• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제19권10호
• /
• pp.2247-2255
• /
• 2015

극 천해 음향 통신 채널에서 수중 음향 통신 신호는 시변 다중 경로에 의해 주파수 선택적인 페이딩 신호로 관측된다. 이러한 특성으로 시간 및 주파수에 따라 심벌간의 간섭이 변화하고 수중 통신 시스템의 성능이 저하된다. 오류 정정 코드의 성능이 어떻게 극 천해 다중경로 페이딩의 통계적 특성과 관계되는지에 대한 연구는 전무하다. 본 연구에서는 다중경로 채널의 특성을 해석하고 2가지 전방 오류 정정 코드를 적용하여 극 천해 다중 경로 채널에서 이들의 성능을 비교하였다. 컨벌류션 코드와 Reed-Solomon 코드를 적용한 해상 실험 결과는 Reed-Solomon 코드가 주파수 선택적인 페이딩 채널에서 컨벌류션 코드 보다 우수함을 보였다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제11권8호
• /
• pp.1465-1471
• /
• 2007

수중음향통신 링크는 육상에서의 통신 링크와 비교했을 때, 물과 공기라는 매질의 차이, 음파와 전자기파라는 전달 파의 차이로 인하여 링크 해석에 있어서 수중음향통신 환경 고유의 특성을 고려한 링크 해석이 필요하다. 본 논문에서는 수중에서 음파를 이용한 무선통신의 매질로서 바다 속을 경로 손실, 흡음, 환경 잡음 측면에서 수중음향통신 링크 예산 수립에 적합하도록 음향학 기반의 지식을 해석하고 고찰하였다. 우리나라 연안에서의 흡음 계수 및 잡음 레벨에 대해서 분석하고 흡음 계수 및 잡음 레벨을 고려한 수중음향통신 주파수 대역 선정 방법을 제시하였다. 또한, 수중음향채널 링크 해석 결과의 적용 예로서 수중음향통신 시스템에서 널리 사용되고 있는 주파수 대역 중에서 25kHz 중심 주파수를 사용하고 전송 속도 10kbps, 목표 전달 거리 1km, 목표 비트 오율 $10^{-3}$인 QPSK 수중음향통신 시스템의 천해 동작환경을 고려한 이상적인 AWGN 환경에서의 링크 예산 수립 예를 보였다.

• 한국음향학회지
• /
• 제28권6호
• /
• pp.506-513
• /
• 2009

본 논문에서는 원거리 수중음향 통신환경에서 중계노드가 사용가능한 센서노드 간의 데이터 교환을 위해 시역전 방법을 적용한 두 단계 양방향 수중 중계노드 통신 방식을 제안한다. 제안된 방법은 기존의 4 단계 중계절차를 2 단계로 줄이기 위해 시역전 기법을 이용한 양방향 통신방법을 적용하였으며 이를 통해 향상된 시스템 통신 용량을 얻는다. 또한 중계노드가 낮은 복잡도로 구현이 가능하기 때문에 효과적으로 전송 거리를 증가시킬 수 있다. 전산모의실험을 통해 제안된 방법이 기존의 방법보다 20 dB의 SNR에서 약 3.2 bps/Hz만큼 향상됨을 보였다.

• 한국음향학회지
• /
• 제32권4호
• /
• pp.294-300
• /
• 2013

본 논문에서는 간략화된 차 주파수의 신호대잡음비을 이용하여 수중 AWGN 환경하에서 파라메트릭 배열 통신 시스템의 성능을 비트오류확률과 MIMO 채널용량 관점에서 분석한 결과를 제시한다. 분석을 위해 사용된 차주파수의 신호대잡음비는 전달손실, 잡음준위 그리고 비선형성이 고려된 차 주파수의 음원준위로 계산된다. 1차 주파수 210 kHz와 190 kHz, 차 주파수 20 kHz, 트랜스듀서 직경 0.1 m, 잡음준위 50 dB, 요구되는 비트오류 확률을 $10^{-4}$으로 가정할 때, 담수 환경과 해수 환경에서의 1차 주파수 통신 거리 대비 파라메트릭 배열의 통신거리 이득을 각각 59.11 km와 5 km를 얻었다. 또한, 10 bps/Hz의 채널용량 조건을 위해 SISO 및 ($2{\times}2$) MIMO 파라메트릭 배열을 사용할 경우, 담수에서는 38.84 km와 46.38 km 거리이득을 해수에서는 3.88 km 4.381 km의 거리이득을 얻었다.

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

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

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제15권1호
• /
• pp.22-32
• /
• 2011

본 논문에서는 수중 통신 환경에서의 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) 시스템과 지상에서의 일반적인 OFDM 시스템과의 차이점을 분석하고, 실제 측정된 채널 데이터를 사용한 수중 채널 모델을 기반으로 OFDM 파라미터들을 설정하였다. 또한, 선형 보간법을 이용한 least square (LS) 채널 추정기법을 이용하여 채널의 상태 정보를 획득하였다. Alamouti code를 이용한 space-time block code (STBC) 및 space-frequency blcok code (SFBC)를 적용하여 그 성능을 평가 및 분석 하였으며, 동시에 $1{\times}2$ maximum ratio combining (MRC)을 적용하여 성능을 비교 분석 한 결과, SFBC의 경우 수중 채널의 심각한 주파수 선택적 특성으로 인하여 유효한 BER 특성을 보이지 못하였으나, STBC의 경우 4-column 파일럿 구조를 적용하였을 때, SISO 시스템과 비교하여 약 7dB 정도의 향상된 성능을 나타내고 있음을 확인하였다.

• 한국음향학회지
• /
• 제32권6호
• /
• pp.494-501
• /
• 2013

천해 수중 음향 채널의 배경잡음과 다중경로에 의한 비트 오류율(BER)을 경감하기 위해 Quadrature Phase Shift Keying(QPSK)에 전방 오류 정정 코드(FEC)로 부호화 비율 1/2의 길쌈 코딩(CC)을 적용하였다. 전송신호의 대역폭에 대한 채널의 일관성 대역폭의 비를 주파수 선택 지표로 정의하였고 주파수 선택지표에 따른 전송 신호의 BER과 비트 에너지 대 잡음비의 이득을 평가하였다. 실내 수조 실험 결과, 주파수 선택지표가 약 1.0 이하인 경우 BER은 이론적인 결과와 일치하고 비트 에너지 대 잡음비의 이득은 약 5 dB로 이론적인 결과와 일치한다. 주파수 선택 지표가 1.0 이상인 주파수 선택적인 다중경로 채널에서도 BER은 효율적으로 감소하지만 비트 에너지 대 잡음비가 일정크기 이상인 조건에서만 CC의 비트 오류 감소에 효과가 있다. 이러한 결과는 본 연구에서 정의한 주파수 선택 지표가 다중 경로 채널에서 CC의 성능 평가의 지표로 적용될 수 있다. 아울러 등화기를 적용하지 않고 저속 수중 음향 통신시스템에 효과적으로 BER을 줄일 수 있다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제18권8호
• /
• pp.1818-1826
• /
• 2014

해면 상태의 변화는 수중 음향 통신 수신 신호에 전방 산란 및 도플러 확산을 야기하여 수신 신호의 진폭, 주파수 및 위상은 시간적으로 변화한다. 따라서 통신채널의 일관성 대역폭과 페이딩 변화에 의해 고속 동기식 디지털 통신 성능은 장애를 받게 된다. 본 논문에서는 2가지의 해면 상태에서 QPSK의 성능을 평가하였다. 해면 산란이 성능에 미치는 영향은 LFM 신호를 이용하여 구한 채널의 임펄스 응답과 시간 일관성을 기반으로 해석하였다. 잔잔한 해면보다 거친 해면 상태의 임펄스 응답은 불안정하고 일관성 시간은 짧다. 이러한 결과와 수신 신호의 포락선, 진폭 및 위상과의 관계를 해석하여 QPSK의 비트 오류율이 해면 상태와 직접적으로 관계되는 것을 확인하였다.

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