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Distance-Aware Relay Selection in an Energy-Efficient Discovery Protocol for 5G D2D Communication

Authors :
Nadège Varsier
Cesar Vargas Anamuro
Jean Schwoerer
Xavier Lagrange
Advanced technologies for operated networks (ADOPNET)
Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-RÉSEAUX, TÉLÉCOMMUNICATION ET SERVICES (IRISA-D2)
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CentraleSupélec
Orange Labs [Meylan]
Orange Labs
Département Systèmes Réseaux, Cybersécurité et Droit du numérique (IMT Atlantique - SRCD)
IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
This paper is part of and thereby supported by the Horizon 2020 project ONE5G (ICT-760809) receiving funds from the European Union.
European Project: ICT-760809,ONE5G(2017)
Université de Rennes (UR)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Source :
IEEE Transactions on Wireless Communications, IEEE Transactions on Wireless Communications, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021, 20 (7), pp.4379-4391. ⟨10.1109/TWC.2021.3058636⟩, IEEE Transactions on Wireless Communications, 2021, 20 (7), pp.4379-4391. ⟨10.1109/TWC.2021.3058636⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2021.

Abstract

International audience; Massive machine-type communications (mMTC) is one of the main services delivered by the fifth Generation (5G) mobile network. The traditional cellular architecture where all devices connect to the base station is not energy efficient. For this reason, the use of device-to-device (D2D) communications is considered to reduce the energy consumption of mMTC devices. The main idea is to use nearby user equipment (UE) as a relay and establish with it D2D communication. However, the relay selection process also consumes energy, and this consumption can be significant compared to the energy consumed during the data transmission phase. In this paper, we propose a distributed energy-efficient D2D relaying mechanism for mMTC applications. This mechanism favors the selection of the UEs with low path loss with the mMTC device. Through mathematical analysis and simulations, we show that our mechanism allows a reduction of the total energy consumption of mMTC devices (up to 75% compared to direct transmission) when they have an unfavorable link budget. Moreover, our mechanism achieves almost constant energy consumption for a large range of UE densities and distances between the mMTC device and the base station.

Details

ISSN :
15582248 and 15361276
Volume :
20
Database :
OpenAIRE
Journal :
IEEE Transactions on Wireless Communications
Accession number :
edsair.doi.dedup.....46a415f8c6afa567e45bb46f53ea9340