Underwater acoustic sensor networks exhibit characteristics such as high propagation delay and low data rates, which are different from those of terrestrial wireless networks. Therefore, the conventional protocols used in wireless networks can be restrictive and inefficient when applied to underwater acoustic sensor networks. In this paper, we propose a medium access control protocol (MAC) to enhance the energy efficiency and throughput in underwater acoustic sensor networks. The proposed protocol employs a slot-based competition mechanism that reserves a time slot to send a data packet in advance. In the proposed protocol, collision between nodes can occur due to competition to obtain a slot. However, the proposed protocol minimizes the collisions between nodes because the nodes store the reservation information of the neighboring nodes, this reduces unnecessary energy consumption and increases throughput. We perform a simulation to evaluate the performance of the proposed protocol with regard to the energy consumption, the number of collision, channel utilization, throughput and transmission delay. We compare the proposed protocol with the conventional protocol, and the performance results show that the proposed protocol outperforms the conventional protocol.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.5
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pp.929-935
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2017
All sensor nodes generally determine their positions using anchor nodes that are located in underwater sensor networks. This paper proposes a Tabu search algorithm to determine the minimum number of anchor nodes for the location of all sensor nodes in underwater sensor networks. As the number of the sensor nodes increases in the network, the amount of calculation that determines the number of anchor nodes would be too much increased. In this paper, we propose a Tabu search algorithm that determines the minimum number of anchor nodes within a reasonable computation time in a high dense network, and propose an efficient neighborhood generating operation of the Tabu search algorithm for efficient search. The proposed algorithm evaluates those performances through some experiments in terms of the minimum number of anchor nodes and execution time. The proposed algorithm shows 5-10% better performance than the conventional algorithm.
KIPS Transactions on Computer and Communication Systems
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v.5
no.9
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pp.247-260
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2016
Sensor networks have been used in many applications such as smart home, smart factory, etc. based on sensor data. Sensor networks can change system requirements and architectures depending on their application areas. Currently, sensor network application cases in ocean environments are very rare because the ocean environments have much difficult accessibility more poor conditions, higher wave heights, more frogs, much heavier salinity, etc., compared with ground environments. In this paper, we propose the requirements, architecture and design of a sensor network system for the littoral sea cage culture monitoring and we also introduce its operation results through the development. The developed system based on our research provides users with functionalities to extract, monitor, and manage underwater environmental conditions suitable to littoral sea cage culturing of fishes.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.13
no.1
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pp.109-114
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2013
In underwater wireless sensor networks, sensing data such temperature and salinity can be merged by averaging them. Data aggregation is a good choice to reduce the amount of packets and save energy in underwater wireless sensor networks. However, data aggregation could bring about packet delay and non-directional transmission to the sink. In this paper, we propose a new path building algorithm based on data aggregation to mitigate these problems. The paper reduces the delay without wireless interferences and maximizes the energy efficiency by removing the non-directional transmission to the sink. Experimental results show that the proposed algorithm outperforms in terms of the energy efficiency and the packet delay.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.8
no.6
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pp.97-103
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2008
T-Lohi, a MAC protocol for underwater acoustic sensor networks, has been designed to support dense networks consisting of short-range acoustic modems. However when T-Lohi is applied to large networks in which multi-hop routing is necessary, it suffers a lot of packet collisions due to the hidden terminal problem. To combat this problem, we propose a new MAC protocol which employs RTS/CTS handshaking. To our knowledge, this protocol is the first to adopt both a tone-based approach and RTS/CTS handshaking for dense underwater acoustic sensor networks. Simulation results show that this new protocol drastically reduces packet collisions while achieving good network utilization.
We present an autonomous entertainment dolphin robot system based on ubiquitous sensor networks(USN). Generally, It is impossible to apply to USN and GPS in underwater bio-mimetic robots. But An Entertainment dolphin robot which presented in this paper operates on the water not underwater. Navigation of the underwater robot in a given area is based on GPS data and the acquired position information from deployed USN motes with emphasis on user interaction. Body structures, sensors and actuators, governing microcontroller boards, and swimming and interaction features are described for a typical entertainment dolphin robot. Actions of mouth-opening, tail splash or water blow through a spout hole are typical responses of interaction when touch sensors on the body detect users' demand. Dolphin robots should turn towards people who demand to interact with them, while swimming autonomously. The functions that are relevant to human-robot interaction as well as robot movement such as path control, obstacle detection and avoidance are managed by microcontrollers on the robot for autonomy. Distance errors are calibrated periodically by the known position data of the deployed USN motes.
Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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2012.07a
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pp.379-380
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2012
수중 음향 센서 네트워크(Underwater Acoustic Sensor Network, UW-ASN) 환경에서 센서노드간 데이터를 안전하게 전송하기 위해 우선적으로 암호화 알고리즘을 사용하지만, 암호화 알고리즘만으로는 충분한 안전성을 제공하지 못한다. 암호화 알고리즘은 기밀성을 제공하지만 무결성은 제공하지 못하기 때문이다. 그렇기 때문에 수중 통신 환경에서도 암호화 기술 이외에, 전송된 데이터가 변경되지 않고 안전하게 전송되었다는 무결성을 보장할 수 있는 암호화 기술이 적용되어야 한다. 이에 본 논문에서는 무결성 보장을 위한 메시지 인증 기술에 대한 연구를 진행하며, 수중 환경에 가장 적합한 메시지 인증코드(MAC)의 도출을 위한 분석 절차를 제안한다.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39C
no.4
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pp.351-361
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2014
Compared to a terrestrial communication, the high BER(Bit Error Ratio) and low channel bandwidth are the major factor of throughput degradation due to characteristics of underwater channel. Therefore, a MAC protocol must be designed to solve this problem in UWASNs(Underwater Acoustic Sensor Networks). MAC protocols for UWASNs can be classified into two major types according to the contention scheme(Contention-free scheme and Contention-based scheme). In large scale of sensor networks, a Contention-based scheme is commonly used due to time-synchronize problem of Contention-free scheme. In the contention-based scheme, Each node contends with neighbor nodes to access network channel by using Back-off algorithm. But a Slot-Time of Back-off algorithm has long delay times which are cause of decrease network throughput. In this paper, we propose a new scheme to solve this problem. The proposed scheme uses variable Slot-Time instead of fixed Slot-Time. Each node measures propagation delay from neighbors which are used by Slot-time. Therefore, Slot-Times of each node are optimized by considering node deployment. Consequently, the wasted-time for Back-off is reduced and network throughput is improved. A new mac protocol performance in throughput and delay is assessed through NS3 and compared with existing MAC protocol(MACA-U). Finally, it was proved that the MAC protocol using the proposed scheme has better performance than existing MAC protocol as a result of comparison.
Underwater acoustic sensor networks can be used disaster prevention and environmental monitoring systems in underwater environments. Because, the underwater environment is different from the ground, the long propagation delay, low transfer rates and limited bandwidth characteristics should be considered. In this, paper will propose the MAC protocol that allocates time slot into each node according to priority policy through the period of contention-free slot reservation in underwater acoustic sensor networks in order to avoid collision and minimize energy consumption waste. We perform mathematical analysis to evaluate the performance of the proposed protocol with regard to the collision probability, the energy consumption by collision, throughput and channel utilization. We compare the proposed protocol with the conventional protocol, and the performance results show that the proposed protocol outperforms the conventional protocol.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.48
no.6
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pp.97-108
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2011
Systems for underwater environment monitoring and natural resources can be considered as a part of digital convergence where real-time data transmission is possible with the help of underwater wireless sensor network (UWSN). One of key technologies required for the deployment of the systems is underwater acoustic micro modem. In this work, we design and implement an acoustic modem equipped with a commercial omnidirectional transducer. We also make experiments at the northern Han river for the verification of the developed modem. According to the experiments, the modem supports the working distance of 250 m and the data rate of 200 bps with a negligible bit error rate. It is expected that the acoustic modem can be used for various applications based on UWSN in a near future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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