A distributed approach to underwater acoustic communications

Submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science at the Massachusetts Institute of Technology and the Woods Hole Oceanographic Institution September 2003A novel distributed underwater acoustic networking (UAN) protocol suitable for ad-hoc deployments of both stationary and mobile nodes dispersed across a relatively wide coverage area is presented. Nodes are dynamically clustered in a distributed manner based on the estimated position of one-hop neighbor nodes within a shallow water environment. The spatial dynamic cellular clustering scheme allows scalable communication resource allocation and channel reuse similar in design to land-based cellular architectures, except devoid of the need for a centralized controlling infrastructure. Simulation results demonstrate that relatively high degrees of interference immunity, network connectivity, and network stability can be achieved despite the severe limitations of the underwater acoustic channel

Analysis of MAC Strategies for Underwater Acoustic Networks

En esta tesis presentamos los protocolos MAC diseñados para redes acústicas subacuáticas, clasificándolos en amplias categorías, proporcionando técnicas de medición de rendimiento y análisis comparativo para seleccionar el mejor algoritmo MAC para aplicaciones específicas. Floor Acquisition Multiple Access (FAMA) es un protocolo MAC que se propuso para redes acústicas submarinas como medio para resolver los problemas de terminales ocultos y expuestos. Una versión modificada, Slotted FAMA, tenía como objetivo proporcionar ahorros de energía mediante el uso de ranuras de tiempo, eliminando así la necesidad de paquetes de control excesivamente largos en FAMA. Sin embargo, se ha observado que, debido al alto retraso de propagación en estas redes, el coste de perder un ACK es muy alto y tiene un impacto significativo en el rendimiento. Los mecanismos MultiACK y EarlyACK han sido analizados para el protocolo MACA, para mejorar su eficiencia. El mecanismo MultiACK aumenta la probabilidad de recibir al menos un paquete ACK al responder con un tren de paquetes ACK, mientras que el mecanismo EarlyACK evita la repetición de todo el ciclo de contención y transmisión de datos RTS / CTS enviando un ACK temprano. En esta investigación se presenta un análisis matemático de las dos variantes, los mecanismos MultiACK y EarlyACK, en Slotted FAMA. La investigación incluye las expresiones analíticas modificadas así como los resultados numéricos. Las simulaciones se llevaron a cabo utilizando ns-3. Los resultados han sido probados y validados utilizando Excel y MATLAB. La evaluación del rendimiento de S-FAMA con dos variantes mostró un factor de mejora del 65,05% en la probabilidad de recibir un ACK correctamente utilizando el mecanismo MultiACK y del 60,58% en la prevención de la repetición del ciclo completo, con EarlyACK. El impacto de este factor de mejora en el retardo, el tamaño del paquete de datos y el rendimiento también se analiza. La energía de transmisión desperdiciada y consumida en los mecanismos MultiACK y EarlyACK se analizan y comparan con S-FAMA. El rendimiento se ha evaluado, alcanzando una mejora en ambos casos, en comparación con S-FAMA. Estos mecanismos tendrán una utilidad práctica en caso de pérdida de ACK, al ahorrar energía y tiempo en períodos críticos. Fecha de lectura de Tesis Doctoral: 28 septiembre 2018.Esta tesis presenta una investigación sobre los protocolos MAC utilizados en la comunicación subacuática para explorar el mundo submarino. Los protocolos MAC ayudan en el acceso al medio compartido y la recopilación de datos de los océanos, para monitorizar el clima y la contaminación, la prevención de catástrofes, la navegación asistida, la vigilancia estratégica y la exploración de los recursos minerales. Esta investigación beneficiará a sectores como las industrias militares, de petróleo y gas, pesquerías, compañías de instrumentación subacuática, organismos de investigación, etc. El protocolo MAC afecta la vida útil de las redes inalámbricas de sensores. La eficiencia energética de las redes acústicas submarinas se ve gravemente afectada por las propiedades típicas de la propagación de las ondas acústicas. Los largos retrasos de propagación y las colisiones de paquetes de datos dificultan la transmisión de los paquetes de datos, que contienen información útil para que los usuarios realicen tareas de supervisión colectivas. El objetivo de este estudio es proponer nuevos mecanismos para protocolos MAC diseñados para funcionar en redes acústicas submarinas, con el propósito de mejorar su rendimiento. Para alcanzar ese objetivo es necesario realizar un análisis comparativo de los protocolos existentes. Lo que además sienta un procedimiento metodológicamente correcto para realizar esa comparación. Como la comunicación subacuática depende de ondas acústicas, en el diseño de los protocolos de MAC submarinos surgen varios desafíos como latencia prolongada, ancho de banda limitado, largas demoras en la propagación, grandes tasas de error de bit, pérdidas momentáneas en las conexiones, severo efecto multicamino y desvanecimientos. Los protocolos MAC terrestres, si se implementan directamente, funcionarán de manera ineficiente

Underwater acoustic networks

Charla invitada.Wireless underwater acoustic communication systems have become one of the most promising technologies for the development and deployment of future ocean observation and sensor networks. Applications range from oil prospecting and transportation to aquaculture, and include pollution control, climate recording, prediction of natural disturbances, search and survey missions, etc. The high attenuation of electromagnetic waves in underwater medium precludes them from being used as the information vehicle. Therefore, acoustic waves are the most viable alternative for the transmission. Nevertheless, the underwater acoustic channel is not free of drawbacks. On the contrary, it exhibits important obstacles that must be overcome if communication networks are to be implemented in the future. In addition, underwater systems have inherently serious problems of power supply and batteries duration. At the same time, network protocols must take into account the specific characteristics of the transmission medium, not dismissing the slow propagation speed. This talk will present an overall view of the acoustic channel characteristics and their impact on network protocols.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tec

Comparison of routing protocols for underwater sensor networks

Διπλωματική εργασία--Πανεπιστήμιο Μακεδονίας, Θεσσαλονίκη, 2010.Sensor networks in underwater environments face unique adverse conditions. In order to be functional, specialized routing protocols are required to route the data from source to destination. This paper surveys routing protocols for underwater sensor networks. The routing protocols are examined and compared with respect to the network conditions and quality measures such as packet delivery ratio, average packet delay, energy consumption among others. Advantages and disadvantages of each routing protocol are pointed out

Mobile Ad Hoc Networks

Guiding readers through the basics of these rapidly emerging networks to more advanced concepts and future expectations, Mobile Ad hoc Networks: Current Status and Future Trends identifies and examines the most pressing research issues in Mobile Ad hoc Networks (MANETs). Containing the contributions of leading researchers, industry professionals, and academics, this forward-looking reference provides an authoritative perspective of the state of the art in MANETs. The book includes surveys of recent publications that investigate key areas of interest such as limited resources and the mobility of mobile nodes. It considers routing, multicast, energy, security, channel assignment, and ensuring quality of service. Also suitable as a text for graduate students, the book is organized into three sections: Fundamentals of MANET Modeling and Simulation—Describes how MANETs operate and perform through simulations and models Communication Protocols of MANETs—Presents cutting-edge research on key issues, including MAC layer issues and routing in high mobility Future Networks Inspired By MANETs—Tackles open research issues and emerging trends Illustrating the role MANETs are likely to play in future networks, this book supplies the foundation and insight you will need to make your own contributions to the field. It includes coverage of routing protocols, modeling and simulations tools, intelligent optimization techniques to multicriteria routing, security issues in FHAMIPv6, connecting moving smart objects to the Internet, underwater sensor networks, wireless mesh network architecture and protocols, adaptive routing provision using Bayesian inference, and adaptive flow control in transport layer using genetic algorithms