Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers (전자공학회논문지)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
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Study on Energy Efficient Mobility-MAC Protocol for Underwater Networks

수중통신망에서 노드 이동성을 고려한 에너지 효율적인 매체접속제어 프로토콜 연구

  • Son, Woong (Department of Electronics Engineering Chungnam National University) ;
  • Jang, Youn-Seon (Department of Electronics Engineering Chungnam National University)
  • 손웅 (충남대학교 전자공학과) ;
  • 장윤선 (충남대학교 전자공학과)
  • Received : 2017.02.01
  • Accepted : 2017.03.16
  • Published : 2017.04.25
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Abstract

Due to difficulties of continuous electric power provision to underwater communication nodes, the efficient power usage is highly required in underwater network protocol. In this paper, we studied the energy efficient MAC(Medium Access Control) protocol for underwater network supporting mobile nodes such as UUV(Unmanned Underwater Vehicle) and AUV(Autonomous Underwater Vehicle). The mobile nodes could waste the electric power in vain when the receiver moves out of the radio propagation coverage during the data exchange and thus the transmitted data fails in reaching the receiver. Expecially, such a failure is much more obvious in underwater acoustic channels since the propagation delay is about $10^5$ times slower than in terrestrial radio channels. This proposed mobility-MAC controls the data dropping stochastically in the Dropping Zone by considering the receiver's location and moving velocity. In conclusion, this selective dropping method not only improves latency and throughput by reducing invalid droppings but also boosts power efficiency by valid droppings.

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.

Keywords

References

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