Journal of IKEEE (전기전자학회논문지)

Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers (한국전기전자학회)
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Performance analysis of CSMA based MAC protocols for underwater communications

수중 통신에 적합한 CSMA기반 매체접근제어 프로토콜 연구

  • Song, Min-Je (Electronics and Telecommunications Research Institute(ETRI)) ;
  • Jang, Youn-Seon (Dept. of Electronics Engineering, Chungnam National University)
  • Received : 2018.12.07
  • Accepted : 2018.12.20
  • Published : 2018.12.31
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Abstract

In underwater communications, there are many challenges due to energy limitations, long propagation delay, low data rate, and high power loss, unlike terrestrial RF communications. Especially, the propagation delay of underwater acoustic channel is five orders of magnitude higher than in electro-magnetic terrestrial channels due to the low speed of sound(1,500m/s). Thus, the MAC protocols for terrestrial communications are not suitable for underwater network. In this paper, we studied the considerations for MAC protocol in underwater acoustic channel. Here, we concentrated on CSMA based MAC protocols. From the results, we confirmed that the number of control packets has an important effect on the performance in underwater environment. These results would be useful in designing MAC protocols for underwater acoustic communications.

지상의 무선 통신 환경과 비교하여 수중 환경은 전력제한, 긴 전파지연, 낮은 전송율, 큰 전파손실 등 통신에 불리한 많은 제약적인 특성들이 존재한다. 전파의 신호 감쇠가 심하여 상대적으로 전송 손실이 낮은 음파를 이용하여 통신하게 되는데 음파의 수중 속도는 약 1,500m/s로 지상의 전파속도에 비해 매우 느린 속도를 가진다. 따라서, 지상 통신을 위해 제안된 기존의 MAC 프로토콜들은 바로 수중 통신에 적용될 수 없고 수중 환경에 적합하게 새로운 설계가 필요하다. 본 논문은 무선망의 대표적인 CSMA 기반 MAC 프로토콜들에 대해 수중 환경에서 그 성능을 비교 분석하여 수중통신에 적합한 MAC 프로토콜 설계를 위한 중요 고려 사항들을 제시하였다. 분석결과, 수중환경에서는 제어 패킷의 개수가 MAC 프로토콜의 성능에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었고, 이 결과는 수중 통신에 최적인 새로운 MAC 프로토콜을 제안하는 연구들에 기초 자료로 이용될 수 있을 것이다.

Keywords

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Fig. 1. Ts and Tc in each protocol mechanism. 그림 1. 각 프로토콜 별 Ts and Tc

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Fig. 2. Normalized throughput. 그림 2. 정규화 수율 비교

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Fig. 3. End-to-End delay. 그림 3. 종단간 전송 지연 비교

Table 1. Parameters for simulation. 표 1. 시뮬레이션에 사용된 값

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References

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