Recent studies demonstrated that dynamic spectrum access can improve spectrum utilization significantly by allowing secondary unlicensed users to dynamically share the spectrum that is not used by the primary licensed users. Cognitive radio was proposed to promote the spectrum utilization by opportunistically exploiting the existence of spectrum "holes." Meanwhile, cooperative relay technology is regarded widely as a key technology for increasing transmission diversity gain in various types of wireless networks, including cognitive radio networks. In this article, we first give a brief overview of the envisioned applications of: cooperative relay technology to CRNs, cooperative transmission of primary traffic by secondary users, cooperative transmission between secondary nodes to improve spatial diversity, and cooperative relay between secondary nodes to improve spectrum diversity. As the latter is a new direction, in this article we focus on this scenario and investigate a simple wireless network, where a spectrum-rich node is selected as the relay node to improve the performance between the source and the destination. With the introduction of cooperative relay, many unique problems should be considered, especially the issue for relay selection and spectrum allocation. To demonstrate the feasibility and performance of cooperative relay for cognitive radio, a new MAC protocol was proposed and implemented in a universal software radio peripheral-based testbed. Experimental results show that the throughput of the whole system is greatly increased by exploiting the benefit of cooperative relay.

With the development of cognitive radio technologies, dynamic spectrum access becomes a promising approach to increase the efficiency of spectrum utilization and solve spectrum scarcity problem. Under dynamic spectrum access, unlicensed wireless users (secondary users) can dynamically access the licensed bands from legacy spectrum holders (primary users) on an opportunistic basis. While most primary users in existing works assume secondary transmissions as negative interference and don't actively involve them into the primary transmission, in this paper, motivated by the idea of cooperative communication, we propose a cooperative cognitive radio framework, where primary users, aware of the existence of secondary users, may select some of them to be the cooperative relay, and in return lease portion of the channel access time to them for their own data transmission. Secondary users cooperating with primary transmissions have the right to decide their payment made for primary user in order to achieve a proportional access time to the wireless media. Both primary and secondary users target at maximizing their utilities in terms of their transmission rate and revenue/payment. This model is formulated as a Stackelberg game and a unique Nash Equilibrium point is achieved in analytical format. Based on the analysis we discuss the condition under which cooperation will increase the performance of the whole system. Both analytical result and numerical result show that the cooperative cognitive radio framework is a promising framework under which the utility of both primary and secondary system are maximized.

Gait re-training is an effective approach to slow disease progression and alleviate pain in knee osteoarthritis (KOA) patients. Personalized gait re-training strategies, based on knee loading and muscle forces, have shown promise in improving rehabilitation outcomes. Laboratory systems to monitor these metrics are unsuitable for daily use owing to the complicated setup and high-cost. Recently proposed wearable solutions try to fill this gap, but their in-lab calibration requirement still hinders practical usage. This paper introduces KneeGuard, a calibration-free gait re-training monitoring system that can estimate knee loading and muscle forces via effortless wearing. We identify the main issue of current calibration-needed systems is insufficient biomechanical information retrieval and modeling. To address this, we propose a user-friendly wearable prototype incorporating inertial measurement unit (IMU) and surface electromyography (sEMG) to obtain comprehensive biomechanical information including body geometrical changes and muscle contractions. For modeling, we design a biomechanic-inspired fusion framework based on multi-task learning and cross-modality attention to capture inter-modality biomechanical correlations. Additionally, since precise sensor placement required by current sEMG-based solutions is difficult to locate, we develop a circular sEMG array and propose a spatial-aware feature extraction module, achieving effective biomechanical feature extraction under effortless wearing. We collaborate with a medical center and collect a dataset from 21 KOA patients and 17 healthy subjects at different speeds. Notably, our dataset includes six gait types for KOA gait re-training, making it the first gait dataset with comprehensive re-training strategies. Evaluation demonstrates that KneeGuard achieves an average normalized root-mean-square error (NRMSE) of 9.95% in knee loading estimation and an average NRMSE of 8.75% in the estimation of muscle forces, comparable to the with-calibration results in existing works. We have open-sourced the code and a sample dataset in https://github.com/KneeGuard/KneeGuard.

Purpose Firepower conflicts usually decay the firepower plan's enforceability, thus incurring high survival risks. Previous studies have shown little attention to avoiding firepower conflicts during the weapon target assignment process. This research proposes a new constrained optimization model named Firepower Conflict Free WTA (FCFWTA) and designs a Survival Evolution (SE) strategy for Artificial Fish Swarm Algorithm (AFSA) to solve the complex constrained WTA problem. In this way, commanders can get more reliable firepower assignment decision support. Design/methodology/approach A new constrained optimization model named Firepower Conflict Free WTA (FCFWTA) is constructed. FCFWTA unifies firepower decision variables for different kinds of weapons and takes the firing time point as a clue for firepower conflict checking. The objective function of FCFWTA is the weighted sum of the minimum threat value rest rate (RRTV), maximum hit efficiency (HE) and minimum latest interception time percentage (PLT). Since previous algorithms do not check and resolve intermediate results during optimization, an adapted strategy named Survival Evolution is designed. It enables making full use of the limited firepower without adjusting the coordination scenario in execution. Findings The proposed method offers significant advantages in two aspects. Firstly, it effectively enhances the optimization results of WTA in the absence of firepower conflicts. Evidence from Figure. 6 confirms that without the proposed method, there is a high likelihood of generating invalid outcomes. After implementing firepower conflict check and resolution, there is a substantial degradation in the objective function value. Secondly, the method excels at equitably distributing firepower among multiple targets while also enhancing the overall interception probability, irrespective of the varying complexities presented by different scenarios. This ability to maintain balance and efficiency is crucial for tackling defense-related issues. Research limitations/implications Specifically, SE is tailored for MWMT problem under time and space constraints. This approach diverges significantly from conventional MWMT research, which typically focuses solely on ammunition quantity or firing range. Consequently, the primary objective was to verify the efficacy of this method. Test results indicated that SE does not exhibit uniform performance across different algorithms; while it significantly enhances the efficacy with PSO and AFSA, its influence is considerably diminished when applied to GA. It might be attributed to the inherent randomness associated with crossover and mutation, which can increase the likelihood of firepower conflicts, coupled with SE's reorganization of the chromosome. Originality/value The work described was original research that has not been published previously, and not under consideration for publication elsewhere, in whole or in part.