• 대한전자공학회논문지TC
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• 제48권1호
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• pp.25-31
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• 2011

소나 시스템은 항해와 해양 탐사, 수중 통신 등에 사용되며 정확성과 신뢰성을 향상시키기 위해 다양한 통계적 신호처리 기법들이 사용되고 있다. 수중에서의 다중 경로 특성은 검파 및 통신을 수행하는데 있어 열악한 환경을 제공한다. 파라메트릭 어레이 트랜스듀서의 고 지향성을 이용하면 다중 경로의 영향이 최소화될 뿐만 아니라, 파라메트릭 배열에 적합한 최적 검파기법을 사용하면 통산 성능이 향상된다. 본 논문에서는 on-off keying 통신 산호 검파를 위해 최대우도법(Maximum likelihood method)을 사용하였으며, LabVIEW 기반으로 파라메트릭 배열 트랜스듀서를 사용한 소나 시스템을 구현하여 시스템의 성능을 검증하였다. 또한, 다양한 트랜스듀서의 특성을 반영할 수 있는 GUI 소프트웨어도 설계 및 구현되어 다양한 소나 시스템의 성능 평가의 용이성을 증가시켰다. 본 논문에서 제안된 시스템은 실험실내에서의 다양한 모의실험이 가능하여 실제 해양 장비의 개발에 소요되는 비용과 시간을 감소시키는데 기여할 것으로 기대된다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제17권6호
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• pp.1706-1727
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• 2023

Under Water Sensor Networks (UWSN) has gained attraction among various communities for its potential applications like acoustic monitoring, 3D mapping, tsunami detection, oil spill monitoring, and target tracking. Unlike terrestrial sensor networks, it performs an acoustic mode of communication to carry out collaborative tasks. Typically, surface sink nodes are deployed for aggregating acoustic phenomena collected from the underwater sensors through the multi-hop path. In this context, UWSN is constrained by factors such as lower bandwidth, high propagation delay, and limited battery power. Also, the vulnerabilities to compromise the aquatic environment are in growing numbers. The paper proposes an Energy-Efficient standalone Intrusion Detection System (EEIDS) to entail the acoustic environment against malicious attacks and improve the network lifetime. In EEIDS, attributes such as node ID, residual energy, and depth value are verified for forwarding the data packets in a secured path and stabilizing the nodes' energy levels. Initially, for each node, three agents are modeled to perform the assigned responsibilities. For instance, ID agent verifies the node's authentication of the node, EN agent checks for the residual energy of the node, and D agent substantiates the depth value of each node. Next, the classification of normal and malevolent nodes is performed by determining the score for each node. Furthermore, the proposed system utilizes the sheep-flock heredity algorithm to validate the input attributes using the optimized probability values stored in the training dataset. This assists in finding out the best-fit motes in the UWSN. Significantly, the proposed system detects and isolates the malicious nodes with tampered credentials and nodes with lower residual energy in minimal time. The parameters such as the time taken for malicious node detection, network lifetime, energy consumption, and delivery ratio are investigated using simulation tools. Comparison results show that the proposed EEIDS outperforms the existing acoustic security systems.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2002년도 춘계종합학술대회
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• pp.163-166
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• 2002

수중 음향 통신은 해양 탐사 및 개발과 군사 등의 여러 목적에 널리 응용되어 왔으며, 최근 잠수정 및 수중 작업 시스템 등에 장착되는 통신 시스템의 구현을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 그동안 주 된 연구의 범위에서 제외되어 왔던 잠수자와의 통신에 관한 내용을 다루었다. 물 속에 있어서 밖의 상황을 알기 힘든 잠수부나 스킨스쿠버들을 위해 밖의 상황을 알려줄 수 있도록 음성을 변조한 후 중심주파수 32KHz인 초음파 트랜스듀서(Transducer)를 사용하여 잠수자가 소형 스피커를 통해 음성을 들을 수 있게 하였다. 또한 수중에서 잠수자에게 응급상황이 발생하였을 경우 키(Key)를 눌러 물 밖에 있는 사람에게 도움을 요청할 수 있고, 물 밖의 사람이 키보드(Keyboard)를 이용해 원하는 문자 데이터를 수중의 사람에게 전송할 수 있도록 구현하였다. 본 시스템을 통하여 수상과 수중간의 음성 및 데이터 전송이 가능하며, 잠수부나 스킨스쿠버들에게 유용하다.

• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제9권5호
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• pp.523-529
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• 2011

In this paper an inter-layer protocol, referred to as a Multi-Network Selector (MNS) is proposed for multiband maritime networks. A MNS is located between the data-link layer and the network layer and performs vertical handover when a ship moves another radio network. In order to provide seamless data transfer to different radio networks, the MNS uses received signal strength (RSS) and ship's location information as decision parameters for vertical handover, which can avoid ping-pong effect and reduces handover latency. In addition, we present related issues in order to implement the MNS for a multiband maritime network.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.50-60
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• 2015

수중 음향네트워크에서 노드의 위치와 이동속도에 따라 변화하는 전파지연 시간을 추정하여 시간 블록이라는 새로운 슬럿 단위로 노드들의 전송 스케줄을 설정하는 Block-Time-Bounded Time Division Multiple Access (BTB-TDMA) 매체접속제어 방식이 제안되었다. 본 논문에서는 노드의 이동으로 인해 상향(uplink)과 하향(downlink)의 전파지연이 비대칭적이 되고, 이에 따른 수신 충돌이 BTB-TDMA의 성능에 미치는 영향을 시뮬레이션을 통해 분석한다. 이를 위해 전파지연 비대칭성으로 인한 수신 충돌률, 채널접속지연, 채널효율을 수학적으로 모델링하고, 수중노드의 수, 네트워크 범위, 수중노드의 이동 속도에 따라 BTB-TDMA 시간 블록의 길이를 변화시켜 광범위한 시뮬레이션을 수행한다. 시뮬레이션 결과의 분석을 통해, 네트워크 환경에 따라 수신 충돌을 최소화 하면서, 채널 접속지연과 채널효율 성능을 최대화할 수 있는 시간 블록 값을 도출할 수 있는 성능지표를 제시한다.

• 한국음향학회지
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• 제41권2호
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• pp.166-173
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• 2022

본 논문에서는 수중 음향통신에서 데이터 복구를 위한 위상고정루프와 결합된 등화기의 성능을 분석하였다. 도플러 주파수가 존재하는 채널환경에서는 등화기 동작만으로는 데이터 복구가 어렵다. 도플러 주파수를 복구하기 위해 등화기는 위상고정루프를 결합하여 사용한다. 등화기와 위상고정루프는 각각 채널의 다중경로와 도플러 주파수를 보상하면서 맞물려 동작하게 된다. 또한, 고속 푸리에 변환을 통해 얻은 초기 주파수 오차를 보상하면, 위상고정루프와 결합된 등화기의 수렴속도를 향상시킬 수 있다. 성능 검증을 위해 호수실험과 해상실험을 진행하였다. 결과적으로, 도플러 주파수의 보상 유무와 상관없이 위상고정루프와 결합된 등화기는 프리엠블 구간에서 충분히 수렴하며, 랜덤 데이터 구간에서 비트오류는 발생하지 않았다. 그러나, 도플러 주파수의 보상을 통해 등화기의 수렴 속도를 2배 이상 증가시킬 수 있었다.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제48권1호
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• pp.16-24
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• 2011

해양에서의 음속은 수온, 염분, 압력에 의한 실험식으로 계산되며 해양에서의 평균 염분은 약 34 psu (practical salinity unit)로 수성이나 수평 거리에 따른 변화가 대부분 수 psu 이하이기 때문에 음속에 크게 영향을 마치지 못한다. 그러나 최근 여름철에 중국 양쯔강 범람에 의해서 24 psu 정도의 저염수가 제주 서부 해역으로 유입되는 사례가 발생하고 있으며 이 저염수는 음속에 영향을 미친다. 본 논문에서는 이러한 환경 변화가 수중통신에 미치는 영향을 분석하였다. 즉, 저염수로 인한 음속구조의 변화를 계산하였고, 저염수층 내에서 송수선 수심과 전달거리를 바꿔가며 음파 전달 경로를 모의하여 통신 채널을 추정하였으며, BPSK(Binary phase shift key) 변조방식을 이용하여 비트 오류율을 계산하였다. 동일한 실험 조건하에 저염수가 없는 경우의 성능을 비교하여, 저염수가 통신 성능에 어떠한 영향을 미치는가에 대해 분석하였다. 저염수는 수심 약 20m까지의 표층부에서 음속의 기울기를 양의 기울기로 변화시켜 음과 채널을 형성하였고, 표층부에서 대부분의 송수신 신호의 비트 오류율을 감소시키는 경향을 확인하였다. 본 논문의 저염수에 의한 수중 통신 성능에 미치는 영향을 분석한 결과는 정확한 해양 통신 및 탐지 성능분석을 하기 위해서는 해양환경의 변화를 고려하는 것이 매우 중요하다는 것을 시사한다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권1호
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• pp.166-171
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• 2012

본 논문에서는 가시광 LED를 이용한 근거리 수중 광무선 통신 기술을 제안하였다. 수중 통신을 위한 기존 음향 시스템의 대안으로 부상하는 가시광 LED 통신은 고품질의 높은 통신 속도를 보장한다. 수중에서 근거리 통신을 위하여 주파수 변조 방식을 적용한 광 무선 오디오 시스템을 개발하였으며 CD4046B 위상잠김루프를 이용하여 주파수 변조와 복조 회로 부분을 구현하였다. 수조내에서 송신단과 수신단을 30 cm 떨어뜨린 후 100 kHz의 변조 중심 주파수에서 오디오 신호를 전송하여 성공적으로 수신됨을 확인하였다.

• 로봇학회논문지
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• 제9권1호
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• pp.28-38
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• 2014

This paper verifies the performance of Extended Kalman Filter(EKF) and MCL(Monte Carlo Localization) approach to localization of an underwater vehicle through experiments. Especially, the experiments use acoustic range sensor whose measurement accuracy and uncertainty is not yet proved. Along with localization, the experiment also discloses the uncertainty features of the range measurement such as bias and variance. The proposed localization method rejects outlier range data and the experiment shows that outlier rejection improves localization performance. It is as expected that the proposed method doesn't yield as precise location as those methods which use high priced DVL(Doppler Velocity Log), IMU(Inertial Measurement Unit), and high accuracy range sensors. However, it is noticeable that the proposed method can achieve the accuracy which is affordable for correction of accumulated dead reckoning error, even though it uses only range data of low reliability and accuracy.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.175-184
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• 2009

해양센서네트워크에서 센서 노드간의 거리는 네트워크의 성능을 좌우하는 매우 중요한 요소 중 하나이다. 본 논문은 해양환경에 적합한 통신 경로를 설계하기 위하여 효율적인 거리를 설정하고 레벨(Level)을 나누는 기법을 제안한다. 제안한 기법으로 설정된 경로를 유지하고 에너지 효율을 극대화 하여 전체 네트워크의 수명을 연장하는 방안을 연구하는 것에 목적을 두었다. 설정된 경로는 내 외부적인 요소들에 의해 유동적으로 변경될 수 있으며 제안된 경로 강화 기법을 통해 더욱 견고한 해양센서 네트워크를 구축한다.