Экспериментальная оценка характеристик цифровой подводной сети на основе гидроакустических модемов с программным каркасом EviNS

Представлено новое техническое решение, позволяющее существенно снизить затраты на создание и эксплуатацию гидроакустических (ГА) сенсорных сетей, а также сохранить малые габариты и высокую энергоэффективность каждого из узлов сети (модемов, выполняющих, например, функции сетевых устройств связи, узлов донной антенны с длинной базой и прочее). Приведены показатели производительности ГА-сети в режиме, представляющем интерес, в частности, для позиционирования и навигации автономных необитаемых подводных аппаратов: исследованы задержки распространения небольших пакетов данных в ГА-сети, а также вероятности доставки небольших пакетов данных от их источника до конечного получателя (к примеру, команд управления, сенсорных данных, данных о позициях длиннобазовых узлов, синхропоследовательностей). Решение основано на разработке и включении в состав программно-аппаратной платформы гидроакустического модема ГА-модема специализированного программного каркаса EviNS (Evologics intelligent Networking Software Framework), представляющего собой компактное программное обеспечение (ПО). Продемонстрированы результаты экспериментального исследования показателей производительности цифровой ГА-сети, в которой используется часть протоколов программного каркаса EviNS, а именно комбинация протокола некоординированного доступа к среде и протокола маршрутизации, основанного на алгоритме «затопления» сети с управлением по порядковому номеру (контролем номеров пакетов данных и рестранслирующих узлов сети). Полученные в экспериментах значения вероятностей и задержек доставки данных от источника до конечного получателя предоставляют пользователю сети необходимые сведения для планирования задач по групповому взаимодействию и оперативной координации узлов ГА-сети, в частности мобильных узлов на подводных аппаратах (по крайней мере, в ГА-сетях с конфигурацией и размерами, аналогичными приведенным в статье).

1. Bharghavan, V., Demers, A., Shenker, S., and Zhang, L., MACAW: A Media Access Protocol for Wireless LAN’s, ACM SIGCOMM 1994, London, UK, August 31 – September 2 1994, pp. 212–225.

2. van Dam, T. and Langendoen, K., An adaptive energy efficient mac protocol for wireless sensor networks, Proceedings of the first international conference on Embedded networked sensor systems, ACM Press, 2003, pp. 171–180.

3. Woo, A., Tong, T., and Culler, D., Taming the underlying challenges of reliable multihop routing in sensor networks, Proceedings of the first international conference on Embedded networked sensor systems, ACM Press, 2003, pp. 14–27.

4. Ye, W., Heidemann, J., and Estrin, D., An energy-efficient MAC protocol for wireless sensor networks, Proceedings of IEEE INFOCOM, 2002.

5. Chitre, M., Shahabudeen, S., Stojanovic, M., Underwater acoustic communications and networking: Recent advances and future challenges, Marine Technology Society Journal, Spring 2008, vol. 42, no.1, pp. 103–116.

6. Jiejun, K., Jun-hong, C., Dapeng, W., and Gerla, M., Building underwater ad-hoc networks and sensor networks for large scale real-time aquatic applications. IEEE Military Communications Conference, 2005.

7. Heidemann, J., Wei, Y., Wills, J., Syed, A., and Yuan, L., Research challenges and applications for underwater sensor networking, IEEE Wireless Communications and Networking Conference, 2006.

8. Otnes, R., Asterjadhi, A., Casari, P., Goetz, M., Husøy, T., Nissen, I., Rimstad, K., van Walree, P., Zorzi, M., Underwater Acoustic Networking Techniques, Springer Briefs in Electrical and Computer Engineering, 2012. DOI 10.1007/978‐3‐642‐25224‐2_1.

9. Kebkal, O., Kebkal, V., Kebkal, K., EviNS: Framework for development of underwater acoustic sensor networks and positioning systems, OCEANS, IEEE – Italy, 2015, pp. 1–6.

10. Guerra, F., Casari, P., Zorzi, M., World ocean simulation system (woss): A simulation tool for underwater networks with realistic propagation modeling, Proceedings of the Fourth ACM International Workshop on UnderWater Networks, ser, WUWNet ’09, New York, NY, USA: ACM, 2009, pp. 4:1–4:8. Размещение: http://doi.acm.org/10.1145/1654130.1654134.

11. Roberts, L.G., ALOHA Packet System with and Without Slots and Capture, Computer Communications Review, April 1975, 5, no. 2, pp. 28–42.

12. Syed, A.A., Ye, W., Heidemann, J., Comparison and Evaluation of the T-Lohi MAC for Underwater Acoustic Sensor Networks”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2008, vol. 26, No. 9, pp. 1731–1743. Размещение: http://www.isi.edu/~johnh/PAPERS/Syed08b.pdf.

13. Peleato, B., Stojanovic, M., Distance Aware Collision Avoidance Protocol for Ad-Hoc Underwater Acoustic Sensor Networks, IEEE Communication Letters, 2007, pp.1025–1027.

14. Guerra, F., Casari, P., Zorzi, M., MAC Protocols for Monitoring and Event Detection in Underwater Networks Employing a FH-BFSK Physical Layer, Acoustic Sensor Networks, IEEE Comm. Letters., 2007, 11 (12), pp. 1025–1027. Размещение: https://telecom.dei.unipd.it/media/download/313/.

15. Rahman, A., Olesinski, W., and Gburzynski, P., Controlled flooding in wireless ad-hoc networks, Wireless Ad-Hoc Networks, 2004 International Workshop on, IEEE, 2004, pp. 73–78.

16. Cavin, D., Schiper, A., Probabilistic Broadcast for Flooding in Wireless Mobile Ad hoc Networks, Proc. Conf. Wireless Communications and Networking, WCNC 2003, IEEE, 2003, vol. 2.

17. Liang, W., Yu, H., Liu, L., Li, B., Che, C., Information-carrying based routing protocol for underwater acoustic sensor network, International Conference on Mechatronics and Automation, ICMA 2007, pp. 729–734.

18. Wahid, A., Dongkyun, K., Analyzing Routing Protocols for Underwater Wireless Sensor Networks, International Journal of Communication Networks and Information Security (IJCNIS), December 2010, vol. 2, no. 3, pp. 253–261.

19. Kebkal, O., Komar, M., Kebkal, K., D-MAC: Hybrid media access control for underwater acoustic sensor networks, Proceedings of IEEE Communications Workshops (ICC), IEEE International Conference, Cape Town, South Africa, 2010. ISBN: 978-1-4244-6824-9.