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수중 무선센서네트워크에서 수중채널의 특성을 활용한 DTN 라우팅 프로토콜
DTN Routing Protocol Utilizing Underwater Channel Properties in Underwater Wireless Sensor Networks 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.39B no.10, 2014년, pp.645 - 653  

박성진 (Pusan National University Department of Computer science & Engineering) ,  김성렬 (Pusan National University Department of Computer science & Engineering) ,  유영환 (Pusan National University Department of Computer science & Engineering)

초록
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최근 해양 플랜트, 해저 탐사, 수중 모니터링 시스템 등에 대한 관심이 급증하고 있으며, 그에 대한 연구도 활발히 진행 중이다. 하지만, 수중 무선 통신은 물속이라는 특수한 환경적 요소로 인해 지상에 비해 매우 열악한 통신 환경을 가진다. 이로 인해 기존에 사용하던 지상 통신의 방법을 수중에 그대로 적용하는 것은 성능적인 면에서 적합하지 않다. 이에 본 논문은 수중 무선 센서네트워크에서 통신 신뢰성을 향상시키기 위하여 수중 환경의 특성을 직접적으로 고려한 라우팅 알고리즘을 제시한다. 특히, 수중 무선 통신을 어렵게 만드는 두 가지 문제, 즉, 다중경로 문제와 신호의 감쇠현상을 해결함으로써 수중에서 보다 나은 신뢰성을 보장하고자 한다. 또한, 실험을 통하여 제시하는 알고리즘이 보다 나은 성능을 보임을 증명하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the ocean field researches such as offshore plant, ocean survey and underwater monitoring systems are garnering the attention from both academy and industry. However, the communication in underwater environment is very difficult because of the unique irregular features in water. This is th...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 수중채널의 특성 상 매우 낮은 통신 신뢰성을 가지므로 메시지를 저장하고 있다가 기회가 생겼을 때 전송하는 라우팅 기법을 사용하는 것이 효과적이다. 따라서 본 논문은 열악한 통신환경을 전제하고 있는 수중 무선네트워크를 DTN으로 정의하고 수중에서 보다 신뢰성 있는 전송 방법을 제안하고자 한다.
  • 하지만, 수중 통신의 채널 특성을 직접적으로 활용한 연구는 없었다. 본 논문은 수중채널의 특성을 직접적으로 활용한 라우팅 기법을 소개하고자 한다.
  • 본 논문은 이를 위해, 적절한 결정기준을 제안하고자 한다. 먼저, 노드가 저장할 수 있는 용량을 초과했을 경우, 오래된 정보를 우선적으로 제거한다.
  • 본 연구에서는 열악한 통신환경을 전제하고 있는 수중에서 수중 채널의 특성을 분석하여 성능에 영향을 미치는 두 가지 문제점을 언급하였다. 또한 두 가지 문제점인 신호감쇠 현상과 다중 경로 현상을 극복 하는 프로토콜을 제시하였고, 제안하는 프로토콜이 높은 전송성공률과 비슷한 전송 지연시간을 가짐을 실험으로 증명하였다.

가설 설정

  • 수표면에는 부표에 부착된 노드들이 싱크 노드의 역할을 하며, 본 논문에서는 이를 부표 노드라고 부른다. 수중에는 일반 노드들이 배치되어 있으며, 해류에 의해 떠내려가는 것을 방지하기 닻에 의해 바닥에 고정되어 있다고 가정한다. 또한 수중노드들은 압력센서를 통해 자신의 깊이 정보를 알 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수중 무선통신은 어떤 범주에 포함시킬 수 있는가? 이런 면에서 수중 무선통신은 DTN(Delay/Disruption Tolerant Network)의 범주에 포함시킬 수 있다. DTN은 높은 전송지연 시간이나 빈번한 통신 단절을 용납하는 네트워크를 의미한다.
수중 무선 통신의 특징은 무엇인가? 최근 해양 플랜트, 해저 탐사, 수중 모니터링 시스템 등에 대한 관심이 급증하고 있으며, 그에 대한 연구도 활발히 진행 중이다. 하지만, 수중 무선 통신은 물속이라는 특수한 환경적 요소로 인해 지상에 비해 매우 열악한 통신 환경을 가진다. 이로 인해 기존에 사용하던 지상 통신의 방법을 수중에 그대로 적용하는 것은 성능적인 면에서 적합하지 않다.
지상에 비해 매우 열악한 통신 환경으로 인해 수중 무선 통신에는 어떤 문제가 있는가? 하지만, 수중 무선 통신은 물속이라는 특수한 환경적 요소로 인해 지상에 비해 매우 열악한 통신 환경을 가진다. 이로 인해 기존에 사용하던 지상 통신의 방법을 수중에 그대로 적용하는 것은 성능적인 면에서 적합하지 않다. 이에 본 논문은 수중 무선 센서네트워크에서 통신 신뢰성을 향상시키기 위하여 수중 환경의 특성을 직접적으로 고려한 라우팅 알고리즘을 제시한다.
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참고문헌 (11)

  1. I. F. Akyildiz, D. Pompili, and T. Melodia, "Underwater acoustic sensor networks: research challenges," Ad Hoc Networks, vol. 3, no. 3, pp. 257-279, May 2005. 

  2. A. McMahon and S. Farrell, "Delay- and disruption- tolerant networking," IEEE Internet Computing, vol. 13, no. 6, pp. 82-87, Dec. 2009. 

  3. M. S. Rahim, P. Casari, F. Guerra, and M. Zorzi, "On the performance of delay-tolerant routing protocols in underwater networks," IEEE OCEANS 2011, pp. 1-7, Santander, Spain, Jun. 2011. 

  4. A. Vahdat and D. Becker, Epidemic routing for partially-connected ad hoc networks, Technical Report CS-200006, Apr. 2000. 

  5. T. Spyropoulos, K. Psounis, and C. S. Raghavendra, "Spray and wait: An efficient routing scheme for intermittently connected mobile networks," SIGCOMM Workshops (ACM), Philadelphia, PA, USA, Aug. 2005. 

  6. S. C. Nelson, M. Bakht, and R. Kravets, "Encounter-based routing in DTNs," IEEE INFOCOM 2009, pp. 846-854, Rio de Janeiro, Brasil, Apr. 2009. 

  7. T. Spyropoulos, K. Psounis, and C. S. Raghavendra, "Single-copy routing in intermittently connected mobile networks," Sensor and Ad Hoc Commun. Netw.(IEEE SECON 2004), pp. 235-244, Oct. 2004. 

  8. M. Stojanovic, "On the relationship between capacity and distance in an underwater acoustic communication channel," WUWNet 2006(ACM), Los Angeles, California, USA, Sept. 2006. 

  9. M. Zorzi, P. Casari, N. Baldo, and A. F. Harris III, "Energy-efficient routing schemes for underwater acoustic networks," IEEE J. Selected Areas in Commun., vol. 23, no. 9, pp. 1754-1766, Dec. 2008. 

  10. M. Chitre, "A high-frequency warm shallow waqter acoustic communications channel model and measurements," Acoustical Soc. America, vol. 122, no. 5, pp. 2580-2586, Nov. 2007. 

  11. P. Qarabaqi, M. Stojanovic, and A. C. Simulator, Acoustic Channel Simulator, Retrieved April., 30, 2014, from http://oalib.hlsresearch.com/Rays/acoustic_channel_simulator_code/acoustic_channel_simulator_info.pdf 

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