The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39C
no.4
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pp.351-361
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2014
Compared to a terrestrial communication, the high BER(Bit Error Ratio) and low channel bandwidth are the major factor of throughput degradation due to characteristics of underwater channel. Therefore, a MAC protocol must be designed to solve this problem in UWASNs(Underwater Acoustic Sensor Networks). MAC protocols for UWASNs can be classified into two major types according to the contention scheme(Contention-free scheme and Contention-based scheme). In large scale of sensor networks, a Contention-based scheme is commonly used due to time-synchronize problem of Contention-free scheme. In the contention-based scheme, Each node contends with neighbor nodes to access network channel by using Back-off algorithm. But a Slot-Time of Back-off algorithm has long delay times which are cause of decrease network throughput. In this paper, we propose a new scheme to solve this problem. The proposed scheme uses variable Slot-Time instead of fixed Slot-Time. Each node measures propagation delay from neighbors which are used by Slot-time. Therefore, Slot-Times of each node are optimized by considering node deployment. Consequently, the wasted-time for Back-off is reduced and network throughput is improved. A new mac protocol performance in throughput and delay is assessed through NS3 and compared with existing MAC protocol(MACA-U). Finally, it was proved that the MAC protocol using the proposed scheme has better performance than existing MAC protocol as a result of comparison.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.1
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pp.660-665
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2018
Research into underwater wireless networks that enable the monitoring and controlling of the ocean environments has been continuing for disaster prevention and military proposes, as well as for the exploitation of ocean resources throughout the world. A research group led by Hoseo university has been studying a distributed underwater monitoring and controlling network. In this study, we developed an interpolator for acoustic communication between an underwater base station controller and underwater base station, which is included in this network. The underwater acoustic communication provided by this network defines four links whose sampling rates are different. Low power consumption is one of the most important requirements. Therefore, we adopted CIC interpolators, which are known to act as filters with a low power consumption, and some CIC interpolators with an appropriate changing rate were selected depending on the link. However, these interpolators have a large passband drop and wide transition region. To solve these problems, we added a compensator and half-band filter. After verifying the algorithm by using Matlab, we designed and verified it with Verilog-HDL in a ModelSim environment.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.49
no.3
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pp.19-25
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2012
Underwater sensor networks (UWSNs) employ acoustic channels for communications. One of the main characteristics of the underwater acoustic channel is long propagation delay. Previously proposed MAC (medium access control) protocols for wireless sensor networks cannot be directly used in UWSNs due to the long propagation delay. The long propagation delay and uneven nodes deployments cause spatial fairness in UWSNs. Therefore, a new MAC protocol for UWSNs needs to be developed to provide efficient communications. In this paper, we propose an efficient MAC protocol in order to alleviate the fairness problem. In the proposed scheme, when a node receives a RTS packet, it does not immediately send back but delays a CTS packet. The node collects several RTS packets from source nodes during the delay time. It chooses one of the RTS packets based on the queue status information. And then, it sends a CTS packet to the source node which sent the chosen RTS packet. The performance of the proposed scheme is investigated via simulation. Simulation results show that our scheme is effective and alleviates the fairness problem.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2014.05a
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pp.250-253
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2014
Due to limited resource, marine communication is severely limited when compared to communications in land. Radio relay facilities, etc. based on a wired network through a long distance communication is possible. In addition, the aircraft is in the air, the ground-based network service based on long-range straight-line distance and elevation (LOS: Line of Sight) communications. On the other hand, the distance in a straight line to the sea, the sea level because communication is limited or through satellite, underwater communications relay equipment installed in the communication scheme has been investigated.. In this paper, using TCP-based real-time joint maritime security communication links were studied. Harsh marine environment, real-time communication that can provide secure communications and propose a LINK joint. In this study, more secure, and convenient communications at sea, a plan was presented to you.
The sensor nodes in underwater IoT networks have practical limitations in power supply. Thus, the reduction of power consumption is one of the most important issues in underwater environments. In this regard, AMC(Adaptive Modulation and Coding) techniques are used by using the relation between SNR and BER. However, according to our hands-on experience, we observed that the relation between SNR and BER is not that tight in underwater environments. Therefore, we propose a deep learning based MLP classification model to reflect multiple underwater channel parameters at the same time. It correctly predicts BER with a high accuracy of 85.2%. The proposed model can choose the best parameters to have the highest throughput. Simulation results show that the throughput can be enhanced by 4.4 times higher than the conventionally measured results.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38C
no.5
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pp.486-496
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2013
Time synchronization in underwater environment is challenging due to high propagation delay and mobility of sensor nodes. Previous researches do not consider practical issues affecting on the accuracy of time synchronization such as high-channel access delay and relative position between sensor nodes. Also, those protocols using bidirectional message exchange shorten the network lifetime and decrease the network throughput because numerous transmission, reception and unnecessary overhearing can be occurred. Therefore, in our research, we suggest enhanced time synchronization based on features of underwater environment. It controls the instant of transmission by exploiting the feature of an oceanic movement and node deployment. Moreover, the protocol uses more accurate time information by removing channel access delay from the timestamp. The proposed scheme is also practical on the underwater sensor network requiring low-power consumption because the scheme conducts time-synchronization with smaller transmission and reception compared with previous works. Finally, simulation results show that the proposed protocol deceases time error by 2.5ms and 0.56ms compared with TSHL and MU-Sync respectively, reducing energy consumption by 68.4%.
Underwater acoustic sensor networks exhibit characteristics such as high propagation delay and low data rates, which are different from those of terrestrial wireless networks. Therefore, the conventional protocols used in wireless networks can be restrictive and inefficient when applied to underwater acoustic sensor networks. In this paper, we propose a medium access control protocol (MAC) to enhance the energy efficiency and throughput in underwater acoustic sensor networks. The proposed protocol employs a slot-based competition mechanism that reserves a time slot to send a data packet in advance. In the proposed protocol, collision between nodes can occur due to competition to obtain a slot. However, the proposed protocol minimizes the collisions between nodes because the nodes store the reservation information of the neighboring nodes, this reduces unnecessary energy consumption and increases throughput. We perform a simulation to evaluate the performance of the proposed protocol with regard to the energy consumption, the number of collision, channel utilization, throughput and transmission delay. We compare the proposed protocol with the conventional protocol, and the performance results show that the proposed protocol outperforms the conventional protocol.
Underwater wireless network can be useful in various fields such as underwater environment observation, catastrophe prevention, ocean resources exploration, ocean organism research, and vessel sinking exploration. We need to develop an efficient design for Medium Access Control (MAC) protocol to improve multiple data communication in underwater environment. Aloha protocol is one of the basic and simple protocols, but it has disadvantage such as collision occurs oftenly in communication. If there is collision occured in RF communication, problem can be solved by re-sending the data, but using low frequency in underwater, the re-transmission has difficulties due to slow bit-rate. So, Time Division Multiple Access (TDMA) based MAC protocol is going to be used to avoid collisions, but if there is no data to send in existing TDMA, time slot should not be used. Therefore, this paper proposes dynamic TDMA protocol mechanism with reducing the time slots by sending short "I Have No Data" (IHND) message, if there is no data to transmit. Also, this paper presents mathematic analysis model in relation to data throughput, channel efficiency and verifies performance superiority by comparing the existing TDMA protocols.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.6
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pp.1-10
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2021
The interest in underwater acoustic sensor networks (UWASNs), along with the rapid development of underwater industries, has increased. To operate UWASNs efficiently, it is important to adopt well-designed medium access control (MAC) protocols that prevent collisions and allow the sharing of resources between nodes efficiently. On the other hand, underwater channels suffer from a narrow bandwidth, long propagation delay, and low data rate, so existing terrestrial node pairing schemes for non orthogonal multiple access (NOMA) cannot be applied directly to underwater environments. Therefore, a multi-dimensional node pairing scheme is proposed to consider the unique underwater channel in UWASNs. Conventional NOMA schemes have considered the channel quality only in node pairing. Unlike previous schemes, the proposed scheme considers the channel gain and many other features, such as node fairness, traffic load, and the age of data packets to find the best node-pair. In addition, the sender employs a list of candidates for node-pairs rather than path loss to reduce the computational complexity. The simulation results showed that the proposed scheme outperforms the conventional scheme by considering the fairness factor with 23.8% increases in throughput, 28% decreases in latency, and 5.7% improvements in fairness at best.
Wireless sensor networks have been used in many applications such as marine environment, army installation, etc. The sensor data is very important, because all these applications depend on sensor data. The possibility of communication failures becomes high since the surrounding environment of a wireless sense network has an sensitive effect on its communications. In particular, communication failures in underwater communications occur more frequently because of a narrow bandwidth, slow transmission speed, noises from the surrounding environments and so on. In cases of communication failures, the sensor data can be lost in the sensor data delivery process and these kinds of sensor data losses can make critical huge physical damages on human or environments in applications such as fire surveillance systems. For this reason, although a few of studies for storing and compressing sensor data have been proposed, there are lots of difficulties in actual realization of the studies due to none-existence of the framework using network communications. In this paper, we propose a framework for reducing loss of the sensor data and analyze its performance. The our analyzed results in non-framework application show a decreasing data recovery rate, T/t, as t time passes after a network failure, where T is a time period to fill the storage with sensor data after the network failure. Moreover, all the sensor data generated after a network failure are the errors impossible to recover. But, on the other hand, the analyzed results in framework application show 100% data recovery rate with 2~6% data error rate after data recovery.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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