The security threat types in underwater communication networks environment are almost the same as the terrestrial, but the security of mechanisms the terrestrial RF-based networks environment can not be directly applied due to not only the limited resources of each node but also unsafe channel such as low propagation delay, high bit error rate etc. Nevertheless there has not been much research on the security of underwater acoustic communication networks. Therefore, in this paper analyzes the differences between the terrestrial communication networks and underwater acoustic communication networks, and identifies issues that are the starting points of underwater communication networks security research.
Choi, Yong-Woo;Hwang, Jun Hyeok;Park, Dong Chan;Kim, Suk Chan
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.3
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pp.268-273
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2015
Recently many countries are researching actively underwater sensor networks for securing ocean resources and changes of ocean environment in all over the world. Current the commercial modem are not suitable because it has characteristics of long distance, higher price, larger power consumption with the special object mainly. In this paper, a low power and compact underwater communication modem which is suitable for underwater sensor networks is implemented. It is comprised by using a simple analog circuit for non-coherent BFSK modulation method, ultra low power MCU and orthogonal codes with a less operation and a simple implementation. It was experimented an underwater communication using our modem in a water tank and open sea farms. It communicates fewer than $10^{-4}$ bit error rate.
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.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.10
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pp.4971-4987
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2019
Node localization is the basic task of underwater wireless sensor networks (UWSNs). Most of the existing underwater localization methods rely on ranging accuracy. Due to the special environment conditions in the ocean, beacon nodes are difficult to deploy accurately. The narrow bandwidth and high delay of the underwater acoustic communication channel lead to large errors. In order to reduce the ranging error and improve the positioning accuracy, we propose a localization algorithm based on ranging correction and inertial coordination. The algorithm can be divided into two parts, Range Correction based Localization algorithm (RCL) and Inertial Coordination based Localization algorithm (ICL). RCL uses the geometric relationship between the node positions to correct the ranging error and obtain the exact node position. However, when the unknown node deviates from the deployment area with the movement of the water flow, it cannot communicate with enough beacon nodes in a certain period of time. In this case, the node uses ICL algorithm to combine position data with motion information of neighbor nodes to update its position. The simulation results show that the proposed algorithm greatly improves the positioning accuracy of unknown nodes compared with the existing localization methods.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2011.10a
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pp.633-636
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2011
The paper deals with the performance of contention-based medium access control (MAC) protocols for underwater sensor networks. We extensively analyze the number of received-packets and the end-to-end delay of ALOHA, CSMA, CSMA-RTS-CTS and CSMA-RTS-CTS-ACK protocols using a Qualnet underwater network simulator which accommodates diverse underwater acoustic channel environments. Using simulation results, we support an engineering table to determine an adequate contention-based MAC protocol for underwater sensor networks.
Khasawneh, Ahmad;Bin Abd Latiff, Muhammad Shafie;Chizari, Hassan;Tariq, MoeenUddin;Bamatraf, Abdullah
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.2
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pp.504-527
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2015
Underwater wireless sensor networks (UWSNs) are similar to the terrestrial sensor networks. Nevertheless, there are different characteristics among them such as low battery power, limited bandwidth and high variable propagation delay. One of the common major problems in UWSNs is determining an efficient and reliable routing between the source node and the destination node. Therefore, researchers tend to design efficient protocols with consideration of the different characteristics of underwater communication. Furthermore, many routing protocols have been proposed and these protocols may be classified as location-based and location-free routing protocols. Pressure-based routing protocols are a subcategory of the location-free routing protocols. This paper focuses on reviewing the pressure-based routing protocols that may further be classified into non-void avoidance protocols and void avoidance protocols. Moreover, non-void avoidance protocols have been classified into single factor based and multi factor based routing protocols. Finally, this paper provides a comparison between these protocols based on their features, performance and simulation parameters and the paper concludes with some future works on which further study can be conducted.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.7
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pp.3064-3094
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2018
Currently, the Underwater Sensor Networks (UWSNs) is mainly an interesting area due to its ability to provide a technology to gather many valuable data from underwater environment such as tsunami monitoring sensor, military tactical application, environmental monitoring and many more. However, UWSNs is suffering from limited energy, high packet loss and the use of acoustic communication. In UWSNs most of the energy consumption is used during the forwarding of packet data from the source to the destination. Therefore, many researchers are eager to design energy efficient routing protocol to minimize energy consumption in UWSNs. As the opportunistic routing (OR) is the most promising method to be used in UWSNs, this paper focuses on the existing proposed energy efficient OR protocol in UWSNs. This paper reviews the existing proposed energy efficient OR protocol, classifying them into 3 categories namely sender-side-based, receiver-side-based and hybrid. Furthermore each of the protocols is reviewed in detail, and its advantages and disadvantages are discussed. Finally, we discuss potential future work research directions in UWSNs, especially for energy efficient OR protocol design.
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.
Abbas, Muhammad Zahid;Bakar, Kamalrulnizam Abu;Ayaz, Muhammad;Mohamed, Mohammad Hafiz;Tariq, Moeenuddin
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.2
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pp.731-763
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2017
In Underwater Linear Sensor Networks (UW-LSN) routing process, nodes without proper address make it difficult to determine relative sensor details specially the position of the node. In addition, it effects to determine the exact leakage position with minimized delay for long range underwater pipeline monitoring. Several studies have been made to overcome the mentioned issues. However, little attention has been given to minimize communication delay using dynamic addressing schemes. This paper presents the novel solution called Hop-by-Hop Dynamic Addressing based Routing Protocol for Pipeline Monitoring (H2-DARP-PM) to deal with nodes addressing and communication delay. H2-DARP-PM assigns a dynamic hop address to every participating node in an efficient manner. Dynamic addressing mechanism employed by H2-DARP-PM differentiates the heterogeneous types of sensor nodes thereby helping to control the traffic flows between the nodes. The proposed dynamic addressing mechanism provides support in the selection of an appropriate next hop neighbour. Simulation results and analytical model illustrate that H2-DARP-PM addressing support distribution of topology into different ranges of heterogeneous sensors and sinks to mitigate the higher delay issue. One of the distinguishing characteristics of H2-DARP-PM has the capability to operate with a fewer number of sensor nodes deployed for long-range underwater pipeline monitoring.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.28
no.12
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pp.84-89
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2014
This paper proposes the new multiple signal processing monitoring sensor for the marine installation. The recent marine technology is focused on underwater sensors and underwater sensor networks in order to measure, monitor, surveillance of and control of underwater environments. For these marine applications to be available, however, the provision of precise location information using monitoring sensor is essential. In this paper, the multiple signal processing circuit for obtaining the precise location information of marine installation sensor is developed and analyzed. The performance characteristics for obtaining the location information of marine installation sensor is analyzed. The theoretical and experimental studies have been carried out. The presented results from the above investigation show considerably excellent performance for the monitoring for the marine installation.
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