The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.37A
no.12
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pp.1065-1075
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2012
For the purpose of providing high data rate real-time services, radio transmission technologies (RTT) for ship ad-hoc network (SANET) based on the Recommendation ITU-R 1842-1 are designed. Physical layer parameters of SANET are contrived to meet the requirements of the specification. In order to improve the link reliability for SANET, in this paper, we investigate the performance of the SANET with the multiple antennas, where receive combining (RC), transmit diversity (TD), and beamforming (BF) are employed, respectively. Based on the analysis of the packet error rate (PER) under the highly correlated maritime wireless channel model, we select the efficient multiple antenna schemes for SANET to improve the link reliability. In addition, the optimal MCS levels for the single-carrier (SC) SANET with the bandwidth of 25 kHz, and the multi-carrier (MC) SANET with the bandwidth of 50 kHz and 100 kHz are finalized.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.36
no.5B
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pp.517-529
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2011
In this paper, the parameters of the RTT (Radio Transmission Techniques) for SANET (Ship Ad-hoc NETwork), which is considered for the next generation maritime communication systems, are set up. A channel model has been analyzed based on the practical measured maritime wireless channel in VHF (Very-High Frequency) for SANET system. Also, by considering the frame structure including preamble, guard time and pilots for both single and multi-carrier systems, the BER (Bit Error Rate) performances are evaluated and analyzed in the aspects of channel compensation and channel coding techniques. Based on the simulation results, optimal modulation & coding schemes are suggested for SANET. That is, in single-carrier system by using differential modulation schemes, channel compensation is not necessary. However, channel coding is helpful to achieve additional gain. On the other hand, when 16-QAM modulation is employed in multi-carrier system, the implementation of both channel compensation and channel coding techniques show huge performance gain for various of K values, which are related to different maritime environments, and the rolling effects of wave.
Ship ad-hoc network (SANET) extends the coverage of the maritime communication among ships with the reduced cost. To fulfill the growing demands of real-time services, the SANET requires an efficient clock time synchronization algorithm which has not been carefully investigated under the ad-hoc maritime environment. This is mainly because the conventional algorithms only suggest to decrease the beacon collision probability that diminishes the clock drift among the units. However, the SANET is a very large-scale network in terms of geographic scope, e.g., with 100 km coverage. The key factor to affect the synchronization performance is the signal propagation delay, which has not being carefully considered in the existing algorithms. Therefore, it requires a robust multi-hop synchronization algorithm to support the communication among hundreds of the ships under the maritime environment. The proposed algorithm has to face and overcome several challenges, i.e., physical clock, e.g., coordinated universal time (UTC)/global positioning system (GPS) unavailable due to the atrocious weather, network link stability, and large propagation delay in the SANET. In this paper, we propose a logical clock synchronization algorithm with multi-hop function for the SANET, namely multi-hop clock synchronization for SANET (MCSS). It works in an ad-hoc manner in case of no UTC/GPS being available, and the multi-hop function makes sure the link stability of the network. For the proposed MCSS, the synchronization time reference nodes (STRNs) are efficiently selected by considering the propagation delay, and the beacon collision can be decreased by the combination of adaptive timing synchronization procedure (ATSP) with the proposed STRN selection procedure. Based on the simulation results, we finalize the multi-hop frame structure of the SANET by considering the clock synchronization, where the physical layer parameters are contrived to meet the requirements of target applications.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.41
no.6
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pp.681-688
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2016
Several VHF bands for the use in analog communications has been changed to those for the use in new maritime digital communications by WRC-12. ITU-R M. 1842-1 has been also standardized, recommending the characteristics of maritime digital communication systems. In addition, a Shipborne Ad-hoc Network (SANET) has been introduced by IMO in order to provide ships, which cannot be connected to a shore directly, with maritime digital data exchange services with the help of ad-hoc communication. In this paper, several functionalities of the SANET, including channel access, route determination to a shore, and data exchange, are verified via sea trials. It is expected that the SANET can be applicable to collecting and analyzing maritime information, facilitating the entry and departure of vessels, and the communication infrastructure of e-navigation.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.11
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pp.2561-2576
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2013
The ship ad-hoc network (SANET) extends the coverage of the high data-rate terrestrial communications to the ships with the reduced cost in maritime communications. Cognitive radio (CR) has the ability of sensing the radio environment and dynamically reconfiguring the operating parameters, which can make SANET utilize the spectrum efficiently. However, due to the dynamic topology nature and no central entity for data fusion in SANET, the interference brought into the primary network caused by the hidden primary user requires to be carefully managed by a sort of decentralized cooperative spectrum sensing schemes. In this paper, we propose a self-weighted decentralized cooperative spectrum sensing (SWDCSS) scheme to solve such a problem. The analytical and simulation results show that the proposed SWDCSS scheme is reliable to detect the primary user in SANET. As a result, secondary network can efficiently utilize the spectrum band of primary network with little interference to primary network. Referring the complementary receiver operating characteristic (ROC) curves, we observe that with a given false alarm probability, our proposed algorithm reduces the missing probability by 27% than the traditional embedded spectrally agile radio protocol for evacuation (ESCAPE) algorithm in the best condition.
Currently, thanks to the major stride made in developing wired and wireless communication technology, a variety of IT services are available on land. This trend is leading to an increasing demand for IT services to vessels on the water as well. And it is expected that the request for various IT services such as two-way digital data transmission, Web, APP, etc. is on the rise to the extent that they are available on land. However, while a high-speed information communication network is easily accessible on land because it is based upon a fixed infrastructure like an AP and a base station, it is not the case on the water. As a result, a radio communication network-based voice communication service is usually used at sea. To solve this problem, an additional frequency for digital data exchange was allocated, and a ship ad-hoc network (SANET) was proposed that can be utilized by using this frequency. Instead of satellite communication that costs a lot in installation and usage, SANET was developed to provide various IT services to ships based on IP in the sea. Connectivity between land base stations and ships is important in the SANET. To have this connection, a ship must be a member of the network with its IP address assigned. This paper proposes a SANET-CC protocol that allows ships to be assigned their own IP address. SANET-CC propagates several non-overlapping IP addresses through the entire network from land base stations to ships in the form of the tree. Ships allocate their own IP addresses through the exchange of simple requests and response messages with land base stations or M-ships that can allocate IP addresses. Therefore, SANET-CC can eliminate the IP collision prevention (Duplicate Address Detection) process and the process of network separation or integration caused by the movement of the ship. Various simulations were performed to verify the applicability of this protocol to SANET. The outcome of such simulations shows us the following. First, using SANET-CC, about 91% of the ships in the network were able to receive IP addresses under any circumstances. It is 6% higher than the existing studies. And it suggests that if variables are adjusted to each port's environment, it may show further improved results. Second, this work shows us that it takes all vessels an average of 10 seconds to receive IP addresses regardless of conditions. It represents a 50% decrease in time compared to the average of 20 seconds in the previous study. Also Besides, taking it into account that when existing studies were on 50 to 200 vessels, this study on 100 to 400 vessels, the efficiency can be much higher. Third, existing studies have not been able to derive optimal values according to variables. This is because it does not have a consistent pattern depending on the variable. This means that optimal variables values cannot be set for each port under diverse environments. This paper, however, shows us that the result values from the variables exhibit a consistent pattern. This is significant in that it can be applied to each port by adjusting the variable values. It was also confirmed that regardless of the number of ships, the IP allocation ratio was the most efficient at about 96 percent if the waiting time after the IP request was 75ms, and that the tree structure could maintain a stable network configuration when the number of IPs was over 30000. Fourth, this study can be used to design a network for supporting intelligent maritime control systems and services offshore, instead of satellite communication. And if LTE-M is set up, it is possible to use it for various intelligent services.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.23
no.2
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pp.179-192
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2019
Additional frequencies are allocated in maritime digital data exchange to alleviate overload of the VHF data link. The shipborne ad-hoc network (SANET) for this frequencies was subsequently proposed, which provides various IP-based services to ships on behalf of satellite communications. In SANET, a ship should determine its own IP address to achieve IP connectivity to the shore. Accordingly, this paper proposes a SANET configuration (SANETconf) protocol as an IP configuration protocol. SANETconf propagates non-overlapping IP addresses across the network from the shore to ships. A ship obtains its IP address by exchanging Request and Response messages with its neighbors. Therefore, SANETconf eliminates the process of DAD and managing the movement of ships. Extensive simulations were performed to verify the applicability of SANETconf. Based on results, 85% of the ships can determine their own IP address within one frame. Also, SANETconf has a high resource efficiency by using 0.024 percent of resources for IP configuration.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.42
no.2
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pp.383-385
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2017
For the purpose of providing high data rate real-time services, radio transmission technologies for ship ad-hoc network based on the Recommendation ITU-R 1842-1 are designed. In order to increase the link throughput of real-time services, in this paper, we investigate the performance of the SANET with the spatial transmit diversity techniques are employed. Based on the analysis of the packet error rate and throughput, we select the efficient multiple antenna schemes for SANET to improve the link reliability.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.16
no.5
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pp.906-912
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2012
A ship ad-hoc network (SANET) can provide ships with diverse multimedia services by replacing expensive satellite communications. While ITU-R M. 1842-1, standards for maritime VHF band digital communications, can be used as the specifications of physical layer for SANETs, no standards are specified for higher layers of SANETs. In this paper, we propose a ship ad-hoc communication (SAC) protocol for SANETs, based on medium access control (MAC) and routing protocols for terrestrial ad-hoc networks. SAC protocol is a cross-layer protocol which combines MAC and routing into one algorithm and considers maritime environments, including the existence of neighboring ships, the possibility of routing to a destination, and changing the communication mode in case of VHF channel failure.
Su, Xin;Yu, HaiFeng;Chang, KyungHi;Kim, Seung-Geun;Lim, Yong-Kon
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.10
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pp.4002-4014
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2015
ITU-R M.1842-1, as a well-known specification dedicated to maritime mobile applications, has standardized wireless transmission protocols according to the particular characteristics of a maritime communications scenario. A time division multiple access (TDMA) frame structure, along with modulation schemes to achieve a high data rate, has been described clearly in ITU-R M.1842-1. However, several specification items are still under "to be decided" status, which brings ambiguity to research works. In addition, the current version of ITU-R M.1842-1 is focused mainly on maritime transmissions in open-sea areas, where the cyclic prefix (CP) is set to zero and only 16-QAM is used in the multi-carrier (MC) system. System performance might be dramatically degraded in coastline areas due to the inter-symbol interference (ISI) caused by selective fading. This is because there is a higher probability that the signal will be reflected by obstacles in coastline areas. In this paper, we introduce the transmission resource block (TRB) dedicated to ITU-R M.1842-1 for a ship ad-hoc network (SANET), where the pilot pattern of TRB is based on the terrestrial trunked radio (TETRA). After that, we evaluated SANET performance under the maritime channel model in a coastline area. In order to avoid noise amplification and to overcome the ISI caused by selective fading, several strategies are suggested and compared in the channel estimation and equalization procedures, where the link-level simulation results finally validate our proposals.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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