• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제22권11호
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• pp.1259-1268
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• 2019

Recently, Communication media have been developed for the underwater communication in underwater environments where the underwater communication failures occur frequently. Although the underwater communication by one medium is not stable due to the influence of the underwater environment, the use of various communication media can complement each other and so this makes the underwater communication more stable. For this reason, this paper proposes approaches to the design and implementation of integrated MAC for complementing individual unstable underwater communications. In addition this paper presents the comparison and analysis on each of the proposed approaches so to be able to provide guidelines to designers and implementers of integrated MAC.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제20권4호
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• pp.157-166
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• 2011

최근 수중 환경 모니터링 시스템에 대한 관심이 높아지면서 수중음파센서네트워크에 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 수중음파센서네트워크는 수중환경 모니터링, 수중자원탐사, 해양 데이터 수집, 군사 목적 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 이러한 다양한 분야에서 활용 가능한 수중음파센서네트워크의 활성화를 위해서는 PHY-MAC 프로토콜의 정의가 필수적이다. 하지만, 수중음파센서네트워크는 제한된 대역폭, 다중경로 및 페이딩현상, 지상 무선통신에 비해서 낮은 음파 속도로 인한 전송 지연시간 등 수중환경의 특수성에 고려해서 구현을 해야 한다. 본 논문에서는 수중환경과 관련된 제약사항을 고려하여 적응적인 PHY 프로토콜의 주파수, 네트워크 토폴로지, MAC 프로토콜, PHY-MAC 인터페이스, 데이터 프레임 포맷을 정의하고, 구현한 시스템의 구성에 대해서 설명하며, 수중환경에서의 실제 실험을 통한 데이터를 기반으로 성능 평가를 하였다.

• 한국해양공학회지
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• 제11권4호
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• pp.180-188
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• 1997

This paper proposes a new efficient MAC(Media Access Control) protocol to establish the ultrasonic communication network for underwater vehicles, which ensures a certain level of maximum throughput regardless of the propagation delay of ultrasonic and allows fast data transmission through the multiple ultrasonic communication channel. A MAC protocol for underwater communication network that allows 'peer-to-peer' communication between a surface ship and multiple underwater systems is designed, and the proposed control protocol is implemented for its verification.

• 전기전자학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.1068-1072
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• 2018

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.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제13권10호
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• pp.2088-2096
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• 2009

본 논문은 수중음향통신망을 위한 TDMA(Time Division Multiple Access) 기반의 비경쟁모드 방식의 MAC 프로토콜과 경쟁모드 방식의 MAC 프로토콜을 동시에 사용하는 하이브리드 MAC 프로토콜을 제안하고 있다. 제안된 MAC 프로토콜은 네트워크 전반적인 관리를 위한 비콘 패킷, 시간슬롯 사이의 충돌방지를 위한 Guard Period, 시간 태그(time tag)를 이용한 마스터 노드와의 전송지연 계산, 노드간 시간동기, 네트워크 진입 및 탈퇴, 노드간 통신방식 등의 기능을 제공한다. 수중음향통신망의 대표적 이동노드인 자율무인잠수정(AUV)을 대상으로 제안된 하이브리드 MAC프로토콜을 적용하였고, 제안된 MAC 프로토콜이 실제 수중음향통신망 환경에서 적용 가능함을 검증하였다.

• 전자공학회논문지
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• 제51권4호
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• pp.76-89
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• 2014

본 논문에서는 수중 매체의 특성 중의 하나인 긴 전송 지연을 고려한 수중 모바일 애드 혹 네트워크 기반의 MAC 프로토콜을 제안한다. 특히, 이에 효율적인 3-way handshaking 방식(RTS/CTS/DATA)을 채택하였으며 기존 방식의 문제점인 RTS 메시지와 CTS 메시지 간의 충돌을 회피할 수 있는 방법을 제시함으로써 데이터 전송의 비효율성을 극복할 수 있다. 또한, 본 논문에서 제안하는 MAC 프로토콜은 현재 구현이 가능한 기술을 통하여 수중 모바일 애드 혹 네트워크에서 실질적으로 적용이 가능한 MAC 프로토콜로서, 수중 환경의 여러 특성들을 고려하여 설정한 가변적인 RWT(Request-To-Send Waiting Time)을 통하여 이동 노드의 움직임에 따른 다양한 네트워크의 크기를 반영한다. 마지막으로 실험을 통해 데이터 처리량, 패킷 수신 실패율, 평균 전송 시간, 에너지 소비량, 채널 이용률 측면에서 기존의 MAC 프로토콜과 성능을 비교 및 분석함으로써 그 효율성을 검증한다.

• 전자공학회논문지CI
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• 제48권6호
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• pp.88-96
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• 2011

수중 음파 통신은 해양 데이터 수집, 해저 탐사 및 개발, 군사 전술 감시 등 다양한 분야에 활용 가능하다. 이와 같이 다양한 분야에 Autonomous Underwater Vehicle(AUV)나 Remotely Operated Vehicle(ROV)와 같은 수중 로봇을 이용한 로봇 제어 시스템 구축은 필수적이다. 본 논문에서는 수중 음파 센서 네트워크 구성에서 중요한 부분인 에너지 효율적인 면을 고려하는 동시에 실시간 로봇 제어 시스템 구축에 적합한 Message Merging MAC($M^2$-MAC) 프로토콜을 제안한다. 제안된 Media Access Control(MAC) 프로토콜에서는 미리 할당된 타임 슬롯에 따라 로봇 노드들로부터 데이터를 수신하고, 베이스 스테이션으로부터 전달받은 메시지들을 버퍼링 과정을 거쳐 하나의 MAC 프레임으로 생성한 후 클러스터 내 모든 로봇 노드들에게 브로드 캐스팅 하게 된다. 또한 새로운 노드 진입 및 탈퇴 시 Maintenance&Sleep(M&S) 구간을 통해 관련 절차가 이루어짐으로써 경쟁과 비경쟁 방식이 혼합된 복합형 MAC 프로토콜의 형태를 이룬다. 본 논문에서는 실시간 로봇 제어 시스템 구축에 중요한 요소인 종단 간 지연과 에너지 소모량에 관련된 수학적 분석 모델을 제시하고 기존의 MAC 프로토콜과 비교함으로써 성능의 우수성을 검증한다.

• 한국음향학회지
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• 제36권3호
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• pp.211-217
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• 2017

본 논문에서는 다수의 수중 센서 노드들이 존재하는 수중 음향 네트워크에서 전이중 특성을 활용한 양방향 전이중 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC) 프로토콜을 제안한다. 수중 센서 노드들은 정보를 센싱하고 송신의 우선순위에 따라 백오프 타이머를 설정한다. 백오프 타이머가 만료된 수중 센서 노드는 송신 기회를 획득한다. 송신 기회를 획득한 소스 노드는 목적 노드에게 정보를 송신하기 위해 목적 노드의 ID를 포함한 RTS(Request-To-Send)를 주변 노드들에게 방송한다. RTS를 수신한 목적 노드는 CTS(Clear-To-Send)를 소스 노드로 송신하여 양방향 전이 중 통신 수행을 알린다. 소스 노드가 CTS를 수신한 후 소스 노드와 목적 노드는 센싱한 정보를 서로 상대 노드로 송신한다. 수중 환경에서의 기존 MAC 프로토콜은 긴 수중 전파 지연으로 인해 전송 성공에 많은 시간이 소요된다. 반면 제안하는 양방향 전이중 MAC 프로토콜은 소스 노드와 목적 노드 간 양방향 송수신이 가능하기 때문에 전송 성공에 소요되는 시간을 단축하여 네트워크의 처리량을 향상시킨다. 본 논문에서는 제안하는 양방향 전이중 MAC 프로토콜의 네트워크 처리량을 수학적으로 분석한다. 그리고 수중 환경에서의 기존 MAC 프로토콜과 비교 분석을 통해 긴 수중 전파 지연이 존재하는 상황에서 제안하는 양방향 전이중 MAC 프로토콜의 성능이 더 뛰어남을 보인다.

• 전자공학회논문지
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• 제54권4호
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• pp.3-9
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• 2017

수중환경에서는 전력 공급이 어렵기 때문에 통신 프로토콜 설계에 있어서 전력 효율은 중요한 고려사항들 중 하나이다. 본 논문에서는 UUV(Unmanned Underwater Vehicle)와 AUV(Autonomous Underwater Vehicle) 같은 이동 노드를 갖는 수중통신망에 대해 에너지 효율적인 매체접속제어(MAC : Medium Access Control) 프로토콜을 연구하였다. 이동 노드간의 통신에서는 데이터 교환 중에 노드 이동으로 인해 서로의 전파 반경을 벗어나 전송 중인 데이터를 완료하지 못하고 에너지만 낭비하는 경우가 발생할 수 있다. 특히, 수중 통신 채널 환경에서는 지상보다 약 $10^5$ 배의 느린 전파 지연을 가지므로 데이터의 전송 완료 전에 서로의 전파 반경을 벗어날 확률이 지상보다 커서 이로 인한 에너지 낭비가 더 많게 된다. 제안한 mobility-MAC 프로토콜은 수신노드의 위치와 노드의 이동 속도를 고려하여 Dropping Zone을 정의하고 데이터 전송 시도를 제어한다. 데이터 전송시도는 Dropping Zone에서 무조건 데이터 전송을 드롭(drop)을 하는 것이 아니라, 데이터 전송 중 노드가 전파 반경을 이탈할 확률을 예측하여 드롭하는 방법이다. 결과적으로, 조건적 드롭을 통해 잘못된 드롭을 감소시켜 전송지연과 통신수율의 향상을 가져왔고 유효한 데이터 드롭으로 에너지 낭비를 방지하여 에너지 효율도 증가되었다.

• 전자공학회논문지
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• 제50권4호
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• pp.97-107
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• 2013

수중무선통신시스템은 AUV간 수중 무선통신, 해양환경 모니터링, 양식장 관리, 항만 감시, 자원 탐사 및 개발, 지형 및 지질 조사 등 다양한 산업에 활용 가능하다. 하지만 수중 무선 통신은 지상 무선 통신과는 달리 물이 가지고 있는 매질의 특성때문에 전력손실, 주위 잡음 및 인위 잡음, 멀티패스 등으로 인한 높은 에러율 그리고 긴 전송지연 등과 같은 요소들을 고려하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 ALOHA 기반의 Media Access Control(MAC) 프로토콜과 CSMA/CA 기반의 MAC 프로토콜을 혼합하여 수중 환경에 적합한 MAC 프로토콜을 제안한다. 성능을 평가하기 위해 수학적 분석 모델을 제시하고, 구현을 통해 기존 MAC 프로토콜과 비교함으로써 성능의 개선점을 검증한다.