I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o f  El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   10 ,   N o .   2 ,  A p r i l   2020 ,   p p.   1612 ~ 162 1   IS S N :   2088 - 8708 ,  D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v 10 i 2 . pp1612 - 1 621             1612       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i j e c e . i ae s c or e . c om / i nd e x . php / IJ E CE   In t e r f e r e n c e   a w a r e   r e s o u r c e   a l l o c a t i o n   m o d e l   f o r   D 2 D   u n d e r   c e l l u l a r   n e t w o r k       R u k s ar   F ati m a,   R o h i n a  K h an am ,   S h ai k   H u m e r a  Tau s e e f   K ha j a   B a nda na w a z   C o l l e g e   o f   e ng i n e e r i ng ,   G u l ba r g a ,   I ndi a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T     Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   M a r  11 ,   2 019   R e v i s e d  O c t   17 ,   2 019   A c c e pt e d  O c t   27 ,   2 019       D e v i c e - to - D e v i c e   c o m m uni c a t i o n  ( D 2D )   ha s   e m e r g e d  a s   a n   e f f i c i e nt   c om m uni c a t i o n  m o de l   i n  f u t u r e   g e ne r a t i o n  c e l l u l a r   ne t w o r k  f o r   o f f l o a di ng  c e l l u l a r   t r a f f i c   a nd  e nh a nc e   o v e r a l l   ne t w o r k  p e r f o r m a n c e .   D 2D   c om m uni c a t i o n  a i d  i n  a t t a i n i ng   be t t e r   s pe c t r um   ut i l i z a t i o n,   l o w e r   de l a y ,   a nd  l e s s   e n e r g y   c o ns um pt i o n,   w h i c h  c a n  w e l l   a da p t   t o   m e e t   de m a nd  o f   hi g he r   t r a ns m i s s i o n  r a t e ,   l a r g e r   ne t w o r k  c a pa c i t y .   F ur t he r ,   e n ha nc e s   s pe c t r a l   e f f i c i e nc y   b y   r e ut i l i z i ng   r e s o ur c e .   H o w e v e r ,   i t   m a y   r e s u l t   i n  s e v e r e   c r o s s - t i e r   i nt e r f e r e nc e   a nd  c o - t i e r   i n t e r f e r e nc e .   T h e r e f o r e ,   e f f i c i e nt   i n t e r f e r e nc e   m o de l l i ng   de s i g n  a r e   r e qu i r e d  t o   a ddr e s s   pe r f o r m a nc e   de g r a d a t i o n  c a us e d  by   t he   i nt e r f e r e nc e s .   T he   e x i s t i ng   m o de l   ha s   f oc us e d  o n  a ddr e s s i ng   i nt e r f e r e nc e   c o n s i de r i ng   D 2D   a s s o c i a t i o n  o pe r a t i ng   o n  s a m e   c e l l   w i t h  t h e   c e l l u l a r   a s s o c i a t i o n.   A s   a   r e s u l t ,   i t   i nc u r s   i n t e r f e r e nc e   t o   t he   c e l l ul a r   u s e r   l o c a t e d  i n   t he   s a m e   c e l l .   H o w e v e r ,   pr a c t i c a l l y   D 2D   a s s o c i a t i o n  i n  o v e r l a pp i n g   a r e a   w i l l   r e u t i l i z e   s p e c t r um   o f   m ul t i pl e   n e i g hbo r i ng   c e l l s .   A s   a   r e s u l t ,   i t   i nc ur s   i nt e r f e r e nc e   i n  m ul t i pl e   c e l l s .   F o r   o v e r c o m i ng   r e s e a r c h  c ha l l e ng e s ,   t hi s   w o r k  pr e s e n t e d   I nt e r f e r e nc e   A w a r e   R e s o ur c e   A l l o c a t i o n  ( I A R A )   m o de l   f o r   D 2D   unde r   c e l l ul a r   ne t w o r k  a s   a   g a m e   t he o r y   m o de l .   T hi s   w o r k  c o ns i de r   a   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n  g a m e   w he r e   ba s e   s t a t i o n  a s   a   c o nt e nde r   f o r   c a t e r i ng   D 2D   r e s o ur c e   ne e ds   und e r   d i f f e r e n t   a s s um pt i o ns .   E xp e r i m e n t   a r e   c o nduc t e d   t o   e v a l ua t e   pe r f o r m a nc e   o f   I A R A .   T he   o ut c om e   s ho w s   I A R A   a t t a i n e d   s i g ni f i c a n t   pe r f o r m a nc e   i m p r o v e m e nt   o v e r   s t a t e - of - a r t   m o de l s   i n   t e r m s   o f   s um   r a t e   ( u t i l i t y ) ,   s uc c e s s f ul   pa c ke t   t r a n s m i s s i o n,   r e v e nu e ,   a n d  de l a y .     Ke y w or d s :   Ce l l ul a r   n e t w o r k   D 2D   c o m m u n i c a t i o n   G a m e   t h e o r y   Int e r f e rn c e   m a na ge m e n t   P ow e r   a l l o c a t i o n   R e s o ur c e   a l l o c a t i o n   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A d v anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .    A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   Ro h i na   K ha na m ,    K ha j a   B a n d a n a w a z   Co l l e ge   o f   E ngi n e e ri n g ,     G ul b a r g a ,   I ndi a .   E m a i l :   r o h i na 11 19@ r e d i f f m a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N   W i t h   t h e   r a p i d  g r o w t h   o f   s m a rt   a n d  w i r e l e s s   de v i c e   h a s   r e s ul t e d  i n   i n c r e a s e d  t r a f f i c   a t   a n   a nnua l   r a t e   of   53%  unt i l   2020  [1].   A s   a   r e s ul t ,   t h e   n e e d  f o r   s pe c t rum   i n   c e l l ul a r  n e t w o r k  i s   e xpe c t e d  t o   g o   up   e xpo n e n t i a l l y   i n   n e a r   f ut u r e   [2] .   H ow e ve r ,   a t t a i ni n g  hi g h   t hr o ug h pu t   w i t h i n   c e l l u l a r  n e t w o r k  po s s e s s   t w o  c h a l l e n ge s .   F i r s t l y ,   i t   i s   di f f i c ul t   t o  i n c r e a s e   t h e   ph y s i c a l   l a y e r   c a pa c i t y   of   w i r e l e s s   c h a nn e l .   S i n c e   ph y s i c a l   l a y e r   t e c h n o l o gi e s   us e d  i n   M IM O - O F D M   ((M ul t i pl e   I n put   M ul t i pl e   O ut put - O rt h o go n a l   F r e que n c y   D i v i s i o n   M ul t i pl e xi n g )  a n d  4G / L T E   (L o n g  T e rm   E v o l ut i o n)  w i t h   i nt e r f e r e n c e   c oo r di na t i o n   a nd  c a pa c i t y - a c h i e v i n g  c o d e s ,   ha v e   r e a c h e d  t h e i r   t h e o r e t i c a l   l i m i t s .   S e c o n dl y ,   r e duc i n g   t h e   s i z e   o f   c e l l   by   us i n g  f e m t o c e l l   n e t w o r k  i s   a   a c hi e v a b l e ,   y e t   c o s t l y ,   de s i gn   f o r   e nha n c i n g  t hr o ug h pu t ,   a s   i t   i nduc e s   hi g h e r   c o s t   f o r   o f fe r i n g  b a c k h a ul   c o n n e c t i v i t y   of   t h e s e   s m a l l   b a s e   s t a t i o n s .     D e v i c e - to - D e v i c e   (D 2D )  c o m m u n i c a t i o n  h a s   e m e r ge d  ha s   a   n e w   pa r a d i gm   a c r o s s   a c a de m i c   a nd  i n dus t ri e s .   T hi s   i s   m a i n l y   due   t o   un i q ue   a dv a n t a ge s   i t   o f fe r s ,   t h e   c e l l ul a r  n e t w o r k  c a n  o ff l o a d  i t s   t r a f f i c ,   a t t a i n  hi g h e r   e n e r gy   pr o f i c i e n c y ,   b e t t e r   t hr o ug h p ut ,   a n d  r o b us t n e s s   t o   i n f r a s t r uc t u r e   f a i l u r e s .   R e c e n t l y ,   A l l J oy n ,   Q ua l c o m m   h a s   a i m e d  a t   a dd r e s s i n g  m a n y   c h a l l e n ge s   fo r  e n a b l i n g  D 2D   c o m m u n i c a t i o n.   W i t h   t h e   n e w   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       Int e r f e r e n c e   aw ar e   r e s our c e   a l l o c a t i on   m od e l   f or   D 2D   u nde r   c e l l u l ar   ne t w or k   ( R uk s ar   F a t i m a)   1613   M e s s a ge   Q ue u e   T e l e m e t r y   T ra n s po r t   (M Q T T )  p r o t o c o l   i s   s pe c i f i c a l l y   d e s i gn e d  o n l y   fo r   de v i c e - to - de v i c e   c o m m uni c a t i o n ,   t h e   i ndus t r y   i s   w e l l   pl a c e d  t o   i t s   r e a l - w o r l d  de pl o y m e n t .   T h e   e xi t i ng  m o de l   o n   D 2D   a s s o c i a t i o n   [3]  h a s   s t i l l   m a i nl y   foc us i n g  o n   h o w   de v i c e - to - de v i c e   c o m m u n i c a t i o n   c a n   r u n   p r o f i c i e n t l y   a s   a n   unde rl a y   t o   c e l l ul a r   n e t w o r ks .   F urt h e r ,   D 2D   i s   c o n s i de r e d  t o   b e   o n e   of   t h e   pr o m i s i n g  t e c hn i q ue   i n   5G   c o m m uni c a t i o n s .   H e r e   by   s h a r i n g  do w n l i nk  o r   upl i n k   r e s o ur c e   b l o c ks   w i t h   c e l l ul a r   s ub s c r i b e r s ,     de v i c e - to - de v i c e   a s s oc i a t i o n   a t t a i n s   a   g r e a t   po t e n t i a l   o f   i n c re a s i ng  n e t w o r k  c a pa c i t y   a n d  e nha n c i n g  s pe c t r a l   e ff i c i e n c y   [2].   D 2D   c o m m uni c a t i o n   a l l o w s   di r e c t   a s s o c i a t i o n   a m o n g  t w o   s ub s c r i b e r s   w h i c h   a r e   ge o gr a p h i c a l l y   c l o s e   t o   o n e   a n o t h e r   w i t h o ut   b e i n g  c o m m u ni c a t e d  by   b a s e d  s t a t i o n.   T h i s   a i d  i n   a t t a i ni n g   b e t t e r   s pe c t r um   u t i l i z a t i o n,   l o w e r   de l a y ,   a n d  l e s s   e n e r gy   c o n s um pt i o n ,   w h i c h   c a n   w e l l   a d a pt   m e e t   de m a n d  o f   h i g h e r   t r a n s m i s s i o n   ra t e   a n d  l a r ge r   n e t w o r k  c a pa c i t y   [4 ,  5].   A l t h o u gh   e nha n c e d  s pe c t r a l   e f f i c i e n c y   c a n   b e   a t t a i n e d  by   t h e   r e u t i l i z a t i o n   o f   r e s o ur c e s   i n   de v i ce - d e v i c e   a s s o c i a t i o n s .   H ow e v e r ,   i t   m a y   r e s ul t   i n   s e v e r e   c r o s s - t i e r   i n t e r f e r e n c e   (a m o n g  c e l l ul a r   s ub s c r i b e r s   a nd  D 2D   l i nks )  a nd   c o - t i e r   i n t e r f e r e n c e   (a m o n g  d i f f e r e n t   D 2D   l i n ks   t r a n s m i t t i ng  o n   t h e   s a m e   r e s o ur c e   b l oc ks )  [6 ,  7].   If   t h e   i nt e r f e r e n c e s   pr o b l e m   a r e   n o t   a d d r e s s e d  pr o pe r l y ,   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   e n t i r e   t h e   n e t w o r k  w i l l   b e   a ff e c t e d.   T h e re fo r e ,   e ff i c i e n t   i nt e r f e r e n c e   m o de l l i ng  de s i g n  a r e   r e qui r e d   t o   a dd r e s s   qua l i t y - of   s e r v i c e   (Q o S )  de gr a da t i o n   c a u s e d  by   t h e   i nt e r f e r e n c e s .     R e c e n t l y ,   n u m b e r   o f   a ppr o a c h e s   i s   b e e n   p r e s e n t e d  t o   s o l ve   i n t e r f e r e n c e   i s s ue s   i n   de v i c e - to - de v i c e   a s s o c i a t i o n   u n de r l y i n g  c e l l ul a r   n e t w o r ks   [8 - 11].   I n   [8] ,   p r e s e n t e d  gua r d  z o n e   b a s e d  i n t e r f e r e n c e   m o de l l i n g   fo r   p r o v i di n g  Q o S   r e qui r e m e nt   o f   c e l l ul a r   us e r .   F o r   m i t i ga t i n g  i n t e r f e r e n c e   due   t o   pr e s e n c e   of   D 2 D   a s s o c i a t i o n ,   [9 ]  pa i ri n g  b a s e d  i n t e r f e r e n c e   c oo r di n a t i ng  m o de l .   F ur t h e r ,   [10 ]  t r a n s m i s s i o n   c a pa c i t y   r e gi o n   w h i c h   a i d  i n   m a n a g i n g  i nt e r f e r e n c e   i n   D 2D   e n v i r o nm e nt   w he n   b o t h   s uc c e s s i ve   i n t e r f e r e n c e   c a n c e l l a t i o n   a nd  pow e r   c o n t r o l   w e r e   c a r ri e d  o ut .   L i m i t i n g  c o - e xi s t e n c e   of  D 2D   pa i r s   a n d  c e l l ul a r   us e r   i m po s e d  s e r i o us   i n t e r f e r e n c e   t o   t h e   c e l l ul a r  n e t w o r k  a f fe c t i n g  o v e r a l l   c a p a c i t y ,   i n   [11]  c o n s i de r e d  b o t h   u pl i nk  a nd  do w n l i nk  i n t e r f e r e n c e s   t hr o ug h   a d m i s s i o n   c o n t r o l   a n d  po w e r   a l l o c a t i o n ,   w hi c h   i nt e n de d  a t   m a x i m i z i n g  t h e   o ve r a l l   t hr o ughput   o f   t h e   D 2D   a s s o c i a t i o n s   u nde rl y i n g  c e l l u l a r  n e t w o r k.     D 2D   a s s o c i a t i o n   s ha r e s   s pe c t r um   r e s o ur c e s   w i l l   r e s ul t   i n   c ha l l e n ge s   i n   c o - e xi s t i n g  o f   c e l l ul a r   a n d   D 2D   c o m m uni c a t i o n   due   t o   j o i n t   i n t e r f e r e n c e .   T h e   e xi s t i ng  m o de l   ha s   f oc us e d  o n   a dd r e s s i n g  i n t e r f e r e n c e   c o n s i de r i ng  D 2D   a s s o c i a t i o n   i s   o pe r a t i ng  o n   s a m e   c e l l   w i t h   t h e   c e l l ul a r   a s s o c i a t i o n .   A s   a   r e s ul t ,   i t   i n c u r s   i n t e r f e r e n c e   t o   t h e   c e l l ul a r   us e r   l o c a t e d  i n   t h e   s a m e   c e l l   (i . e .   i n t ra   c e l l   i n t e r f e r e n c e ).   H ow e ve r ,   p ra c t i c a l l y   D 2D   a s s o c i a t i o n   w i l l   r e ut i l i z e   s pe c t r u m   o f   m ul t i p l e   n e i g h b o r i n g  c e l l s .   A s   a   r e s ul t ,   i t   i n c u r s   i nt e r f e r e n c e   i n  m ul t i p l e   c e l l s   (i . e . ,   i n t e r   c e l l   i n t e r f e r e n c e ).   T h i s   w o r k  a i m e d  t o   a dd r e s s i n g  t h e   i n t e r   c e l l   i n t e r f e r e n c e   of  c e l l ul a r   n e t w o r k  w i t h   p r e s e n c e   o f   D 2D .   F o r   e xa m pl e ,   w h e n  D 2D   us e r   us e s   d ow n l i n k  s pe c t r um   r e s o ur c e s   o f  c e l l ul a r  n e t w o r k,   a   D 2D   us e r   (S e n de r )  m a y   i n duc e   i n t e r f e r e nc e   t o   a   c e l l ul a r  us e r  i n  t h e   a dj a c e nt   c e l l   o b t a i ni n g   dow n l i nk  l o a d  u t i l i z i n g  t h e   s a m e   r e s o ur c e .   S i m i l a rl y ,   w h e n   a   D 2D   us e r s   us e   upl i n k  s pe c t r um ,   t h e   D 2D   us e r   (R e c e i v e r )  m a y   i n c u r s   i n t e r f e r e n c e   f r o m   a   c e l l u l a r  s ub s c r i b e r   i n   t h e   a dj a c e nt   c e l l   t ra n s m i t t i n g   upl i n k  l o a d  t o   i t s   a s s o c i a t e d  b a s e   s t a t i o n .   F o r   o v e r c o m i n g   ( r e duc e )  t h e   i n t e r f e r e n c e   a m o n g   D 2D   a n d  c e l l ul a r  s ub s c r i b e r s ,   n u m b e r   o f   r e s o ur c e   m a n a ge m e nt   a pp r o a c h e s   ha s   b e e n   p r e s e nt e d  [12 ,  1 3].   H ow e ve r ,   m o s t   o f   t h e   s t a t e - of - a r t   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   m o de l   ha s   f oc us e d  o n   a dd r e s s i n g  i n t e r f e r e n c e   o n   t h e   i n t ra   c e l l .   H ow e v e r ,   i nt e r  c e l l   s c e n a r i o   h a s   b e   n e gl e c t e d.     In   s t a t e - of - a r t   D 2D   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   m o de l ,   ga m e   t h e o r y   i s   w i de l y   us e d   t o   ob t a i n   c h a ra c t e r i s t i c s   f e a t ur e   of   c o m pe t i t i o n   b e t w e e n   D 2D   a s s oc i a t i o n s .   G a m e   t he o r y   [14 ,  15]  off e r s   a   m a t h e m a t i c a l   s o l ut i o n   f o r   e ffe c t i ve   de c i s i o n   m a k i n g,   w hi c h   o ff e r s   a   m e t h o d  t o   pr e di c t   w h a t   m a y   ( o r   w o ul d)   a ri s e   w h e n   ra t i o n a l   c o n t e n de r s   w i t h   v a r y i n g  i nt e r e s t .   I n   s t a t e - of - a rt   m o de l   [16 ,   17]   D 2D   pa i r s   i s   m o de l l e d  a s   c o n t e n de r   l o o ki n g   fo r   t h e   r e s o ur c e s ,   w h e r e   t h e   u t i l i t y   of   e a c h   c o n t e n de r   i s   de s c ri b e d  a s   a   f un c t i o n   o f   ge n e ra t e d  i nt e r f e r e n c e   a n d   r e a l i z a b l e   da t a   ra t e .   T h e   o pt i m a l   s o l ut i o n   (i . e . ,   e qui l i b r i um )   fo r   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   c a n  b e   ob t a i n e d  b y   us i n g  ut i l i t y   f un c t i o n   (i . e . ,   c o n t e n de r ’s   b e s t   r e s po n s e   f un c t i o n ).   T he   s t a t e - of - a r t   i nt e r f e r e n c e   m o de l   [18]  c a n   b e   us e d   t o   a ddr e s s   i n t e r   c e l l   c o n di t i o n   by   us i n g  i nt e r f e r e n c e   i n f o r m a t i o n   f r o m   a dj a c e nt   c e l l s .   T h e   o pe r a t e s   of   c e l l ul a r  n e t w o r k  o n   t h e   l i c e n s e d  b a nd  a nd  i t   i s   v e r y   e m i n e nt   t o   e n s u re   t h e   D 2D   ra d i o s   t h a t   do   n o t   e n s u r e   t h e   c e l l ul a r - us e r s .   S a m e   i s s ue s   o f   t h e   i nt e r f e r e n c e   m a na ge m e nt   c a n   b e   e n c o unt e r e d  i n   t h e   c o gn i t i v e   ra di o   [19 ,  20 ] ,   w h e r e   t h e   c e l l ul a r   us a ge   i s   a s s um e d  m a i n   s e r v i c e .   T h i s   c a n   b e   pr ov e   h i g hl y   be n e f i c a l   fo r   n e t w o r k  o n   t h e   b a s i s   of  c e l l - c a pa c i t y   [21 ].   H ow e v e r ,   i t   i s   n o t   e f f i c i e n t   w h e n   D 2D   t ri e s   t o   c o n t e n d   w i t h   t h e   m ut u a l l y   s h a r e d  c h a nn e l   o f  t w o  a dj a c e n t   c e l l s   a nd  i t   a l s o   f a i l s   t o   de t e r m i n e   r e s o ur c e   c o n f i gura t i o n.   L e t   c o n s i de r   a n   a s s u m pt i o n   w h e r e   D e v i c e   1  a n d  D e v i c e   2,   a r e   di s pe r s e d  b ut   pr o xi m a l   i n   t h e   o v e r l a pp i n g  a r e a   o f   t w o   a dj a c e n t   c e l l s .   D e v i c e   1   a n d  D e v i c e   2  m us t   b e   i n   po s i t i o n   o f   o b t a i ni n g  di r e c t   a c c e s s   a s   l o n g  a s   t h e y   a r e   ut i l i z i n g  t h e   m ut u a l   s ha r e d  s pe c t r um   o f   t w o   c e l l s .   A s   a   r e s ul t ,   t h e r e   i s   n e e d  t o   r e m o de l   t h e   ga m e   m o de l   t o   p r o v i s i o n   s uc h  c o n di t i o n.     F o r   ov e r c o m i n g  t h e   r e s e a r c h   i s s ue s ,   t hi s   w o r k  pr e s e nt   e ff i c i e n t   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   m e t h o d  i n  i n t e r c e l l   D 2D   a s s o c i a t i o n  u n de r l y i n g  c e l l u l a r   n e t w o r k.   U n l i ke   s t a t e - of - a r t   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   m o de l ,   t h i s   w o r k  c o n s i de r s   a   s c e n a ri o   w h e r e   de v i c e - to - d e v i c e   l i nk  i s   po s i t i o n e d  i n   t h e   o ve r l a ppi ng  s e gm e n t   o f  a dj a c e n t   c e l l s .   V e r y ,   l i m i t e d  w o r k  i s   c a rr i e d  t o   a dd r e s s   t h e   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   i s s ue s   fo r   a   D 2D   l i n k   po s i t i o n e d  i n   o ve r l a ppi ng  (m u t ua l )  a r e a   o f   a dj a c e n t   c e l l s .   F urt h e r,   t hi s   c o n s i de r s   b a s e   s t a t i o n s   a s   a   c o n t e nde r  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   2 ,  A p ri l   2020   :     1 6 1 2   -   1 6 2 1   1614   l o o ki n g  f o r   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   o f   D 2D   r e que s t e d  l o a d  r a t he r   t ha n   D 2D   pa i r   a s   a   c o n t e n de r   l i k e   s t a t e - of - a r t   m o de l .   T h e n,   i t   de f i n e s   t h e   u t i l i t y   of   e a c h   c o n t e nde r   a s   t h e   pa y off   ob t a i n e d  f r o m   b o t h   de v i c e - to - de v i c e   a n d   c e l l ul a r   a s s o c i a t i o n  ut i l i z i n g  t h e   r e s o ur c e s .   F u r t h e r ,   w e   e v a l ua t e   t h e   e xi s t e n c e   o f   N a s h   E qui l i b r i u m   p r o pe rt i e s .   T h us ,   t h e   pa y off s   of   b a s e   s t a t i o n s   c a n  b e   i m p r o v e d.                       T h e   r e s e a r c h  c o n t r i b ut i o n  a s   f o l l o w s   a.   T h i s   w o r k  c o n s i de r s   a   c a s e   w h e r e   de v i c e - to - de v i c e   l i n k  i s   po s i t i o n e d  i n   t h e   o v e r l a ppi ng  s e gm e n t   o f  a dj a c e n t   c e l l s .   b.   F urt h e r,   p r e s e n t e d  a   ga m e   t h e o r y   m o de l   fo r   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   w h e r e   b a s e   s t a t i o n  i s   c o n s i de r e d  a s   c o n t e n de r   f o r   c o nt e n d i n g   D 2D   pa i r s   de m a n d .   c.   T h e   I n t e r f e r e n c e   a w a r e   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   m o de l   a t t a i n  h i g h e r   s um   r a t e ,   s uc c e s s f ul   pa c ke t   t r a n s m i s s i o n ,   r e v e n ue   a nd  l e s s   de l a y .     T h e   r e s t   o f   t h e   pa pe r   i s   o r ga ni z e d  a s   f o l l ow s .   In   s e c t i o n,   2   t he   pr o po s e d  i n t e r f e r e n c e   a w a r e   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   m o de l   f o r   D 2D   un de r   c e l l ul a r   n e t w o r k  i s   p r e s e n t e d.   In   pe n u l t i m a t e   s e c t i o n ,   e xpe r i m e nt a l   s t udy   i s   c a rri e d  o ut .   T h e   c o n c l us i o n  a nd  f ut u r e   w o r k  i s   de s c ri b e d  i n   l a s t   s e c t i o n.           2.   I N TER F ER EN C E  A WA R E  R ES O U R C E   A LLO C A TI O N   M O D EL   F O R   D 2D   U N D ER   C ELLU LA R   N ET WO R K       T h i s   w o r k  p r e s e nt   i nt e r f e r e n c e   a w a r e   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   m o de l   fo r   D 2D   e na b l e d  u n de r  f ut u r e   h i g h  s pe e d  a n d  c r o w d e d  c e l l ul a r   n e t w o r k.   F i r s t l y ,   t hi s   b r i e f l y   di s c us s e s   a bo ut   i n t e r f e r e n c e   m o de l   a n d  a r c h i t e c t ur e   c o n s i de r e d  f o r   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n .   T h e n ,   t h i s   m o de l   p r e s e n t   a   ga m e   t h e o r y   m o d e l   t ha t   m a x i m i z e   t h e   s u m   r a t e   (ut i l i t y )  of   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n  c o n s i de ri n g  di f f e r e n t   a s s um p t i o n .   T h e   a r c hi t e c t u r e   o f   i n t e r f e r e n c e   a s s um pt i o n   c o n s i de r e d  i n   t h i s   w o r k  i s   p r e s e n t e d  i n  F i g u r e s   1 - 3.           F i g u r e   1 .   A r c h i t e c t ur e   o f   a s s um pt i o n   1   o f   D 2D   c o m m u n i c a t i o n   u n de r  c e l l ul a r   n e t w o r k           F i g u r e   2 .   A r c h i t e c t ur e   o f   a s s um pt i o n   2   o f   D 2D   c o m m u n i c a t i o n   u n de r  c e l l ul a r   n e t w o r k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       Int e r f e r e n c e   aw ar e   r e s our c e   a l l o c a t i on   m od e l   f or   D 2D   u nde r   c e l l u l ar   ne t w or k   ( R uk s ar   F a t i m a)   1615       F i g u r e   3 .   A r c h i t e c t ur e   o f   a s s um pt i o n   3   o f   D 2D   c o m m u n i c a t i o n   u n de r  c e l l ul a r   n e t w o r k       a)   S ys te m   m o d e l   fo r   D 2D   n e tw o r k :   T h i s   s e c t i o n   de s c r i b e s   t h e   D 2D   s y s t e m   m o de l   c o n s i de r e d  f o r   e ff i c i e n t   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   a m o n g  c o n t e n d i n g  D 2D   s ub s c r i b e r s .   T h i s   w o r k  c o n s i de r s   a   c a s e   w h e r e   t w o   D 2D   s u b s c r i b e r s   a r e   po s i t i o n e d  i n   t h e   ove r l y i n g  r e gi o n   o f  t w o   a dj a c e n t   c e l l s   us i n g  up l i n k  r e s o ur c e   fo r   a s s o c i a t i o n .   I n   e a c h   c e l l ,   t h e r e   e xi t s   a t   l e a s t   o n e   c e l l ul a r   s ub s c r i b e r   t ha t   a s s o c i a t e s   w i t h   b a s e   s t a t i o n .   T hi s   w o r k  f ur t h e r   c o n s i de r s   t ha t   D 2D   pa i r   r e ut i l i z e   t h e   up l i nk  r e s o ur c e s   a m o n g  c e l l u l a r  s ub s c r i b e r s   w hi l e   c e l l ul a r   a s s o c i a t i o n s   us e   e i t h e r   do w n l i nk  o r  upl i nk  r e s o ur c e ,   t h us   a i d  i n   s y n c hr o n i z i n g  w i t h   b a s e   s t a t i o n s .   T h e   c a s e   c a n   b e   e xpr e s s e d  i n   t o   fo l l ow i n g  t hr e e   a s s um pt i o n,   w h e r e   s ub s c r i b e r   1  (s o ur c e )  a nd  s u b s c r i b e r   2  (de s t i na t i o n )  a r e   t h e   D 2D   pa i r,   s ub s c r i b e r   3  a n d   s ub s c r i b e r   4  a r e   t h e   c e l l ul a r   s ub s c r i b e r.   -   A s s u mp ti o n   1:   C e l l ul a r   a s s o c i a t i o n s   (b l ue   l i n e )  i n   b o t h   c e l l s   ut i l i z e   upl i n k  r e s o ur c e s .   H e r e ,   D 2D   pa i r   ( y e l l ow   l i n e )   i n d uc e s   i nt e r f e r e n c e   ( r e d  l i n e )  a m o n g   b a s e   s t a t i o n s   a s   s h o w n   i n  F i g u r e   1.   -   A s s u mp ti o n   2:   Ce l l ul a r   a s s o c i a t i o n s   i n  t h e   ri g h t   s i de   c e l l   ut i l i z e   upl i n k  r e s o ur c e   w h i l e   i n  t h e   l e f t   s i de   ut i l i z e   t h e   do w n l i n k  r e s o ur c e .   I n   t h i s   a s s um p t i o n,   D 2D   a s s oc i a t i o n s   o n l y   i n duc e s   i nt e r f e r e n c e   t o   b a s e   s t a t i o n   2  a s   s h o w n   i n  F i g u r e   2.   -   A s s u mp ti o n   3:   Ce l l ul a r   a s s o c i a t i o n   i n   b o t h  c e l l   ut i l i z e   do w nl i n k   r e s o ur c e .   I n   t h i s   c a s e ,   D 2D   p a i r  i n duc e s   n o   i nt e r f e r e n c e   a m o n g  b a s e   s t a t i o n s   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   3.   L e t   de pi c t   t h e   ra t e   a l l o c a t i o n   o f   b a s e   s t a t i o n   o f  a b ov e   a s s um pt i o n s .   L e t     b e   t h e   c h a nn e l   po w e r   ga i n   a m o n g   s o ur c e     a n d  de s t i na t i o n    ov e r   a   D 2D   c h a nn e l   o r   c e l l u l a r  c h a nn e l ,   3 1 b e   t h e   ga i n  a m o n g   s ub s c r i b e r  1   a nd  b a s e   s t a t i o n  1 ,   3 2 b e   t h e   g a i n  a m o ng  s ub s c r i b e r   1  a n d  b a s e   s t a t i o n   2.   T h e   s o ur c e     po w e r   i s   de n o t e d  by   ,   t h e   ra t e   a l l o c a t i o n   o f   ℎ   b a s e   s t a t i o n   i n   a s s um p t i o n     by   ,   t h e   a dd i t i v e   w h i t e   G a us s i a n  n o i s e   po w e r   a t   t h e   de s t i n a t i o n   i s   r e p r e s e n t e d   by   0 .   S ub s e que n t l y ,   f o r   a s s u m pt i o n  1,   w e   ob t a i n s     1 1 = 1 ∗ l o g 2 ( 1 + 1 1 1 0 + 3 1 3 ) ,               (1)     2 1 = 2 ∗ l o g 2 ( 1 + 2 2 2 0 + 3 2 3 ) .               (2)     w h e r e   1   a n d   2   a r e   t h e   d a t a   ra t e   o f   b a s e   s t a t i o n   1   a nd  b a s e   s t a t i o n  2 ,   r e s pe c t i v e l y .   F urt h e r,   f o r   a s s um pt i o n   2,   w e   ob t a i n       1 2 = 1 ∗ l o g 2 ( 1 + 1 1 1 0 ) ,                 (3)       2 2 = 2 ∗ l o g 2 ( 1 + 2 2 2 0 + 3 2 3 ) .               (4)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   2 ,  A p ri l   2020   :     1 6 1 2   -   1 6 2 1   1616   S i m i l a rl y ,   fo r   a s s um p t i o n  3 ,   w e   o b t a i n     1 3 = 1 ∗ l o g 2 ( 1 + 1 1 1 0 ) ,               (5)     2 1 = 2 ∗ l o g 2 ( 1 + 1 2 2 0 ) .               (6)     T h e   ra t e   a l l o c a t i o n   o f   a l l   b a s e   s t a t i o n s   a i d  i n   o b t a i n i n g   t h e i r   r e v e n ue   a t t a i n e d  f r o m   c e l l ul a r  a s s o c i a t i o n s .   A n   i m po rt a nt   t hi g  t o   b e   s e e n   h e r e   i s   t ha t   t h e   m o de l   t o   e v a l ua t e   r a t e   a l l o c a t i o n   c o n s i de r s   i n t e r f e r e n c e   i n duc e d  a m o n g   D 2D   c ha nn e l ,   w hi c h  a i d  i n  i m p a c t i n g  r e v e n ue   o f   t h e   b a s e   s t a t i o n .   F o r   e xa m pl e ,   a l l o c a t i ng  m o r e   b a ndw i dt h   r e s o ur c e   t o   D 2D   us e r   w i l l   r e s ul t   i n   r e duc e d  i n t e r f e r e n c e .   A s   a   r e s ul t ,   c a r e f ul   pl a nni n g  i s   r e qui r e d  i n   a l l o c a t i ng  r e s o ur c e   t o   D 2D   s ub s c r i b e r   i n   f ut u r e   h i g h   s pe e d  m o b i l e   n e t w o r k.   T h i s   w o r k  pr e s e nt   a   ga m e   t h e o r y   a pp r o a c h   t o   e s t i m a t e   t h e   a m o u n t   o f   b a n dw i dt h   t o   b e   a s s i gn e d  t o   D 2D   s o ur c e   s ub s c r i b e r   by   r e s pe c t i v e   b a s e   s t a t i o n s .   T hi s   w o r k  c o n s i de r s   t ha t   t h e   b a s e   s t a t i o n   ha s   a l l   i n f o r m a t i o n   r e ga r d i n g   c h a nn e l   s t a t e   i n f o r m a t i o n   o f   e a c h   c ha nn e l   i n   t h e   a v a i l a b l e   c e l l   w i t h   r e s pe c t   t o   b a s e   s t a t i o n s .   S o   t h a t   ov e r l a pp i n g   b a s e   s t a t i o n  c a n   s y n c hr o n i z e   t h e   ra d i o   r e s o ur c e .     b)   R e s ou r c e   a l l o c at i o n   u s i n g  gam e   th e o r y   ap p r o ac h   fo r   D 2D   n e tw o r k :   T h i s   s e c t i o n   de s c r i b e s   t h e   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   us i n g  ga m e   t h e o r y   a ppr o a c h.   L e t   c o n s i de r s   t h a t   t h e   e a c h   s e r v i c e   pr o v i de r   c a n   c ha r ge   i t s   D 2D   s ub s c r i b e r .   S i n c e   D 2D   c h a nn e l   r e ut i l i z e   t h e   s h a r e d  c h a nn e l   a m o ng  t w o   c e l l .   T hus ,   s e r v i c e   pr o v i de r s   c a n   m a xi m i z e   t h e i r   r e v e n ue   a n d  po s s e s s   i n c e n t i v e   t o  a s s i gn   r e s o ur c e   t o   D 2D   s u b s c r i b e r .   T h e   r a c e   a m o n g  s e r v i c e   pr o v i de r   c a n   b e   c o n s i de r e d  a s   c oo p e r a t i v e   ga m e ,   i n   w h i c h   b a s e   s t a t i o n s   a r e   m o de l l e d  a s   c o nt e n de r s .   T hi s   s e c t i o n   p r e s e n t   a   ga m e   t h e o r y   m o d e l   w h e r e   e a c h  b a s e   s t a t i o n   c a n  ob t a i n   i n f o r m a t i o n   o f  p o l i c i e s   a n d  r e v e n ue   of   t h e   b a s e   s t a t i o n .   L e t   c o n s i d e r s   t h e   ut i l i t y   of   c o n t e nde r   a s   t h e   r e gul a t o r y   pa y off s   t h a t   c o m po s e d  of   t w o   ph a s e s .   T h e   f i rs t   p h a s e   i s   o b t a i n e d  f r o m   c ha r ge s   o b t a i n e d  f r o m   c e l l ul a r   s ub s c r i b e r s ,   a nd  s e c o n d  p ha s e   i s   t h e   c h a rge s   o b t a i ne d  f r o m   D 2D   a s s o c i a t i o n .   T h e r e f o r e ,   t h e   ut i l i t y   pa r a m e t e r  o f   c o n t e n de r s   a r e   e xp r e s s e d  a s   f o l l ow s     1 = ∗ 1 + ∗ 3 − ∗ 3 ,               (7)     2 = ∗ 2 + ∗ 3 − ∗ 3 ,               (8)     w h e r e     a n d     a r e   c o n s t a n t   de pi c t i n g  t h e   s ub s c r i p t i o n  c h a rge s   o f   un i t e   b a n dw i dt h  a nd  r e s o ur c e ,   r e s pe c t i v e l y .   T h e   a l l o c a t e d  b a n dw i dt h  f r o m   b a s e   s t a t i o n   1  a n d   b a s e   s t a t i o n  2  i s   r e p r e s e n t e d   by   3   a n d   3   r e s p e c t i v e l y   a n d     i s   t h e   c o s t   o bj e c t i v e   po l i c i e s   of   r e s o ur c e .   T h e   p ri c i n g   po l i c i e s   w i t h  r e s pe c t   t o     i s   us e d  s i m i l a r  t o   [22 ,  23 ].   T h e r e f o r e ,   i t   c a n  b e   f o r m ul a t e d  a s   f o l l ow s     = + ( 3 + 3 ) ,                 (9)     w h e r e   ,  ,   a nd    a r e   c o n s t a nt   w i t h   n o n - n e ga t i v e   pa ra m e t e r,   a n d  ≥ 1   a s s u r e s   t h a t   t h e   c o s t   o bj e c t i ve   po l i c i e s   i s   c o n v e x.   T h e   (9) ,   de pi c t s   t ha t   t h e   c o s t   of   a l l   ba s e   s t a t i o n s   i s   di r e c t l y   pr o po r t i o na l   t o   r e s o ur c e   a t t a i n e d   by   D 2D   s ub s c r i b e r .   L e t   c o n s i de r   a   b a s e   s t a t i o n   2 ,   m a x i m i z e   i t s   u t i l i t y   by   i n di v i du a l l y   i n c r e a s e   t h e   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n,   t h e   c o s t   of   a l l   b a s e   s t a t i o n s   w o ul d  be   o pt i m i z e d  a c c o r di n g l y .   T h i s   r e s ul t ,   i n   r e duc i n g   t h e   u t i l i t y   o f   b a s e   s t a t i o n   1 ,   a n d   t h us   b a s e   s t a t i o n  1   ha s   i n c e nt i v e   t o   a s s i g n  m o r e   r e s o ur c e   c o m pe t i ng   w i t h  b a s e   s t a t i o n  2 .   A s   t h e r e   e xi s t   t ra de - o ff   a m o n g   d a t a   ra t e   a n d   p ow e r   [24 ],   w hi c h  c a n  b e   ob t a i n e d  a s   f o l l ow s     3 ∝ 1 3 + 3 ,                   (10)     F o r   e a s i n e s s ,   w e   c o n s i de r     [ 0 + 3 1 3 ] = 1 3 ,                 (11)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       Int e r f e r e n c e   aw ar e   r e s our c e   a l l o c a t i on   m od e l   f or   D 2D   u nde r   c e l l u l ar   ne t w or k   ( R uk s ar   F a t i m a)   1617   [ 0 + 3 2 3 ] = 2 3 ,                 (12)     w h e r e   1   a n d   2 a r e   c o n s t a nt   w i t h  n o n - n e g a t i v e   pa r a m e t e r,   t h us   w e   ha v e     1 = ∗ 1 + ∗ 3 − [ + ( 3 + 3 ) ] ∗ 3 ,           (13)     2 = ∗ 2 + ∗ 3 − [ + ( 3 + 3 ) ] ∗ 3 ,           (14)     T h e   o pt i m i z a t i o n   s t ra t e gy   f o r   ob t a i n i ng  e ff i c i e n t   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   f o r   D 2D   a s s o c i a t i o n   i s   e xp r e s s e d   a s   fo l l ow s     ma x ( 3 + 3 )                 (15)    ℎ   ℎ    ↓ ≤ 3 + 3 ≤ ↑ ,     0 ≤ 3 ≤ 1 ,     0 ≤ 3 ≤ 2 ,     , , , > 0 ,     1 , 2 ≥ 0 ,     ≥ 1 .       w h e r e   ↓   a n d  ↑   a r e   t h e   m i ni m u m   a n d  m a x i m um   b a n dw i dt h  r e qu i r e m e nt   o f   D 2D   pa i r .   A n  i m po r t a nt   t hi n gs   t o   b e   s e e n   h e r e   i s   t ha t   ↓   i s   ut i l i z e d  t o   c o n t r o l   i m pl i c i t l y   t h e   D 2D   c o m m uni c a t i o n   po w e r   t h a t   do e s n ’t   i n c u r s   m uc h   i n t e r f e r e n c e   a m o n g  b a s e   s t a t i o n s   a nd  t h e   c e l l ul a r   s u b s c r i b e r s .   S i m i l a rl y ,   t h e   D 2D   c h a nn e l   r e ut i l i z e s   t h e   s h a r e d  r e s o ur c e s   of  t w o   c e l l s ,   t h e   r e s o ur c e   a l l o c a t e d  t o   D 2D   by   t h e s e   b a s e   s t a t i o n s   m us t   n o t   s u r pa s s   t o   t h e   a l l o c a t e d  b a n dw i dt h   w i t h  r e s pe c t   t o   c e l l ul a r   s ub s c r i b e r  i n   e a c h   c e l l ,   t h us ,   w e   ob t a i n   0 ≤ 3 ≤ 1   a n d     0 ≤ 3 ≤ 2 .   By   c o n s i de ri n g  N a s h   e qui l i b ri u m ,   w e   c a n   a t t a i n   e f f i c i e nt   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   by   s o l v i n g   t h e   i de a l   s t r a t e g y   po l i c i e s   of   e a c h   c o n t e n de r  w h i c h   i s   e xp r e s s e d  a s   f o l l ow s     ( ̂ 3 , ̂ 3 ) =  ma x ( 3 , 3 )               (16)    ℎ   ℎ    ↓ ≤ 3 + 3 ≤ ↑ ,     0 ≤ 3 ≤ 1 ,     0 ≤ 3 ≤ 2 ,     , , , > 0 ,     1 , 2 ≥ 0 ,     ≥ 1 .       F urt h e r,   t o   a t t a i n  N a s h  e qui l i b ri u m   o f   (13)  f i xe d   ga m e ,   w e   di f f e r e n t i a t e     w i t h   r e s pe c t   t o   3   a nd   3 ,  r e s pe c t i v e l y .   T h us ,   w e   h a v e     {             1 ( 3 , 3 ) 3 = 0 2 ( 3 , 3 ) 3 = 0 0 ≤ 3 ≤ 1 0 ≤ 3 ≤ 1 ↓ ≤ 3 ≤ 3 ≤ ↑                 (17)     Th e   pr o po s e d  r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   m o de l   a t t a i n s   s i g n i f i c a nt   r e s ul t   w h i c h   i s   e xpe r i m e nt a l l y   pr ov e d   i n   n e xt   s e c t i o n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   2 ,  A p ri l   2020   :     1 6 1 2   -   1 6 2 1   1618   3.   S I M U LA TI O N   R ES U LTS   A N D   A N A L Y S I S     T h i s   s e c t i o n  p r e s e n t   e xpe ri m e n t   e v a l ua t i o n  o f   pr o po s e d  i n t e r f e r e n c e   a w a r e   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n  (IA R A )  m o de l   fo r   D 2D   p a i r  u n de r   c e l l u l a r  n e t w o r k  o ve r   s t a t e - of - a r t   m o de l s .   T h e   pe r f o r m a n c e   o f   IA RA   m o de l   i s   e v a l ua t e d  o v e r   e xi s t i n g  m o de l s   i n   t e r m s   o f   S um   r a t e ,   p a c ke t   c o m m u n i c a t i o n   de l a y ,   s uc c e s s f ul   pa c ke t   t ra n s m i s s i o n ,   a nd  c o s t   i n c u rr e d  t o   pe r f o r m   d a t a   t ra n s m i s s i o n.   T h i s   w o r k  c o n s i de r   a   c e l l   s c e n a ri o ,   w h e r e   D 2D   pa i r s   a n d  c e l l ul a r   us e r s   a r e   u ni f o r m   ra n do m l y   di s t ri b ut e d  i n   a   s qua r e   a r e a   o f   1000m × 1000 m   w i t h   t h e   b a s e   s t a t i o n   i n   t h e   c e n t e r .   F u rt h e r ,   t h e   D 2D   p a i r s   a n d   c e l l ul a r   s ub s c r i b e r s   a r e   m o b i l e   i n  n a t u r e   w i t h   uni f o r m   s pe e d.   F o r  a   f i xe d  n u m b e r   o f   D 2D   pa i r s   a n d   c e l l ul a r  s ub s c r i b e r s ,   w e   r e pe a t   t h e   s i m u l a t i o n   by   2  t i m e s   a n d  m e a n   o f   t h e   r e s ul t   i s   t a ke n.   T h e   s i m u l a t i o n  pa ra m e t e r   c o n s i de r e d  f o r   t h i s   w o r k  i s   s i m i l a r   t o   [17] ,   a n d  [18] .   M o r e   de t a i l   o f   s i m ul a t i o n   p a r a m e t e r   us e d  f o r   s i m u l a t i o n   s t udy   i s   de s c r i b e d  i n  T a b l e   1 .       T a b l e   1 .   S i m u l a t i o n  p a r a m e t e r  c o n s i de r e d   N e t w o rk   P a ra m e t e r   V a l u e   N u m b e r   o f  c e l l   16   Ce l l   w i d t h     1000m   N u m b e r   o f  c e l l u l a r  a n d   D 2 D   u s e r s   200   M o d u l a t i o n   s c h e m e   Q P S K   M o b i l i t y   o f   d e v i c e s   5   m / s   M a x i m u m   d i s t a n c e   o f  D 2 D   1 0 0   m   S u b - c a rri e r  b a n d w i d t h   1   H z   (1 5   k H z )   T i m e   s l o t   d u ra t i o n     5   μ s   N u m b e r   o f  F r e q u e n c y   C h a n n e l s   1 0 ,   2 0 ,   3 0 ,   a n d   4 0   P a t h   l o s s   e x p o n e n t   3 . 5       a)   S u m   r ate   (u ti l i ty)   p e r fo r m an c e   e v al u ati o n   T h i s   s e c t i o n   e v a l ua t e s   s um   ra t e   a s   a   ut i l i t y   pe r fo r m a n c e   o f  IA R A   ov e r   e xi s t i ng  m o de l   [3 ,   16,   17 ].   F o r   e xpe r i m e n t   a n a l y s i s   w e   h a v e   c o n s i de r e d  f o l l ow i n g  a s s um pt i o n   s uc h   a s ,   c e l l ul a r   a s s o c i a t i o n s   i n   b o t h  (a dj a c e n t / n e i g h b o ur i ng)  c e l l s   ut i l i z e   upl i n k  r e s o ur c e s .   H e r e ,   D 2D   pa i r   i nduc e s   i n t e r f e r e n c e   a m o n g  b a s e   s t a t i o n s   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   1.   T h e   s um   ra t e   pe r f o r m a n c e   i s   e v a l ua t e d  by   v a r y i n g  l i n k / c ha nn e l   s i z e   a nd   t h e   o ut c o m e   a t t a i n e d  by   IA R A   a n d  e xi t i n g  m o de l   i s   gr a p h i c a l l y   s h ow n   i n   F i g u r e   4.   T h e   o ut c o m e   s h ow s   t h a t   IA R A   i m p r o v e s   s um   ra t e   pe r f o r m a n c e   by   4. 19%,   3 4. 8 7%,   8 . 19% ,   a nd  5 . 5%  o v e r   e xi t i ng  m o de l   c o n s i de r i ng  v a r i e d  c h a nn e l   s i z e   o f   10,   20,   30 ,   a nd  40 ,   r e s pe c t i v e l y .   A n   a v e r a ge   s um   ra t e   pe r f o r m a n c e   i m p r o v e m e n t   o f  13. 47 %  i s   a t t a i n e d  by   IA R A   ov e r   e xi s t i ng  m o de l .   S i m i l a r l y ,   e xpe r i m e nt   a r e   c o n duc t e d  c o n s i de ri n g  f o l l ow i n g  a s s um pt i o n   s uc h   a s ,   c e l l ul a r   a s s o c i a t i o n s   i n   t h e   o n e   c e l l   ut i l i z e   upl i n k  r e s o ur c e   w h i l e   i n   t h e   o t h e r   c e l l   ut i l i z e   t h e   do w n l i n k  r e s o ur c e .   I n  t hi s   a s s u m pt i o n,   D 2D   a s s o c i a t i o n s   o n l y   i n duc e s   i nt e r f e r e n c e   t o   b a s e   s t a t i o n  2   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   2.   T h e   s um   r a t e   pe r f o r m a n c e   i s   e v a l ua t e d   by   v a r y i n g  l i n k / c ha nn e l   s i z e   a n d  t h e   o ut c o m e   a t t a i n e d  b y   IA R A   a n d  e xi t i n g  m o de l   i s   g r a p h i c a l l y   s h ow n   i n   F i g u r e   5.   T h e   o ut c o m e   s h ow s   t h a t   IA R A   i m p r o v e s   s um   r a t e   pe r f o r m a n c e   by   6. 05%,   12 . 8% ,   10 . 07% ,   a n d  9 . 42 %  o ve r   e xi t i n g  m o de l   c o n s i de r i ng  v a ri e d  c h a nn e l   s i z e   o f   10,   20,   30,   a nd  40 ,   r e s pe c t i v e l y .   A n   a v e r a ge   s um   r a t e   pe r f o r m a n c e   i m p r o v e m e n t   o f   9. 61%  i s   a t t a i n e d  by   IA R A   ov e r   e xi s t i n g  m o de l .   F u rt h e r,   e xpe ri m e nt   a r e   c o n duc t e d  c o n s i de ri n g  f o l l ow i n g  a s s u m pt i o n  s uc h   a s ,   c e l l ul a r   a s s o c i a t i o n   i n   b o t h   c e l l   ut i l i z e   dow n l i nk   r e s o ur c e .   In   t h i s   c a s e ,   D 2D   pa i r   i n duc e s   n o  i n t e r f e r e n c e   a m o n g  b a s e   s t a t i o n s   a s   s h o w n   i n  F i g u r e   3 .   T h e   s um   ra t e   pe r f o r m a n c e   i s   e v a l ua t e d  by   v a r y i n g  l i n k / c ha nn e l   s i z e   a n d   t h e   o ut c o m e   a t t a i n e d  by   IA RA   a n d   e xi t i ng  m o de l   i s   g r a p hi c a l l y   s h ow n   i n   F i g u r e   6.     T h e   o ut c o m e   s h ow s   t h a t   IA R A   i m p r o v e s   s um   ra t e   pe r f o r m a n c e   b y   6. 08%,   15 . 87 %,   8. 35 %,   a n d   11. 29%  o v e r   e xi t i n g  m o de l   c o n s i de r i n g  v a r i e d  c h a nn e l   s i z e   o f  10,   20,   30,   a nd  40,   r e s pe c t i v e l y .   A n   a v e r a ge   s um   ra t e   pe r f o r m a n c e   i m p r o v e m e n t   o f   10. 49%  i s   a t t a i n e d  b y   IA R A   ov e r   e xi s t i n g   m o de l .   T h e   o v e r a l l   r e s ul t   a t t a i n e d   s h o w s   a n   a v e r a ge   s um   ra t e   i m p r o v e m e n t   o f  11. 19%  i s   a c hi e ve d  by   IA R A   ove r   e xi s t i n g  m o de l .   F u r t h e r,   n o  pri o r  w o r k  a s   c o n s i de r e d  s uc h   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n   a s s u m pt i o n.   H e n c e ,   t h e   p r o po s e d  m o de l   i s   s c a l a b l e   a n d  r o b us t .     b)   S u c c e s s fu l   p ac k e t  t r an s m i s s i o n   p e r fo r m an c e   e v al u a ti o n   T h i s   s e c t i o n   e v a l ua t e s   s uc c e s s f ul   pa c ke t   t r a n s m i s s i o n   pe r f o r m a n c e   o f   IA R A   ov e r   e xi s t i n g   m o de l   [3 ,   16 ,   17 ].   F o r   e xpe r i m e nt   a na l y s i s   w e   h a v e   c o n s i d e r e d  a l l   t hr e e   a s s u m pt i o n  o f   F i g ur e   1 ,   F i gu r e   2 ,   F i gu r e   3  t o ge t h e r  a n d   s i m ul a t i o n   i s   c o n duc t e d.   T h e   s uc c e s s ful   p a c ke t   t r a n s m i s s i o n   pe r f o r m a n c e   i s   e v a l u a t e d  by   v a r y i n g  l i n k / c ha nn e l   s i z e   a n d  t h e   o ut c o m e   a t t a i n e d  by   I A R A   a n d  e xi t i n g  m o de l   i s   gra p hi c a l l y   s h o w n   i n  F i g u r e   7.   T h e   o ut c o m e   s h o w s   t h a t   IA R A   i m p r o v e s   pa c ke t   t r a n s m i s s i o n   pe r f o r m a n c e   by   4. 87%,   37 . 18% ,   9. 32 % ,   a nd  5. 6 7%  o ve r   e xi t i ng  m o de l   c o n s i de r i ng  v a ri e d  c ha nn e l   s i z e   o f   10 ,   20,   30,   a n d  40 ,   r e s pe c t i v e l y .   A n   a v e ra ge   s uc c e s s f ul   pa c ke t   t r a n s m i s s i o n   pe r f o r m a n c e   i m pr o v e m e n t   o f  14. 76%  i s   a t t a i n e d  by   IA R A   ov e r   e xi s t i n g   m o de l .   T h e   o ve r a l l   r e s ul t   a t t a i n e d  b y   IA R A   i s   s c a l a b l e   a n d   r o b us t .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       Int e r f e r e n c e   aw ar e   r e s our c e   a l l o c a t i on   m od e l   f or   D 2D   u nde r   c e l l u l ar   ne t w or k   ( R uk s ar   F a t i m a)   1619           F i gu r e   4 .   S u m   ra t e   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n  c o n s i de r i ng  v a r i e d   c ha nn e l   u n de r   a s s um pt i o n   1   (F i gu r e   1)   F i gu r e   5 .   S u m   ra t e   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n  c o n s i de r i ng  v a r i e d   c ha nn e l   u n de r   a s s um pt i o n   2   (F i gu r e   2)             F i gu r e   6 .   S u m   ra t e   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n  c o n s i de r i ng  v a r i e d   c ha nn e l   u n de r   a s s um pt i o n   3   (F i gu r e   3)     F i gu r e   7 .   S uc c e s s f ul   pa c ke t   t ra n s m i s s i o n   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n   c o n s i de r i ng  v a ri e d  c h a nn e l         c)   D e l ay   p e r fo r m an c e   e v al u ati o n :    T h i s   s e c t i o n   e v a l ua t e s   de l a y   p e r f o r m a n c e   of   IA R A   o ve r   e xi s t i ng  m o de l   [3 ,   1 6,   1 7].   T h e   de l a y   i s   c o m put e d  i n   t e rm s   o f   t h e   num b e r  o f   pa c ke t s   be i n g   d r o ppe d  w i t h   r e s pe c t   t o   o ve r a l l   pa c ke t   b e i ng   t r a n s m i t t e d  [25 ].   F o r   e xpe r i m e n t   a na l y s i s   w e   h a v e   c o n s i de r e d  a l l   t hr e e   a s s um pt i o n   o f  F i g ur e   1,   F i gu r e   2,   F i gu r e   3  t o g e t h e r   a nd  s i m ul a t i o n  i s   c o n duc t e d.   T h e   de l a y   pe r f o r m a n c e   i s   e v a l u a t e d  by   v a r y i n g  l i n k/ c ha nn e l   s i z e   a n d   t h e   o ut c o m e   a t t a i n e d  by   IA R A   a n d  e xi t i n g  m o de l   i s   g r a p hi c a l l y   s h ow n   i n   F i g u r e   8 .   T h e   o ut c o m e   s h o w s   t h a t   IA R A   r e duc e s   de l a y   by   3. 62%,   26 . 17 %,   7 . 02% ,   a n d  4 . 93 %  o ve r   e xi t i n g  m o de l   c o n s i de r i ng  v a ri e d  c h a nn e l   s i z e   o f   10,   20,   30 ,   a n d  4 0,   r e s pe c t i v e l y .   A n   a v e ra ge   de l a y   r e duc t i o n  o f   11. 27%  i s   a t t a i n e d  b y   IA R A   ov e r   e xi s t i ng  m o de l .   T h e   o v e r a l l   r e s ul t   a t t a i n e d   by   IA R A   i s   s c a l a b l e   a n d   r o b us t .     d)   R e v e n u e   p e r fo r m an c e   e v al u ati o n   T h i s   s e c t i o n   e v a l ua t e s   r e v e n ue   pe r fo r m a n c e   o f  IA R A   ov e r   e x i s t i n g  m o de l   [3 ,   16,   17].   T h e   r e v e n ue   i s   c o m put e d  s i m i l a r   t o   [13].   F o r   e xpe r i m e n t   a na l y s i s   w e   h a v e   c o n s i de r e d  a l l   t hr e e   a s s um pt i o n   of   F i g ur e   1,   F i gu r e   2,   F i gu r e   3  t o ge t h e r   a n d  s i m u l a t i o n   i s   c o n duc t e d.   T h e   r e v e n ue   pe r f o r m a n c e   i s   e v a l ua t e d  by   v a r y i n g  l i n k / c ha nn e l   s i z e   a n d   t h e   o ut c o m e   a t t a i n e d  by   IA RA   a n d   e xi t i ng  m o de l   i s   g r a p hi c a l l y   s h ow n   i n   F i gu r e   9.     T h e   o ut c o m e   s h ow s   t h a t   IA R A   i n c r e a s e   r e v e n ue   by   30. 34%,   4. 63 %,   27 . 3% ,   a n d  29 . 67%  o v e r   e xi t i ng  m o de l   c o n s i de r i ng  v a r i e d  c ha nn e l   s i z e   o f   10,   20,   30 ,   a nd  40 ,   r e s pe c t i v e l y .   A n   a v e r a ge   r e v e n ue   i m p r o v e m e n t   o f  23. 5%   i s   a t t a i n e d   by   IA R A   o ve r   e xi s t i ng  m o de l .   T h e   o v e r a l l   r e s ul t   a t t a i n e d   by   IA R A   i s   s c a l a b l e   a nd  r o b us t .   0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 10 20 30 40 N o r m a l i z e d  S um   R a t e   (b i t s / (s*H z )) N um b e r   o f   c h a n n e l s S u m   R ate   p e r fo r m an c e   e v al u ati o n   c o n s i d e r i n g  v ar i e d   c h an n e l   E xi s t i ng M ode l IA RA 0. 4 0. 42 0. 44 0. 46 0. 48 0. 5 0. 52 10 20 30 40 N o r m a l i z e d  S um   R a t e   (b i t s / (s *H z )) N um b e r   o f   c h a n n e l s S u m   R at e   p e r fo r m an c e   e v al u at i o n   c o n s i d e r i n g  v ar i e d   c h an n e l   E xi s t i ng M ode l IA RA 0. 36 0. 38 0. 4 0. 42 0. 44 0. 46 0. 48 0. 5 10 20 30 40 N o r m a l i z e d  S um   R a t e   (b i t s / (s *H z )) N um b e r   o f   c h a n n e l s S u m   R ate   p e r fo r m an c e   e v al u ati o n   c o n s i d e r i n g  v ar i e d   c h an n e l   E xi s t i ng M ode l IA RA 0 2000 4000 6000 8000 1000 0 120 0 0 10 20 30 40 N um b e r   o f   pa c ke t   t r a n s m i t t e d  s uc c e s s f ul N um b e r   o f   c h a n n e l s S u c c e s s fu l   p ac k e t  tr an s m i s s i o n   p e r fo r m an c e   e v al u ati o n   c o n s i d e r i n g  v ar i e d   c h an n e l E xi s t i ng M ode l IA RA Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   2 ,  A p ri l   2020   :     1 6 1 2   -   1 6 2 1   1620       F i gu r e   8 .   D e l a y   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n   c o n s i de ri n g   v a r i e d  c ha nn e l       F i gu r e   9 .   R e v e n ue   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n   c o n s i de r i ng  v a r i e d   c ha nn e l       e)   R e s u l t  an d   d i s c u s s i o n   N um b e r   o f   m o de l   ha s   b e e n   p r e s e n t e d  r e c e nt l y   fo r   a dd r e s s i ng  r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   p r o b l e m   f o r   D 2D   pa i r   u nde r  c e l l ul a r  n e t w o r k.   I n   [ 3]  a i m e d  a t   m a x i m i z i n g  c e l l ul a r   t r a f f i c   off l o a di n g  t o   D 2D   by   a do pt i n g   c a c h i n g   m e c h a ni s m .   E xpe r i m e n t   a r e   c o n duc t e d  t o   e v a l ua t e   o ut c o m e   i n   t e rm   o f   pe r f o r m a n c e   g a i n  a nd  r e s ul t s   s h o w s   g oo d  pe r f o r m a n c e .   H ow e ve r ,   i t   i s   a f f e c t e d  due   t o   i nt e r f e r e n c e   t o   c e l l ul a r  a n d   i n d uc e   de l a y .   S i n c e   i t   r e qui r e d  n e t w o r k - w i de   i n f o r m a t i o n   t o   ob t a i n   o pt i m a l   s o l ut i o n.   F o r   a dd r e s s i n g  de l a y ,   [25 ]  pr e s e n t e d  a   c o n t e n t   c a c h i n g   us i n g   m a t c h i ng  a l go ri t hm .   E xpe ri m e n t   o ut c o m e   s h o w s   r e duc t i o n   de l a y .   H ow e v e r ,   t h e i r   m o de l   c o n s i de r s   o nl y   s i n g l e   b a s e   s t a t i o n   a n d   s um   r a t e   pe r f o r m a n c e   i s   n o t   c o n s i de r e d  f o r   e v a l ua t i o n.   F u rt h e r ,   n u m b e r   of   a ppr o a c h e s   h a s   b e e n   pr e s e nt e d  a do pt i n g  g a m e   t h e o r y   for   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   c o n s i de r i ng  m u l t i pl e   b a s e   s t a t i o n   [13 ,  18] .   F urt h e r ,   [1 6 ,  17]  p r e s e nt e d  r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   m o de l   i n   o ve r l a ppi ng  s e c t i o n   of   t w o  b a s e   s t a t i o n .   T h e   s t a t e - of - a rt   m o de l   c a n  b e   us e d  t o   a ddr e s s   i nt e r   c e l l   c o n di t i o n   by   us i ng  i nt e r f e r e n c e   i n f o r m a t i o n   f r o m   a dj a c e nt   c e l l s .   H ow e ve r ,   i t   i s   n o t   e f f i c i e n t   w h e n  D 2D   t ri e s   t o   c o n t e n d  w i t h  t h e   m ut u a l l y   s h a r e d  c ha n n e l   of   t w o   a dj a c e n t   c e l l s   a n d  i t   a l s o   f a i l s   t o   de t e r m i n e   r e s o ur c e   c o n f i gura t i o n.   A s   a   r e s ul t ,   t hi s   w o r k  w e   pr e s e n t e d  a   n e w   ga m e   m o de l   f o r   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n  f o r   D 2D   p a i r   c o n s i de ri n g  di f f e r e n t   a s s um p t i o n   a n d  a t t a i n e d  h i g h e r  ut i l i t y   (s um   ra t e ) ,   s uc c e s s f ul   p a c ke t   t r a n s m i s s i o n ,   r e v e n ue   a d   l e s s   de l a y   t h a n  s t a t e - of - a r t   m o de l .       4.   C O N C LU S I O N     D 2D   c o m m u n i c a t i o n  a i d  e nha n c i n g  s pe c t r a l   e f f i c i e n c y   by   e n a b l i n g  r e s o ur c e   r e ut i l i z a t i o n.   A s   r e s o ur c e   (s pe c t r u m )   i s   s ha r e d  a m o ng  us e r .   A s   a   r e s ul t ,   i t   i n c u r s   i nt e r f e r e n c e   a m o n g  c o n t e n d i n g   c e l l ul a r   us e r .   N u m b e r   o f   a pp r o a c h e s   h a s   b e e n   p r e s e n t e d  t o   a dd r e s s   i nt e r f e r e n c e   i s s ue   i n   D 2D   e n a b l e d  c e l l ul a r   n e t w o r k.   H ow e ve r ,   t h e   s t a t e - of - a r t   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   m o de l   a r e   de s i g n e d  c o n s i de r i n g   D 2D   a s s o c i a t i o n   o pe r a t i ng  o n   s a m e   c e l l   w i t h   t h e   c e l l ul a r   a s s o c i a t i o n .   A s   a   r e s ul t ,   i t   i n c u r s   i n t e r f e r e n c e   t o   t h e   c e l l ul a r   us e r   l o c a t e d  i n   t h e   s a m e   c e l l .   F urt h e r ,   i n   ge n e r a l   D 2D   a s s o c i a t i o n   i n   o v e r l a p pi n g  a r e a   w i l l   r e ut i l i z e   s pe c t r um   o f  m ul t i p l e   n e i g h b o r i ng  c e l l s .   A s   a   r e s ul t ,   i t   i n c u r s   i nt e r f e r e nc e   i n   m u l t i pl e   c e l l s .   T hus   a f f e c t i n g  t h e   s y s t e m   pe r f o r m a n c e .   T h i s   w o r k  p r e s e n t e d  a n   I nt e r f e r e n c e   A w a r e   R e s o ur c e   A l l o c a t i o n   m o de l   f o r   D 2D   u n de r  c e l l ul a r   n e t w o r k.   T h e   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   m o de l   i s   de s i g n e d  a s   a   ga m e   t h e o r y   a ppr o a c h   w h e r e   b a s e   s t a t i o n   i s   c o n s i de r e d  a s   a   c o n t e n de r   fo r   m e e t i n g  r e s o ur c e   n e e d  of  D 2D   pa i r   pr e s e nt e d  i n   ov e r l a pp i n g  a r e a   o f   a dj a c e n t   c e l l s .   W e   m o de l l e d  t h e   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   p r o b l e m   c o n s i de ri n g  v a ri o us   a s s um pt i o n   i n t e r f e r e n c e .   E xpe r i m e n t   a r e   c o n duc t e d  t o   e v a l ua t e   pe r f o r m a n c e   o f  IA R A .   T h e   o ut c o m e   s h ow s   IA R A   a t t a i n   s upe ri o r   pe r f o r m a n c e   i m p r o v e m e n t   o ve r   s t a t e - of - a rt   m o de l s   i n   t e rm s   o f   s um   ra t e   (ut i l i t y ),   s uc c e s s f ul   pa c ke t   t ra n s m i s s i o n,   r e v e n ue ,   a n d  de l a y .   A n   a v e ra ge   s um   r a t e   (ut i l i t y )  pe r f o r m a n c e   i m p r o v e m e n t   o f   11. 55%  i s   a t t a i n e d  by   IA RA   ove r   e xi s t i n g  m o de l s   c o n s i de ri n g  v a ri e d  a s s u m pt i o n.   F u r t h e r,   a n   a v e r a ge   s uc c e s s f ul   pa c ke t   t ra n s m i s s i o n   a n d   r e v e n ue   pe r f o r m a n c e   i m p r o v e m e n t   of   14. 76%  a n d  23. 5 %,   r e s pe c t i v e l y   i s   a t t a i n e d  by   IA R A   ov e r   e xi s t i n g  m o de l s   c o n s i de r i n g  v a ri e d  a s s um p t i o n.   T h e n,   de l a y   r e duc t i o n   o f   11. 27%  i s   a t t a i n e d  by   IA R A   o ve r   e xi s t i n g   m o de l .   T h e   o v e r a l l   r e s ul t   a t t a i n e d  s h o w s   s c a l a b l e   a nd  r o b us t   pe r f o r m a n c e .   I n   f ut u r e ,   t h i s   w o r k  w o ul d   c o n s i de r   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n   c o n s i de ri n g  v a r i o us   o t h e r  pa r a m e t e r .   F u rt h e r ,   w e   w i l l   e nha n c e   t h e   ga m e   t h e o r y   fo r   a t t a i ni n g   b e t t e r  r e s o ur c e   a l l o c a t i o n  a n d   e nh a n c e   t he   s um   ra t e .   0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8 10 20 30 40 D e l a y   pe r f o r m a n c e N um b e r   o f   c h a n n e l s D e l ay  p e r fo r m an c e   e v al u ati o n   c o n s i d e r i n g  v ar i e d   c h an n e l E xi s t i ng M ode l IA RA 0 1000 0 2000 0 3000 0 4000 0 5000 0 6000 0 10 20 30 40 T o t a l   r e v e n ue N um b e r   o f   c h a n n e l s R e v e n u e   p e r fo r m an c e   e v al u ati o n   c o n s i d e r i n g  v ar i e d   c h an n e l E xi s t i ng M ode l IA RA Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       Int e r f e r e n c e   aw ar e   r e s our c e   a l l o c a t i on   m od e l   f or   D 2D   u nde r   c e l l u l ar   ne t w or k   ( R uk s ar   F a t i m a)   1621   R EF ER EN C ES     [1 ]   C i s c o   V i r t ua l   N e t w o r ki ng   I nde x  ( V N I )   F o r e c a s t ,   “ C i s c o   v i s ua l   ne t w o r ki ng   i nd e x:   G l o ba l   m o bi l e   d a t a   t r a f f i c   f o r e c a s t   upda t e ,   2 015 – 2020 , ”   C .   V .   N .   I nde x,   C i s c o ,   T e c h.   R e p. c 11 - 52 0 862 ,   2 016 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a bl e :   ht t p: / / w w w . c i s c o . c o m / c / da m / m / e n   i n/ i n no v a t i o n/ e n t e r p r i s e / a s s e t s / m o bi l e w h i t e - pa pe r - c 11 - 520862 . pdf .     [2 ]   G .   M a ha l a k s hm i   a nd  V .   M .   B ha s ka r a n,   " M a na g i ng   m o bi l i t y   i n  w i r e l e s s   c e l l u l a r   ne t w o r ks :   A   pr of i l e   ba s e d   a ppr o a c h, "   2014   I nt e r n a t i ona l   C on f e r e nc e   on  E l e c t r on i c s   an d  C om m uni c at i on   Sy s t e m s   ( I C E C S) ,   C o i m ba t o r e ,   201 4,   pp.   1 - 5 .   [3 ]   J .   J i a ng ,   S .   Z h a ng ,   B .   L i   a n d  B .   L i ,   " M a x i m i z e d  C e l l u l a r   T r a f f i c   O f f l o a di ng   v i a   D e v i c e - to - D e v i c e   R .   A l kur d,   R .   M .   S huba i r ,   a nd  I .   A bua l ha o l ,   “ S ur v e y   o n  de v i c e - t o de v i c e   c o m m uni c a t i o ns :   C ha l l e ng e s   a nd  d e s i g n  i s s ue s , ”   i n   201 4  I E E E   1 2t h   I n t e r na t i ona l   N e w   C i r c u i t s   a nd  S y s t e m s   C on f e r e nc e   ( N E W C A S) ,   T r o i s - R i v i e r e s ,   Q C ,   C a na d a ,   201 4,     pp.   36 1 – 36 4.     [4 ]   P .   M a c h,   Z .   B e c v a r ,   a nd   T .   V a ne k,   “ I n - ba nd  de v i c e - to - de v i c e   c o m m uni c a t i o n  i n   o f dm a   c e l l u l a r   n e t w o r k s :   A   s ur v e y   a nd  c ha l l e ng e s , ”   I E E E   C om m uni c a t i ons   Su r v e y s   T u t or i a l s ,   v o l .   17 ,   no .   4 ,   pp.   1 885 – 1922 ,   201 5.   [5 ]   G .   A .   S a f da r ,   M .   U r - R e hm a n ,   M .   M uha m m a d,   M .   A .   I m r a n ,   a n d  R .   T a f a z o l l i ,   “ I nt e r f e r e nc e   m i t i g a t i o n  i n  d2 d  c om m uni c a t i o n  und e r l a y i ng   l t e - a   n e t w o r k , ”   I E E E   A c c e s s ,   v o l .   4 ,   p p .   7967 – 798 7,   20 16.   [6 ]   Y .   H a s s a n,   F .   H us s a i n ,   S .   H o s s e n ,   S .   C ho udhu r y ,   a nd  M .   M .   A l a m ,   “ I nt e r f e r e nc e   m i n i m i z a t i o n  i n  d2d   c om m uni c a t i o n  und e r l a y i ng   c e l l u l a r   n e t w o r k s , ”   I E E E   A c c e s s ,   v o l .   5 ,   pp.   2 2  4 71 – 2 2  484 ,   2017 .   [7 ]   S .   L v ,   C .   X i ng ,   Z .   Z ha ng ,   a nd  K .   L o n g ,   “ G ua r d  z o ne   ba s e d  i nt e r f e r e nc e   m a na g e m e nt   f o r   d2d - a i d e d  und e r l a y i ng  c e l l u l a r   n e t w o r k s , ”   I E E E   T r ans ac t i o ns   on   V e hi c ul a r   T e c hno l og y ,   v o l .   6 6,   no .   6,   p p.   54 67 – 5 472 ,   2017 .   [8 ]   R .   Y i n ,   G .   Y u,   H .   Z h a ng ,   Z .   Z h a ng ,   a nd  G .   Y .   L i ,   “ P r i c i ng - ba s e d  i nt e r f e r e nc e   c oo r di na t i o n  f o r   d2d  c o m m uni c a t i o ns   i n  c e l l ul a r   ne t w o r ks , ”   I E E E   T r an s ac t i ons   o n  W i r e l e s s   C om m un i c a t i ons ,   v o l .   14 ,   no .   3 ,   pp .   1519 – 153 2,   20 15.   [9 ]   M .   S he n ,   J .   L i u ,   X .   W a ng ,   Y .   Z ha ng ,   H .   S un ,   a nd  J .   L i ,   “ O n  t r a ns m i s s i o n  c a pa c i t y   r e g i o n  o f   d2d  i nt e g r a t e d  c e l l ul a r   ne t w o r k s   w i t h  i n t e r f e r e nc e   m a na g e m e nt , ”   I E E E   T r a ns a c t i on s   on  C om m uni c at i on s ,   v o l .   63 ,   no .   4,   pp .   13 83 – 1 399 ,   2015 .   [1 0 ]   T .   H uy nh,   T .   O num a ,   K .   K ur o da ,   M .   H a s e g a w a ,   a nd  W .   J .   H w a ng ,   “ J o i nt   do w nl i nk  a nd  upl i n k  i n t e r f e r e nc e   m a na g e m e nt   f o r   de v i c e   t o   de v i c e   c o m m uni c a t i o n  unde r l a y i ng   c e l l u l a r   n e t w o r k s , ”   I E E E   A c c e s s ,   v o l .   4,     pp.   44 20 – 4 430 ,   2016 .   [1 1 ]   C o nt e nt   S h a r i ng , "   i n  I E E E   J o ur na l   o n  S e l e c t e d  A r e a s   i n  C o m m uni c a t i o ns ,   v o l .   3 4,   no .   1 ,   pp.   82 - 91 ,   J a n.   20 16 .     do i :   10. 1109 / J S A C . 2015 . 24 5249 3.   [1 2 ]   Z .   Z ho u,   K .   O t a ,   M .   D o ng   a nd  C .   X u ,   " E n e r g y - E f f i c i e nt   M a t c hi ng   f o r   R e s o ur c e   A l l o c a t i o n  i n   D 2D   E n a bl e d  C e l l u l a r   N e t w o r ks , "   i n   I E E E   T r an s ac t i ons   on   V e hi c ul ar   T e c hno l og y ,   v o l .   66 ,   no .   6 ,   pp .   525 6 - 52 68,   J une   20 17 .   [1 3 ]   Y .   L i u,   R .   W a ng   a nd  Z .   H a n,   " I nt e r f e r e nc e - C o ns t r a i n e d  P r i c i ng   f o r   D 2D   N e t w o r ks , "   i n  I E E E   T r ans ac t i ons   on   W i r e l e s s   C om m un i c a t i ons ,   v o l .   16 ,   no .   1,   pp .   47 5 - 486,   J a n .   2017 .   [1 4 ]   C .   G a o ,   Y .   L i ,   Y .   Z ha o   a nd  S .   C h e n,   " A   T w o - L e v e l   G a m e   T he o r y   A ppr o a c h  f o r   J o i nt   R e l a y   S e l e c t i o n  a nd  R e s o ur c e   A l l o c a t i o n  i n  N e t w o r k  C o di ng   A s s i s t e d  D 2D   C o m m uni c a t i o ns , "   i n  I E E E   T r ans a c t i on s   on  M ob i l e   C om put i n g ,    v o l .   16,   no .   10 ,   pp .   2697 - 27 11 ,   1   O c t .   2 017 .   [1 5 ]   J .   H ua ng ,   C .   X i ng ,   Y .   Q i a n  a nd  Z .   J .   H a a s ,   " R e s o ur c e   A l l o c a t i o n  f o r   M ul t i c e l l   D e v i c e - to - D e v i c e   C o m m uni c a t i o ns   U nde r l a y i ng   5G   N e t w o r k s :   A   G a m e - T he o r e t i c   M e c ha n i s m   W i t h   I n c om pl e t e   I nf o r m a t i o n, "   i n   I E E E   T r ans ac t i o ns   on   V e hi c ul ar   T e c hno l og y ,   v o l .   67 ,   no .   3 ,   pp .   2 557 - 25 70,   M a r c h  20 18.   [1 6 ]   J .   H u ,   W .   H e ng ,   Y .   Z hu ,   G .   W a ng ,   X .   L i   a nd   J .   W u ,   " O v e r l a pp i ng   C o a l i t i o n  F o r m a t i o n  G a m e s   f o r   J o i n t   I nt e r f e r e nc e   M a n a g e m e nt   a nd  R e s o ur c e   A l l o c a t i o n  i n  D 2D   C o m m uni c a t i o ns , "   i n  I E E E   A c c e s s ,   v o l .   6 ,   pp .   6 341 - 634 9,   20 18 .   [1 7 ]   Y .   Z ha o ,   Y .   L i ,   D .   W u  a nd  N .   G e ,   " O v e r l a pp i ng   C o a l i t i o n  F o r m a t i o n  G a m e   f o r   R e s o ur c e   A l l o c a t i o n  i n  N e t w o r k  C o di ng   A i de d  D 2D   C o m m uni c a t i o ns , "   i n  I E E E   T r ans ac t i o ns   on  M obi l e   C om put i ng ,   v o l .   16,   no .   12,   pp.   34 59 - 3472 ,   1  D e c .   20 17.   [1 8 ]   Y .   C he n ,   B .   A i ,   Y .   N i u,   K .   G ua n  a nd  Z .   H a n,   " R e s o ur c e   A l l o c a t i o n  f o r   D e v i c e - to - D e v i c e   C o m m uni c a t i o ns   U nde r l a y i n g   H e t e r o g e ne o us   C e l l ul a r   N e t w o r ks   U s i ng   C o a l i t i o n a l   G a m e s , "   i n  I E E E   T r an s ac t i ons   on  W i r e l e s s   C om m uni c at i on s ,   v o l .   17 ,   no .   6 ,   pp .   4163 - 41 76,   J une   20 18 .   [1 9 ]   S .   H a y ki n,   “ C o g ni t i v e   r a d i o :   B r a i n - e m po w e r e d  w i r e l e s s   c o m m u ni c a t i o ns , ”   I E E E   J o ur na l   o n  S e l e c t e d   A r e a s   i n   C o m m uni c a t i o ns ,   v o l .   23 ,   no .   2 ,   pp .   2 01 – 2 20 ,   F e b .   2 005 .   [2 0 ]   J .   M .   I I I   a nd  J .   G e r a l d  Q .   M a g ui r e ,   “ C o g ni t i v e   r a d i o :   M a ki ng   s o f t w a r e   r a d i o s   m o r e   pe r s o na l , ”   I E E E   P e r s o na l   C o m m un i c a t i o ns ,   v o l .   6,   no .   4 ,   p p.   13 – 18 ,   A ug .   1 999 .   [2 1 ]   G .   M a ha l a k s hm i   a nd  V .   M .   B ha s ka r a n,   " M a na g i ng   m o bi l i t y   i n  w i r e l e s s   c e l l u l a r   ne t w o r ks :   A   pr of i l e   ba s e d   a ppr o a c h, "   2014   I nt e r n a t i o na l   C o nf e r e nc e   o n  E l e c t r o ni c s   a nd   C o m m uni c a t i o n  S y s t e m s   ( I C E C S ) ,   C o i m ba t o r e ,   2 014 ,  pp.   1 - 5.   [2 2 ]   L i ng a r e ddy ,   S a n j a y   &   C ha r l e s ,   B   &   B a bu ,   V i n a y a   &   D hr uv e ,   K a s hy a p.   ( 2009 ) .   W i r e l e s s   I nf o r m a t i o n  S e c ur i t y   B a s e d   o n  C o g ni t i v e   A ppr o a c he s .   [2 3 ]   E kr a m   H o s s a i n   a n d  Z hu   H a n ,   “ G a m e   t he o r y   f o r   C o g n i t i v e   R a d i o   N e t w o r ks ” ,   a v a i l a b l e :   ht t p: / / g l o be c o m 2009. i e e e - g l o be c o m . o r g / U pl o a ds / P u bl i c / D o c s _G l o be c o m _2009/ e k r a m - z hu - t u t o r i a l _1 4. pdf .   [2 4 ]   B .   P .   L a t h i   a nd   Z .   D i ng ,   M o de r n  D i g i t a l   a n d  A na l o g   C o m m uni c a t i o n  S y s t e m s .   O xf o r d  U ni v e r s i t y   P r e s s ,   20 09 .   [2 5 ]   J .   L i   e t   a l . ,   " O n  S o c i a l - A w a r e   C o nt e nt   C a c hi ng   f o r   D 2D - E na bl e d  C e l l u l a r   N e t w o r ks   w i t h  M a t c hi ng   T h e o r y , "   i n  I E E E   I nt e r ne t   o f   T h i ng s   J o ur na l .   do i :   10 . 110 9/ J I O T . 2017. 2749 320 ,   2017 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.