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.
In this paper, we propose a multi-channel medium access control (MAC) protocol, named underwater multi-channel MAC protocol (UMMAC), for underwater acoustic networks (UANs). UMMAC is a split phase and reservation based multi-channel MAC protocol which enables hosts to utilize multiple channels via a channel allocation and power control algorithm (CAPC). In UMMAC, channel information of neighboring nodes is gathered via exchange of control packets. With such information, UMMAC allows for as many parallel transmissions as possible while avoiding using extra time slot for channel negotiation. By running CAPC algorithm, which aims at maximizing the network's capacity, users can allocate their transmission power and channels in a distributed way. The advantages of the proposed protocol are threefold: 1) Only one transceiver is needed for each node; 2) based on CAPC, hosts are coordinated to negotiate the channels and control power in a distributed way; 3) comparing with existing RTS/CTS MAC protocols, UMMAC do not introduce new overhead for channel negotiation. Simulation results show that UMMAC outperforms Slotted floor acquisition multiple access (FAMA) and multi-channel MAC (MMAC) in terms of network goodput (50% and 17% respectively in a certain scenario). Furthermore, UMMAC can lower the end-to-end delay and achieves a lower energy consumption compared to Slotted FAMA and MMAC.
Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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2011.11a
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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.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.8
no.1
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pp.6-12
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2010
In this paper a cross layer protocol, referred to as an underwater ad-hoc communication (UAC) protocol, is proposed for underwater acoustic networks (UANets). An underwater node (UN), which tries to transfer data to another UN or a buoy in ad-hoc manner, can access channel as well as determine routing path by employing the UAC protocol. The channel access, route determination, and reliable data transfer are designed being adaptive to underwater environments. In addition, we propose both UN and packet architectures in order to efficiently implement the UAC protocol for UANets.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.52
no.4
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pp.106-114
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2015
Despite a series of various developments in underwater acoustic sensor networks, there are still occasions of loss of connection over the network. Because sufficient amounts of drawbacks causing disconnections posed particularly in the middle of connection over the network emerge in the ocean environment, there is a need of new testing mechanism for underwater acoustic networks. In this paper, we proposed to investigate the most vital parts of the network deployment whether they function well in order, without any failure so as to identify where exactly communication process problems and failures are. We introduce step-wised out-test mechanism for UWASNS and accomplished the mechanism by implementing experiments and rigorously checked all the underwater devices utilizing out-test function. Experimental results and out-test function are evinced by implementing, in order to explain our system and conclude with possible future improvements.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39B
no.6
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pp.360-369
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2014
Underwater Acoustic Sensor Networks(UASN) enables varied study from collected data of underwater environments such as pollution monitoring, disaster prevention. The collected data is transmitted from underwater to terrestrial communication entity by acoustic communication. Because of the constraints of underwater environments include low data rate and propagation delay, it is difficult to apply cryptographic techniques of terrestrial wireless communication to UASN. For this reason, if the cryptographic techniques are excluded, then collected data will be exposed to security threats, such as extortion and forgery, during transmission of data. So, the cryptographic techniques, such as the authentication and key establishment protocol which can confirm reliability of communication entities and help them share secret key for encryption of data, must need for protecting transmitted data against security threats. Thus, in this paper, we propose the light weight authentication and key establishment protocol.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39C
no.3
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pp.264-274
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2014
Time synchronization becomes a critical issue in underwater acoustic networks (UANets) because nodes cooperate together or individually work by communicating each other in diverse underwater applications. Compared with the time synchronization approaches in terrestrial networks, several intrinsic limitations of UANets (e.g., the unavailability of GPS, long propagation delay, mobility due to currents, limited energy consumption, or low data rate) need to be considered in synchronizing the timing among underwater nodes. For the purpose of developing more efficient time synchronization protocols for UANets, we review the existing approaches, which estimate both the clock offset and the clock skew of underwater nodes. Finally, we outline the state-of-the art time synchronization protocols for UANets by comparing and summarizing them according to their synchronization characteristics.
Kim, Jae-Sub;Nam, Heung-Woo;Kim, Young-Ho;An, Sun-Shin
Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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2012.11a
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pp.20-23
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2012
최근 해양자원의 중요성이 대두됨에 따라, 해양환경을 모니터링 하기 위해 Underwater Acoustic Sensor Networks(UW-ASN)가 활발히 연구되고 있다. UW-ASN 는 해양환경에 대한 데이터를 Sensing, gathering 하고 이를 Monitoring Center로 delivering 하는 Mission 을 수행한다. 이 논문에서는 해양에서 수집한 데이터를 수질 자동 측정망(TMS: Tele Monitoring System)에 전송하기 위해, 음파통신을 통해 수신된 해양 데이터를 수질 자동 측정망의 규격에 맞는 데이터로 변환시키고 CDMA 통신을 통해 가상의 TMS에 전송하는 Gateway 구현을 제안한다.
Kim, Ji-Eon;Yun, Nam-Yeol;Kim, Yung-Pyo;Shin, Soo-Young;Park, Soo-Hyun;Jeon, Jun-Ho;Park, Sung-Joon;Kim, Sang-Kyung;Kim, Chang-Hwa
Journal of the Korea Society for Simulation
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v.20
no.4
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pp.157-166
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2011
As underwater environment monitoring system's interest has increased, the research is proceeding about underwater acoustic sensor network. Underwater sensor network can be applicable to many fields, such as underwater environment monitoring, underwater resource exploration, oceanic data collection, military purposes, etc. It is essential to define the PHY-MAC protocol for revitalization of the underwater acoustic sensor network which is available utilization in a variety of fields. However, underwater acoustic sensor network has to implement by consideration of underwater environmental characteristics, such as limited bandwidth, multi-path, fading, long propagation delay caused by low acoustic speed. In this paper, we define frequency of adjusted PHY protocol, network topology, MAC protocol, PHY-MAC interface, data frame format by consideration of underwater environmental characteristics. We also present system configuration of our implementation and evaluate performance based on our implementation with test in real underwater field.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.15
no.12
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pp.2687-2696
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2011
A Clustering problem is one of the organizational problems to improve network lifetime and scalability in underwater acoustic sensor networks. This paper propose an algorithm to obtain an optimal clustering solution to be able to minimize a total transmission power for all deployed nodes to transmit data to the sink node through its clusterhead. In general, as the number of nodes increases, the amount of calculation for finding the solution would be too much increased. To obtain the optimal solution within a reasonable computation time, we propose a genetic algorithm to obtain the optimal solution of the cluster configuration. In order to make a search more efficient, we propose some efficient neighborhood generating operations of the genetic algorithm. We evaluate those performances through some experiments in terms of the total transmission power of nodes and the execution time of the proposed algorithm. The evaluation results show that the proposed algorithm is efficient for the cluster configuration in underwater acoustic sensor networks.
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