해양 센서네트워크에서 Scheduled Interest Table(SIT) 기반 다중경로 설정 기법

윤남열,남궁정일,박수현,Yun, Nam-Yeol,NamGung, Jung-Il,Park, Soo-Hyun 한국시뮬레이션학회 2009 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.18 No.4

The distance of sensor nodes is an important factor in having influence on capability of networks in underwater acoustic sensor networks. Our proposed scheme is to establish an efficient distance to design a route of communication in underwater environment and it proposes a Level scheme that the areas divided by transmit/receive distance in network are given different levels. Our proposed scheme is pursued research to maintain a established route and maximize an energy efficiency. The established route will have fluid modification by an internal and external factors and it will construct more robust underwater sensor networks over our proposed multiple path configuration scheme.

해양 적응형 무선센서네트워크 기반의 수중 환경 모니터링 시스템

윤남열(Nam-Yeol Yun),남궁정일(Jung-Il Namgung),박현문(Hyun-Moon Park),박수현(Soo-Hyun Park),김창화(Chang-Hwa Kim) 한국멀티미디어학회 2010 멀티미디어학회논문지 Vol.13 No.1

수중음파 센서네트워크를 위한 계층별 프로토콜의 설계 및 성능 평가

김지언,윤남열,김영표,신수영,박수현,전준호,박성준,김상경,김창화,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 한국시뮬레이션학회 2011 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.20 No.4

최근 수중 환경 모니터링 시스템에 대한 관심이 높아지면서 수중음파센서네트워크에 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 수중음파센서네트워크는 수중환경 모니터링, 수중자원탐사, 해양 데이터 수집, 군사 목적 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 이러한 다양한 분야에서 활용 가능한 수중음파센서네트워크의 활성화를 위해서는 PHY-MAC 프로토콜의 정의가 필수적이다. 하지만, 수중음파센서네트워크는 제한된 대역폭, 다중경로 및 페이딩현상, 지상 무선통신에 비해서 낮은 음파 속도로 인한 전송 지연시간 등 수중환경의 특수성에 고려해서 구현을 해야 한다. 본 논문에서는 수중환경과 관련된 제약사항을 고려하여 적응적인 PHY 프로토콜의 주파수, 네트워크 토폴로지, MAC 프로토콜, PHY-MAC 인터페이스, 데이터 프레임 포맷을 정의하고, 구현한 시스템의 구성에 대해서 설명하며, 수중환경에서의 실제 실험을 통한 데이터를 기반으로 성능 평가를 하였다. 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.

수중 환경의 MANET을 고려한 매체 접근 제어 프로토콜

신승원,윤남열,이진영,이승주,박수현,Shin, Seung-Won,Yun, Nam-Yeol,Lee, Jin-Young,Lee, Seung-Joo,Park, Soo-Hyun 대한전자공학회 2013 전자공학회논문지 Vol.50 No.6

Underwater wireless communication systems can be useful for underwater environment observation, catastrophe prevention, ocean resources exploration, ocean organism research, vessel sinking exploration, and so on. However, unlike terrestrial wireless communication, underwater wireless communication should consider factors such as long propagation delay, limited transmission capacity, high bit-error rate due to potential loss in power, ambient noise, man-made noise, multi-path, etc., because of the inherent characteristics of water. Thus, in this paper, we propose a suitable media access control(MAC) protocol that applies a combination of the ALOHA MAC protocol and the CSMA/CA MAC protocol to underwater environment. We further propose a mathematical analysis model to evaluate performance. We also verify performance improvement in the proposed scheme in comparison with existing MAC protocols. 수중무선통신시스템은 AUV간 수중 무선통신, 해양환경 모니터링, 양식장 관리, 항만 감시, 자원 탐사 및 개발, 지형 및 지질 조사 등 다양한 산업에 활용 가능하다. 하지만 수중 무선 통신은 지상 무선 통신과는 달리 물이 가지고 있는 매질의 특성때문에 전력손실, 주위 잡음 및 인위 잡음, 멀티패스 등으로 인한 높은 에러율 그리고 긴 전송지연 등과 같은 요소들을 고려하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 ALOHA 기반의 Media Access Control(MAC) 프로토콜과 CSMA/CA 기반의 MAC 프로토콜을 혼합하여 수중 환경에 적합한 MAC 프로토콜을 제안한다. 성능을 평가하기 위해 수학적 분석 모델을 제시하고, 구현을 통해 기존 MAC 프로토콜과 비교함으로써 성능의 개선점을 검증한다.

동적 타임 슬롯 할당에 기반한 수중 모바일 Ad-hoc 네트워크에서의 매체접근제어 프로토콜

신승원,김영표,윤남열,박수현,Shin, Seung-Won,Kim, Yung-Pyo,Yun, Nam-Yeol,Park, Soo-Hyun 한국시뮬레이션학회 2011 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.20 No.4

수중 모바일 ad-hoc 네트워크는 수중환경 감시, 재난방지, 해양자원 탐사, 해양생명체 탐구, 그리고 침몰선박 탐색과 같은 수중환경의 다양한 분야에서 유용하다. 수중 환경에서 다중 데이터 통신을 하기 위해서는 효율적인 Medium Access Control (MAC) 프로토콜의 설계가 필요하다. Aloha 프로토콜은 기본적이고 간단한 프로토콜의 하나지만, 충돌이 자주 발생하는 단점이 있다. 만약 RF 통신에서 충돌이 발생한다면, 재전송을 하여 이 문제를 해결할 수 있지만, 저주파를 사용하는 수중에서는 전송 속도가 느리기 때문에 재전송에 많은 어려움이 따른다. 따라서 충돌을 피하기 위해 MAC 프로토콜 기반의 Time Division Multiple Access(TDMA)가 사용되고 있지만, 기존 TDMA는 보낼 데이터가 없을 경우, 타임 슬롯을 쓰지 않는 문제점이 있다. 따라서, 본 논문에서는 보낼 데이터가 없을 경우, 짧은 "I Have No Data"(IHND)를 보냄으로써 타임 슬롯을 단축시키는 동적 TDMA 프로토콜 방식을 제안한다. 또한, 본 논문에서는 데이터 처리량과 채널 효율에 관련된 수학적 분석 모델을 제시하고 기존 TDMA 프로토콜과 비교함으로써 성능의 우수성을 검증한다. Underwater wireless network can be useful in various fields such as underwater environment observation, catastrophe prevention, ocean resources exploration, ocean organism research, and vessel sinking exploration. We need to develop an efficient design for Medium Access Control (MAC) protocol to improve multiple data communication in underwater environment. Aloha protocol is one of the basic and simple protocols, but it has disadvantage such as collision occurs oftenly in communication. If there is collision occured in RF communication, problem can be solved by re-sending the data, but using low frequency in underwater, the re-transmission has difficulties due to slow bit-rate. So, Time Division Multiple Access (TDMA) based MAC protocol is going to be used to avoid collisions, but if there is no data to send in existing TDMA, time slot should not be used. Therefore, this paper proposes dynamic TDMA protocol mechanism with reducing the time slots by sending short "I Have No Data" (IHND) message, if there is no data to transmit. Also, this paper presents mathematic analysis model in relation to data throughput, channel efficiency and verifies performance superiority by comparing the existing TDMA protocols.

Step-wised Out-test Mechanism for Underwater Acoustic Networks

Mukhridinkhon Ibragimov(무흐리딘 이브라기모브),Nam-Yeol Yun(윤남열),Soo-Young Shin(신수영),Jung-Il Namgung(남궁정일),Changhwa Kim(김창화),Soo-Hyun Park(박수현) 대한전자공학회 2015 전자공학회논문지 Vol.52 No.4

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. 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.

생체모방형 ROV 제어를 위한 우선순위 기반의 MAC 프로토콜

이진영 ( Jin-young Lee ),윤남열 ( Nam-yeol Yun ),신승원 ( Seung-won Shin ),박수현 ( Soo-hyun Park ),김창화 ( Chang-hwa Kim ) 한국정보처리학회 2012 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.19 No.2

본 논문에서는 우선순위 기반의 RTS/CTS 통신 기법을 적용하여 생체모방형 ROV 를 제어하기 위한 수중 MAC 프로토콜을 제안하였다. MANET 기반의 하천 수질 환경 감시 시스템이 효율적으로 운용되기 위한 수중 MAC 프로토콜이 지원됨으로써 이동성이 강조되는 생체모방형 ROV 제어를 위한 실시간성을 보장할 수 있다.

수중음파통신을 위한 PHY-MAC 프리미티브

김지언(Ji-Eon Kim),윤남열(Nam-Yeol Yun),신수영(Soo-Young Shin),남궁정일(Jung-Il Namgung),김영표(Yung-Pyo Kim),박수현(Soo-Hyun Park),전준호(Jun-Ho Jeon),박성준(Sung-Joon Park),김창화(Chang-Hwa Kim) 한국통신학회 2011 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

수중 모바일 애드 혹 네트워크를 위한 MAC 프로토콜 설계 및 구현

이진영(Jin-Young Lee),윤남열(Nam-Yeol Yun),박수현(Soo-Hyun Park) 대한전자공학회 2014 전자공학회논문지 Vol.51 No.4

본 논문에서는 수중 매체의 특성 중의 하나인 긴 전송 지연을 고려한 수중 모바일 애드 혹 네트워크 기반의 MAC 프로토콜을 제안한다. 특히, 이에 효율적인 3-way handshaking 방식(RTS/CTS/DATA)을 채택하였으며 기존 방식의 문제점인 RTS 메시지와 CTS 메시지 간의 충돌을 회피할 수 있는 방법을 제시함으로써 데이터 전송의 비효율성을 극복할 수 있다. 또한, 본 논문에서 제안하는 MAC 프로토콜은 현재 구현이 가능한 기술을 통하여 수중 모바일 애드 혹 네트워크에서 실질적으로 적용이 가능한 MAC 프로토콜로서, 수중 환경의 여러 특성들을 고려하여 설정한 가변적인 RWT(Request-To-Send Waiting Time)을 통하여 이동 노드의 움직임에 따른 다양한 네트워크의 크기를 반영한다. 마지막으로 실험을 통해 데이터 처리량, 패킷 수신 실패율, 평균 전송 시간, 에너지 소비량, 채널 이용률 측면에서 기존의 MAC 프로토콜과 성능을 비교 및 분석함으로써 그 효율성을 검증한다. In this paper, we propose a MAC(Media Access Control) protocol based on flexible RWT(RTS Waiting Time) for underwater mobile ad-hoc networks with a three-way handshaking mechanism. This protocol can solve a problem of collision between RTS(Request-To-Send) and CTS(Clear-To-Send) packets in existing MACA(Multiple Access with Collision Avoidance) protocol. This proposed MAC protocol is also an effective protocol which can apply to underwater mobile ad-hoc networks in a real field by using implementable technologies. We set flexible RTS Waiting Time called RWT, considering various characteristics of underwater environment. It is possible to support variable network size according to node mobility. Finally, we conduct a performance evaluation between proposed MAC protocol and existing MACA based MAC protocol through practical implementation and experiment. As a result, we verify the superiority of our proposed MAC protocol in terms of throughput, packet drop rate, average transmission time, energy consumption and channel utilization.

수중 환경의 MANET을 고려한 매체 접근 제어 프로토콜

신승원(Seung-Won Shin),윤남열(Nam-Yeol Yun),이진영(Jin-Young Lee),이승주(Seung-joo Lee),박수현(Soo-Hyun Park) 대한전자공학회 2013 전자공학회논문지 Vol.50 No.4

수중무선통신시스템은 AUV간 수중 무선통신, 해양환경 모니터링, 양식장 관리, 항만 감시, 자원 탐사 및 개발, 지형 및 지질 조사 등 다양한 산업에 활용 가능하다. 하지만 수중 무선 통신은 지상 무선 통신과는 달리 물이 가지고 있는 매질의 특성때문에 전력손실, 주위 잡음 및 인위 잡음, 멀티패스 등으로 인한 높은 에러율 그리고 긴 전송지연 등과 같은 요소들을 고려하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 ALOHA 기반의 Media Access Control(MAC) 프로토콜과 CSMA/CA 기반의 MAC 프로토콜을 혼합하여 수중 환경에 적합한 MAC 프로토콜을 제안한다. 성능을 평가하기 위해 수학적 분석 모델을 제시하고, 구현을 통해 기존 MAC 프로토콜과 비교함으로써 성능의 개선점을 검증한다. Underwater wireless communication systems can be useful for underwater environment observation, catastrophe prevention, ocean resources exploration, ocean organism research, vessel sinking exploration, and so on. However, unlike terrestrial wireless communication, underwater wireless communication should consider factors such as long propagation delay, limited transmission capacity, high bit-error rate due to potential loss in power, ambient noise, man-made noise, multi-path, etc., because of the inherent characteristics of water. Thus, in this paper, we propose a suitable media access control(MAC) protocol that applies a combination of the ALOHA MAC protocol and the CSMA/CA MAC protocol to underwater environment. We further propose a mathematical analysis model to evaluate performance. We also verify performance improvement in the proposed scheme in comparison with existing MAC protocols.