A Study on the Protocol Design and Implementation for an Underwater Acoustic Multi-channel Digital Communication

수중 초음파 디지탈 이동통신을 위한 프로토콜 설계 및 구현에 관한 연구

Recently, due to the increasing interests in deep sea development, all possible efforts to the development of underwater unmanned working vehicles such as AUV(Autonomous Underwater Vehicle) or underwater robot are exerted. This paper proposes a new efficient acoustic-based underwater image data communication system, which ensures a certain level of maximum throughput regardless of the propagation delay of ultrasonic and allowsfast data transmission through the multiple ultrasonic communication channel. Proposed system consists of an acoustic transducer which operates at 136kHz center frequency and it's 10kHz bandwidth, pre-amplifier, $\pi/4 QPSK$(Quadrature Phase Shift Keying) modulation/demodu-lation method, image compressing method using JPEG technique and modified Stop & Wait protocol. The experimental result of the system make it possible to transfer the underwater image as a high throughput at the basin test. The results of test are also verified which allows to desirable transmission performance compared with the existing developed system and the possibility to put the practical use of survey and investigation in the water.

최근 들어 심해개발에 대한 관심이 고조됨에 따라 AUV 또는 수중 로봇과 같은 수중 무인작업선의 개발을 위하여 많은 노력을 하였다. 본 논문은 초음파의 전송지연을 고려하지 않고 최대 처리량의 일정수준을 확보하고 다중 초음파 통신 채널을 통하여 고속의 데이터 전송이 가능한 새로운 고효율의 음향 기반 수중 영상 통신시스템을 제시한다. 제시된 시스템은 중심주파수가 136khz이고 10khz의 밴드 폭에서 동작하는 음향 트랜스듀서, 전단증폭기, $\pi/4 QPSK$ 변복조 방식, JPEG 기술을 사용한 영상 압축방식과 수정된 Stop & Wait 프로토콜로 구성한다. 실험 결과는 수조 테스트에서 고효율의 수중영상 전송이 가능하였고, 또한 그 결과는 기존에 개발된 시스템과 타당한 전송성능을 비교 입증하였고 해양에서 실용 가능성을 연구 검토하였다.