The Journal of the Acoustical Society of Korea (한국음향학회지)

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A bidirectional full duplex medium access control protocol for underwater acoustic networks

수중 음향 네트워크를 위한 양방향 전이중 매체 접속 제어 프로토콜

  • 강성민 (광운대학교 컴퓨터정보공학부) ;
  • 황호영 (광운대학교 컴퓨터정보공학부) ;
  • 조호신 (경북대학교 IT대학 전자공학부)
  • Received : 2017.02.21
  • Accepted : 2017.05.30
  • Published : 2017.05.31
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Abstract

In this paper, we propose a bidirectional full duplex MAC (Medium Access Control) protocol for underwater acoustic networks. An underwater sensor node can set a back-off timer according to the priority of transmission. When the back-off timer expires, the underwater sensor node acquires a transmission opportunity. If a source node wants to send data to a destination node, it broadcasts RTS (Request-To-Send) including ID of the destination node to neighbor nodes. The destination node receiving RTS sends CTS (Clear-To-Send) to the source node to inform the bidirectional full duplex communication. After the source node receives CTS, the source node and the destination node can send the data to each other. In the underwater environment, the existing MAC protocol may take a lot of time for successful transmission of data due to long underwater propagation delay. On the other hand, the proposed bidirectional full duplex MAC protocol improves the throughput by shortening the time for successful transmission of data. In this paper, we analyze the throughput of the proposed bidirectional full duplex MAC protocol. In addition, we show that the proposed bidirectional full duplex MAC protocol has better performance in the presence of the long underwater propagation delay compared with existing MAC protocols for underwater environments.

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.

Keywords

References

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