1 6 .   [3 ]   No e l,   A .   B. ,   A b d a o u i,   A . ,   El f o u ly ,   T . ,   A h m e d ,   M .   H.,   Ba d a wy ,   A . ,   &   S h e h a ta,  M .   S .   S tru c tu ra h e a lt h   m o n it o rin g   u sin g   w irele s s se n so n e t w o rk s:  A   c o m p re h e n siv e   su rv e y .   IEE Co mm u n ica ti o n s S u rv e y &   T u to ria ls v o l.   19 ,   n o .   3 p p .   1 4 0 3 - 1 4 2 3 ,   2 0 1 7 .   [4 ]   Ha rb ,   H.,   Id re e s,  A .   K.,   J a b e r,   A . ,   M a k h o u l,   A . ,   Zah w e ,   O.,   &   Taa m ,   M .   A .   W irele s se n so n e t w o rk s:  b ig   d a ta   so u rc e   in   I n tern e o f   T h in g s.   In ter n a ti o n a J o u rn a o f   S e n s o rs   W ire les s Co mm u n ica ti o n a n d   Co n tr o l v o l.   7 ,   n o .   2 p p .   93 - 1 0 9 ,   2 0 1 7 .   [5 ]   Z.   Zh a n g ,   H.  S u n ,   a n d   R.   Q.  Hu ,   Do w n li n k   a n d   u p li n k   n o n - o rth o g o n a m u lt ip le  a c c e ss   in   a   d e n se   w irele s s   n e tw o rk ,   IEE J .   S e l.   Are a s Co mm u n . ,   v o l.   3 5 ,   n o .   1 2 ,   p p .   2 7 71 - 2 7 8 4 ,   2 0 1 7 .   [6 ]   L .   Da i,   B.   W a n g ,   Y.  Yu a n ,   S .   Ha n ,   C.   I ,   a n d   Z.   W a n g ,   No n - o rth o g o n a m u lt i p le  a c c e ss   f o 5 G so lu ti o n s,  c h a ll e n g e s,  o p p o rt u n it ies ,   a n d   f u tu re   re se a rc h   tren d s,”  IEE E   Co mm u n .   M a g . ,   v o l.   5 3 ,   n o .   9 ,   p p .   7 4 - 8 1 ,   2 0 1 5 .   [7 ]   Z.   Din g ,   M .   P e n g ,   a n d   H.  V .   P o o r,   Co o p e ra ti v e   n o n - o rth o g o n a m u lt ip le  a c c e ss   in   5 G   s y ste m s,”  IEE Co mm u n .   L e tt . ,   v o l.   1 9 ,   n o .   8 ,   p p .   1 4 6 2 - 1 4 6 5 ,   2 0 1 5 .   [8 ]   Hu ,   Z. ,   Xu ,   L . ,   Ca o ,   L . ,   L iu ,   S . ,   Lu o ,   Z. ,   W a n g ,   J.,   &   W a n g ,   L .   Ap p li c a ti o n   o f   No n - Orth o g o n a M u lt ip le A c c e ss   in   W irel e ss   S e n so Ne t w o rk s f o S m a rt  Ag ricu lt u re .   IEE Acc e ss v o l.   7 ,   p p .   8 7 5 8 2 - 8 7 5 9 2 ,   2 0 1 9 .   [9 ]   Kim ,   B. ,   Ch u n g ,   W . ,   L i m ,   S . ,   S u h ,   S . ,   Kw u n ,   J.,   Ch o i,   S . ,   &   Ho n g ,   D.  Up li n k   NO M A   w it h   m u lt i - a n te n n a .   In   2 0 1 5   IE EE   8 1 st ve h ic u la r tec h n o l o g y   c o n fer e n c e   (V T S p ri n g ),   p p .   1 - 5 ,   2 0 1 9 .   [1 0 ]   M o u a p i,   A . Ha k e m ,   N.  Ne w   A p p ro a c h   to   De sig n   A u to n o m o u W irele ss   S e n so No d e   Ba se d   o n   RF   En e rg y   Ha rv e stin g   S y ste m .   S e n so rs 2 0 1 8 ,   1 8 ,   1 3 3 ,   d o i: 1 0 . 3 3 9 0 /s1 8 0 1 0 1 3 3 .   [ 1 1 ]   L i u ,   L . ,   S h e n g ,   M . ,   L i u ,   J . ,   D a i ,   Y . ,   &   L i ,   J .   S t a b l e   T h r o u g h p u t   R e g i o n   a n d   A v e r a g e   D e l a y   A n a l y s i s   o f   U p l i n k   N O M A   S y s t e m s   W i t h   U n s a t u r a t e d   T r a f f i c .   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   6 7 ,   n o .   1 2 ,   p p .   8 4 7 5 - 8 4 8 8 ,   2 0 1 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       P erfo r ma n ce   en h a n ce me n t o w ir ele s s   s en s o r   n etw o r b u s i n g   n o n - o r th o g o n a l m u ltip le   ( Du Hu n g   Ha )   893   [1 2 ]   S h in ,   W . ,   Ya n g ,   H. ,   V a e z i,   M . ,   L e e ,   J.,   &   P o o r,   H.  V .   Re la y - a i d e d   NO M A   in   u p l in k   c e ll u lar  n e t w o rk s.   IEE E   S ig n a l   Pro c e ss in g   L e tt e rs v o l.   2 4 ,   n o .   1 2 p p .   1 8 4 2 - 1 8 4 6 ,   2 0 1 7 .   [1 3 ]   T ru o n g ,   V .   T . ,   V o ,   M .   T . ,   L e e ,   Y.,   &   Ha ,   D.  B.   Am p li fy - a n d - F o rw a rd   Re la y   T ra n s m issio n   in   Up li n k   No n - Orth o g o n a M u lt ip le  A c c e ss   Ne tw o rk s.   In   2 0 1 9   6 t h   NA FOS T ED  Co n fer e n c e   o n   In fo rm a ti o n   a n d   Co m p u ter   S c ien c e   (NICS),   p p .   1 - 6 ,   2 0 1 9 .   [1 4 ]   T ra n ,   D.  D.,   Ha ,   D.  B . ,   S o - In ,   C. ,   T ra n ,   H.,   Ng u y e n ,   T .   G . ,   Ba ig ,   Z.   A . ,   &   S a n g u a n p o n g ,   S .     P e rf o rm a n c e   A n a l y sis   o f   DF/ A F   Co o p e ra ti v e   M IS O   W irele ss   S e n so Ne tw o rk W it h   NO M A   a n d   S W I P T   Ov e Na k a g a m i - $   m   $   F a d in g .   IEE Acc e ss v o l.   6 ,   p p .   5 6 1 4 2 - 5 6 1 6 1 ,   2 0 1 8 .   [1 5 ]   L iu ,   H.,   M iri d a k is,   N.  I. ,   T sif tsis,  T .   A . ,   Kim ,   K.  J.,   &   K w a k ,   K.  S .     Co o r d i n a ted   u p li n k   tr a n sm is sio n   f o c o o p e ra ti v e   NO M A   s y st e m s.   In   2 0 1 8   IE EE   Gl o b a Co mm u n ica ti o n s Co n fer e n c e   ( GLOBE COM , )   p p .   1 - 6 ,   2 0 1 8 .   [1 6 ]   A b d e l - Ra z e q ,   S . ,   Zh o u ,   S . ,   Ba n sa l,   R. ,   &   Zh a o ,   M .   Up li n k   NO M A   tran s m is sio n in   a   c o o p e ra ti v e   r e la y   n e tw o rk   b a se d   o n   sta ti stica c h a n n e sta te i n f o rm a ti o n .   IET   Co mm u n ica ti o n s v o l.   1 3 ,   n o .   4 p p .   3 7 1 - 3 7 8 ,   2 0 1 8 .   [1 7 ]   Ka d e r,   M .   F . ,   S h in ,   S .   Y.,   &   L e u n g ,   V.  C.   F u l l - d u p lex   n o n - o rt h o g o n a m u lt ip le  a c c e ss   in   c o o p e ra t iv e   re la y   sh a rin g   f o 5 G   s y ste m s.   IEE T ra n sa c ti o n o n   Ve h icu l a r T e c h n o l o g y v o l .   67 n o .   7 p p .   5 8 3 1 - 5 8 4 0 ,   2 0 1 8 .   [1 8 ]   L v ,   L . ,   C h e n ,   J . ,   N i ,   Q . ,   D i n g ,   Z . ,   &   J i a n g ,   H .   C o g n i t iv e   n o n - o r t h o g o n a l   m u l t i p l e   a c c e s s   w i t h   c o o p e ra t i v e   r e l a y i n g :   A   n e w   w i r e le s s   f r o n t i e r   f o r   5 G   s p e c t ru m   s h a r i n g .   I E E E   C o m m u n i c a t i o n s   M a g a z i n e v p l .   56 ,   n o .   4 p p .   188 - 195 ,   2 0 1 8 .   [1 9 ]   S a n tam a ria,   P .   Ra im o n d o ,   M .   T ro p e a ,   F .   D.  Ra n g o ,   a n d   C.   A ie ll o ,   A n   Io S u rv e il lan c e   S y ste m   Ba s e d   o n   a   De c e n tralise d   A rc h it e c tu re ,   S e n so rs ,   v o l.   1 9 ,   n o .   6 ,   p .   1 4 6 9 ,   2 0 1 9 .   [2 0 ]   P .   F a z io ,   M .   T ro p e a ,   F .   V e lt ri,   a n d   S .   M a ra n o ,   A   No v e Ra t e   A d a p tatio n   S c h e m e   f o D y n a m ic   Ba n d w id th   M a n a g e m e n in   W irele ss   N e t w o rk s,”  2 0 1 2   IE EE   7 5 t h   V e h icu lar   T e c h n o lo g y   Co n fe re n c e   (V T S p rin g ),   2 0 1 2 .   Zen g   Hu ,   L o n g q in   X u ,   L ian g   Ca o ,   S h u a n g y in   L iu ,   Zh ij ie  L u o ,   Ji n g   W a n g ,   X ian g li   L i,   L u   W a n g .   " A p p li c a ti o n   o f   No n - Orth o g o n a M u l ti p le A c c e ss   in   W irele ss   S e n so Ne tw o rk f o S m a rt  Ag ricu lt u re " ,   IEE Acc e ss ,   2 0 1 9 .   [2 1 ]   Du y - Hu n g   H a ,   Da c - Bin h   Ha ,   J a ro sla v   Zd ra lek ,   M iro sla v   V o z n a k .   " P e rf o r m a n c e   A n a l y sis   o H y b rid   En e rg y   Ha rv e stin g   A F   Re la y in g   Ne t wo rk o v e Na k a g a m i - m   F a d in g   Ch a n n e ls" ,   2 0 1 8   In ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   Ad v a n c e d   T e c h n o lo g ies   fo r   Co m mu n ica t io n s ( AT C) ,   2 0 1 8 .   [2 2 ]   " In d u strial  Ne tw o rk s an d   In tell ig e n S y ste m s " ,   S p rin g e S c ien c e   a n d   B u sin e ss   M e d ia   L L C ,   2 0 1 9 .   [2 3 ]   V a n - V i n h   Ng u y e n ,   T ro n g - T u y e n   T ra n ,   V o   V iet  T ri,   V a n - V a n   Hu y n h ,   Ho a n g - S y   N g u y e n ,   M iro sla v   V o z n a k .   " P o w e r - S p li tt i n g   P ro t o c o N o n - Orth o g o n a M u l ti p le  A c c e ss   (N OMA in   5 G   S y ste m s" ,   Pro c e e d in g o t h e   T e n t h   In ter n a t io n a S y mp o si u m o n   I n fo r ma ti o n   a n d   Co mm u n ica ti o n   T e c h n o l o g y   -   S o ICT   2 0 1 9 ,   2 0 1 9 .   [2 4 ]   Da c - Bin h   Ha ,   Ja P .   A g ra w a l.   " C h a p ter  6   P e rf o rm a n c e   A n a l y sis   fo NO M A   Re la y in g   S y ste m   in   Ne x t - G e n e ra ti o n   Ne tw o rk w it h   RF   E n e rg y   Ha rv e s ti n g " ,   In tec h   Op e n ,   2 0 2 0 .       AP P E NDI X   A P P E N DI X   A :   P r o o f o f Th e o r em  1 .   Her e,   th ex p r ess io n   o f   P out   f o r   SN P*   ca n   b f o r m u lated   as   1 1 3 1 3 2 2 3 3 1 1 2 2 1 1 2 2 3 3 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 3 1 1 2 2 1 1 2 2 3 11 3 22 Pr 11 Pr 1 1 1 Pr 1 0 Pr , 1 0 1 Pr Pr 1 s o u t t tt t tt t t t YX P X X Y X Y X X Y X YX Y X X Y X YX Y X X                  11 22 11 22 11 3 22 1 1 , 1 1 t t Y X Y X Y X                 33 11 1 () 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 ( 1 ) t t t u i N u a u i i N i e e d u i iu iu           33 11 1 1 3 3 1 () 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 0 1 1 2 2 1 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 1 2 2 1 1 ( 1 ) l n l n l n 1 ( 1 ) ln tt t t t it N t i i t t i N b t i i N i e e dt i it it N z z i z i ie i zi                      11 1 1 3 3 11 1 ln 2 0 22 1 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 11 1 1 2 2 2 2 l n l n 1 1 1 l n l n l n 2 2 2 1 ( 1 ) 2 1 1 1 l n l n l n 2 2 2 t i z t i i l l l NL c t i il l l l t e dz z i z a a a ii N ie e i L a a a ii                        1 ln 2 2 1. l a l a     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   8 8 6   -   8 9 4   894   A P P E N DI X   B :   P r o o f o f Th e o r em  2 .   Her e,   th ex p r ess io n   o f   P out   f o r   SN Q   ca n   b ca lcu lated   b y   2 2 3 2 1 2 1 3 3 2 2 1 2 3 2 3 1 1 2 2 3 3 12 2 3 2 0 1 ( 1 ) 1 0 12 00 Pr 1 1 1 1 ( 1 ) 1 1 ( 1 t tt t s o u t t t t X X X Y t yt t iy t N i i XX P Y X X yx F F f x dy f y dx x N e dy dt i N i                          1 3 3 2 2 3 3 1 2 2 3 3 3 3 2 2 1 1 1 0 12 00 1 11 1 33 0 2 1 1 3 3 0 1 1 0 ) 1 1 ( 1 ) [ ( 1 ) ] 1 1 ( 1 ) tt t t tt t t t i t N y t i i t N t i i t N i i e e dy dt N t e e dt i it N e i                           2 2 3 3 22 1 1 2 ln 33 2 2 1 1 3 3 0 [ l n ( 1 ) ] l n t z t e dz z i z         22 2 2 3 3 1 ln 11 2 2 2 1 33 2 01 22 1 1 3 3 1 1 1 ( 1 ) . 11 2 l n l n ( 1 ) 22 l t a NL l i il ll t N ea N e aa i L i                    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.