• 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.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2011년도 추계학술대회
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• pp.633-636
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• 2011

본 논문에서는 수중 센서 네트워크를 위한 경쟁 기반 매체 접근 제어 (MAC) 프로토콜들의 성능을 분석한다. 다양한 수중 네트워크 환경을 모사한 Qualnet 기반의 수중 네트워크 시뮬레이터를 이용하여, ALOHA, CSMA, CSMA-RTS-CTS 및 CSMA-RTS-CTS-ACK 프로토콜 등의 성능을 수신 패킷의 수와 종단간 전송 시간 측면에서 비교한다. 시뮬레이션 결과를 이용하여, 향후 수중 네트워크 개발 시 경쟁 기반 MAC 프로토콜을 선택하는데 참고할 수 있는 지표를 제시한다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2011년도 추계학술발표대회
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• pp.97-100
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• 2011

Underwater Wireless Acoustic Sensor Networks have become an important area of research over the recent decades. Designing an underwater network, especially a media access control (MAC) protocol, faces many challenges due to the peculiarities of underwater environment. One of the most important problems is resulted from long and variable propagation delay of the acoustic wave. In this paper, we propose a new method, namely Dynamic Timeout over Multiple Access with Collision Avoidance (DT/MACA), which is designed to handle long and high variable propagation delay in underwater acoustic sensor networks. In this proposed method, the difference timeout intervals are evaluated and applied to each network transmission. Simulation results show that our work not only improves the network throughput, but also decreases the unnecessary retransmission and end-to-end delay.

• 정보와 통신
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• 제33권8호
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• pp.71-81
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• 2016

본 논문에서는 수중 통신을 위한 매체 접속 제어(Medium Access Control: MAC) 프로토콜에 대한 연구 동향을 소개한다. 먼저 수중 음향 센서 네트워크(Underwater Acoustic Sensor Network: UWASN)와 수중 음향 채널의 특성을 소개하고 이로 인한 수중 MAC 프로토콜 설계 시 고려 사항에 대해 정리한다. 본 논문에서는 수중 MAC 프로토콜을 크게 비경쟁(contention-free) 기반과 경쟁 기반(contention-based) 프로토콜로 나누어 각각의 대표적인 프로토콜들에 대한 핵심 동작 원리에 대해 설명한다. 마지막으로 MAC 프로토콜을 실제 해양 환경에 구현하기 위한 고려 사항에 대해 정리한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.1-10
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• 2021

최근 해양 수중 산업의 발전으로 수중 센서 네트워크(UWASN: Underwater Acoustic Sensor Network)에 대한 관심이 증대되고 있다. 수중 센서 네트워크를 효율적으로 운용하기 위해서는 노드 간 전송 충돌을 방지하고 통신 자원을 효율적으로 공유할 수 있는 매체 접속 제어(MAC: Medium Access Control) 프로토콜을 적용하는 것이 매우 중요하다. 하지만 수중 채널은 지상 무선 통신 환경과 달리 좁은 대역폭, 긴 전파 지연 시간, 낮은 전송률 등의 특성을 가지므로 지상 환경에서 개발된 비직교 다중 접속(NOMA: Non Orthogonal Multiple Access)의 노드 페어링 기법을 그대로 적용할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 수중 채널의 특수성을 고려한 수중 음향 센서 네트워크에서의 비직교 다중 접속 다차원 노드 페어링 기법을 제안한다. 기존의 기법들은 노드 페어링 시 채널 품질만을 고려하였다. 기존 기법과 달리 제안 기법에서는 채널 품질 뿐 아니라 노드 간 공평성, 트래픽 부하, 패킷의 나이를 추가로 고려하여 최적의 노드 쌍(node-pair)을 찾는다. 추가적으로, 송신 노드는 실제 경로 손실 대신 노드 쌍 가능 노드 목록(PNL: Pairable Nodes List)을 활용함으로써 노드 페어링 시의 계산 복잡도를 줄인다. 시뮬레이션 결과에 따르면 공평성 요소까지 고려한 제안 기법이 기존 기법 대비 최대 23.8% 전송률 증가, 28% 지연 시간 감소, 공평성은 최대 5.7% 향상됨을 확인할 수 있었다.

• 한국통신학회논문지
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• 제39C권6호
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• pp.457-465
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• 2014

본 논문에서는 수중음향센서네트워크의 수중 통신 프로토콜 시험을 위해 구축한 해상시험환경을 소개하고 상용 모뎀을 이용하여 실시한 및 매체접속제어기법(Medium Access Control: MAC)의 시험결과를 제시한다. 본 시험에서는 패킷 충돌을 회피하기 위해 기존 지상환경에서 많이 사용되는 반송파감지기반의 충돌회피기법(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance: CSMA/CA)을 사용하였으며 수중 통신 프로토콜로서의 가용성을 검증하였다. 시험에 사용된 네트워크 노드는 Benthos사의 상용 수중 모뎀과 ATmega2560 제어보드를 이용하여 구성하였다. 시험의 체계적 관리와 시험과정 관찰을 용이하게 하기 위해 각 노드가 GPS신호를 수신하여 자신의 위치를 파악할 수 있도록 하였으며 라디오주파수(Radio Frequency: RF) 인터페이스를 통해 위치정보 및 수중채널을 통해 송수신되는 패킷의 정보를 지상으로 보고할 수 있도록 했다. CSMA/CA 프로토콜을 수중환경에 적용하기 위해 4-way 핸드셰이킹동작에 사용되는 네 종류의 제어패킷 RTS(Request To Send), CTS(Clear to Send), DATA, ACK(Acknowledgement)을 수중환경에 맞게 설계했다. 시험을 통해 CSMA/CA 프로토콜의 실제 수중환경에서의 가용성을 검증할 수 있었다.

• 한국통신학회논문지
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• 제39C권4호
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• pp.351-361
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• 2014

무선 센서네트워크의 데이터 전송을 위해서 각 노드는 백오프(Back-off)기법을 이용하여 이웃노드와 채널을 경쟁한다. 수중음향 센서네트워크에서도 일반적으로 백오프를 이용하여 노드 간 채널을 경쟁한다. 그러나 수중음향 센서네트워크의 백오프에 이용되는 슬롯타임(Slot-time)은 무선 센서네트워크와는 달리 매우 긴 지연시간을 갖는다. 따라서, 수중음향 센서네트워크에서는 긴 슬롯타임에 의해 각 노드간의 통신성능 저하 문제가 발생한다. 본 논문에서 제안하는 기법은 실제 노드가 배치된 상태를 이웃 노드와의 전파지연 시간을 이용하여 계산하고, 슬롯타임을 노드 스스로 최적화한다. 이러한 방법을 통해 각 노드들 간의 통신에 낭비되는 시간을 줄이고 네트워크 성능을 향상 시킨다. 본 논문에서는 제안하는 기법을 구체적으로 기술하고 제안하는 기법과 기존의 연구와의 성능차를 확인한다. 성능 비교결과 제안하는 기법이 기존의 기법에 비하여 우수한 성능을 갖는 것을 확인 하였다.

• 전자공학회논문지
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• 제52권4호
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• pp.106-114
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• 2015

수중 음파 센서 네트워크의 다각적인 발전에도 불구하고 네트워크상에서의 연결이 손실되는 경우가 여전히 존재한다. 특히 해양 환경에서 네트워크상의 연결 중에 발생할 수 있는 연결 단절을 유발하는 많은 다양한 문제점으로 인해 이를 보완하기 위해서 수중 음파 통신 네트워크를 위한 새로운 테스트 메커니즘이 필요하다. 본 논문에서는 통신 프로세스의 문제점 및 에러가 발생하는 위치를 식별하기 위해서 장애 없이 네트워크 배포시 가장 중요한 부분들에 대해 조사할 수 있는 방법을 제안한다. 수중 음파 통신 네트워크(UWASN)를 위한 Step-wised Out-test 메커니즘을 도입하고 실험을 통하여 out-test 기능을 이용한 수중 단말의 작동을 엄격하게 점검하였다. 구현 및 실험 결과를 통해서 Out-test 기능의 유용성 및 우수성을 입증하였고 향후 가능한 개선을 제시하였다.

• 전자공학회논문지SC
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• 제49권3호
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• pp.19-25
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• 2012

수중 센서네트워크에서는 음파를 이용하여 노드간 통신을 한다. 그러나 긴 전파지연으로 인해 무선 센서네트워크를 위해 연구된 기존의 MAC(Media Access Control) 프로토콜을 그대로 이용할 수 없다. 따라서 수중 센서네트워크에서 효율적인 통신을 위해서는 긴 전파지연시간을 고려한 새로운 MAC 프로토콜이 필요하다. 수중 센서네트워크에서는 수중이라는 환경의 특성상 노드의 균일한 배치가 어렵다. 또한, 노드의 배치 밀도가 높은 경우 단일 홉 내에 서로 다른 거리를 갖는 다수의 노드들이 존재하게 된다. 이러한 환경에서 노드간 간격에 따른 불공평성 문제가 발생한다. 긴 전파지연으로 인하여 하나의 목적노드로 다수의 노드가 데이터 전송을 위해 경쟁하는 경우 백오프(Back-off)를 이용한 경쟁 기반의 MAC 프로토콜에서는 목적노드에 인접한 노드가 채널 경쟁에서 승리할 확률이 올라간다. 본 논문에서는 이러한 불공평성 문제를 해결하기 위해 제안된 방법에서 전송할 데이터가 있는 노드는 자신의 큐 상태정보를 RTS 패킷에 포함하여 전송한다. 기존 방법에서는 RTS 패킷을 수신한 후에 CTS 패킷을 바로 전송하지만 제안된 방법에서는 CTS 패킷 전송을 지연시키고 일정 시간동안 여러 개의 RTS 패킷을 수신한 후에 큐 상태 정보를 이용하여 하나의 RTS 패킷을 선택하고 이에 대한 CTS 패킷을 전송한다. 제안하는 기법의 성능을 기존에 연구된 수중 센서네트워크를 위한 MAC 프로토콜과 비교한다. 비교 결과 제안하는 MAC 프로토콜의 우수성을 확인하였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제39C권2호
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• pp.199-208
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• 2014

코드 분할 다중 접속 기법은 주파수 선택적 페이딩에 강인하고 높은 주파수 재사용 효율 특성으로 인해 열악한 수중 환경에서의 유망한 매체 접속 제어 기법으로 많은 연구가 진행되고 있다. 또한 최근 수중 매체 접속 제어기법의 성능 분석이 모의실험을 통해서 뿐만 아니라 해상 및 저수지에서의 실제 실험을 통해 이뤄지고 있다. 이에 본 논문에서는 수중 코드 분할 다중 접속 기법의 순방향 링크에 대한 트랜스시버를 설계한다. 수조 실험을 통해 코드 분할 다중 접속 기법의 수중 환경 적용 가능성을 검증하며, 수조 실험으로 얻어진 결과를 바탕으로 개선된 성능의 트랜스시버를 설계하고 모의실험과 저수지 실험을 통해 성능 개선을 확인한다. 사용자 데이터는 월시 부호를 사용하여 다중화되며, PN 획득 과정을 통해 위상 오류 정정 및 PN 부호 역확산을 수행한다. 또한 성능 향상을 위해 인터리빙 기법과 높은 오류 정정 효율을 가지는 채널 부호화 기법을 사용한다. 결과적으로 두 개의 다중화 데이터는 모두 오류 없이 복원되었으며, 세 개, 네 개의 다중화 데이터는 15% 이하의 오류율로 복원되었다.