Kablosuz Sualtı Algılayıcı Ağlarında Katmanlar Arası İletişim Ve Fırsatçı Spektrum Erişimi

Abstract

Dünyamızın üçte ikisinden fazlası sularla kaplıdır. Denizlerden, göllerden ve_x000D_ nehirlerden oluşan sualtı dünyası doğal kaynaklar (petrol, doğalgaz ve değerli mineraller)_x000D_ bakımından oldukça zengin olup insanoğlu tarafından henüz tam olarak keşfedilememiştir._x000D_ Son yıllarda, bilimsel, çevresel, ticari ve askeri uygulamalarda kullanılmak üzere kablosuz_x000D_ sualtı algılayıcı ağların geliştirilmesi ve gerçekleştirilmesi noktasında endüstride ve_x000D_ akademide olağanüstü artan bir hızda ilgi olmuştur. Günümüzde sualtı algılayıcı ağlarının_x000D_ deprem izleme, denizbilim veri toplanması, felaket yönetimi, çevresel kirliliğin gözlemlenmesi,_x000D_ güvenli gemi seyri, çoklu ortam taktik izleme vb. alanlarda çeşitli uygulamaları bulunmaktadır._x000D_ Bununla birlikte, sualtı akustik ortamı güvenilir ve etkin kablosuz iletişim için ciddi zorluklar_x000D_ yaratmaktadır. Bu bağlamda, güvenilir ve etkin sualtı iletişimin sağlanması için özgün bir_x000D_ iletişim sistemi gerekmektedir._x000D_ Bu projede, kablosuz sualtı algılayıcı ağlarının ortak problemleri olan yayılım_x000D_ gecikmesinin yüksek ve değişken olması, sualtı kanal kapasitesinin yere, zamana ve_x000D_ frekansa bağlı olarak ciddi şekilde değişiklik göstermesi ve kablosuz sualtı algılayıcı_x000D_ düğümlerinin çok sınırlı enerjiye sahip olması gibi problemlerin adreslenmesi için konum_x000D_ farkında Katmanlar arası İletişim ve Fırsatçı Spektrum Erişim (Kİ-FSE) sistemi_x000D_ önerilmektedir. Geliştirilen Kİ-FSE sistemi kaynakları kısıtlı sualtı elemanları için geleneksel_x000D_ iletişim katman modelinde uygulama katmanından fiziksel katmana kadar iletişim_x000D_ katmanlarının yükünü azaltacak ve performanslarını geliştirecek tam bir katmanlar arası_x000D_ çözümdür. Ayrıca, Kİ-FSE sistemi sualtı ortamında etkin spektrum kullanımını sağlamak için_x000D_ fırsatçı spektrum erişim tekniklerinden faydalanmaktadır._x000D_ Genel olarak, bu projenin nihai sonucu sualtı ortamları için özgün katmanlar arası ve_x000D_ fırsatçı spektrum erişim esasına dayanan iletişim protokollerinin geliştirilmesi için gerekli_x000D_ metotların ve temel kavramların ortaya konmasıdır. Sonuç olarak; bu projenin kariyer ve_x000D_ eğitimsel faydalarına ilaveten, bu projenin sonuçlarıyla mümkün kılınabilecek sağlam ve_x000D_ geniş ölçekli sualtı algılayıcı ağları sualtı dünyasının bilimsel, çevresel, ticari, askeri, vb._x000D_ amaçlar için kapsamlı keşfini başarmayı mümkün kılacak ve sualtında bulunan yeni doğal_x000D_ kaynakların (petrol, doğal gaz, vb.) sualtı algılayıcı ağları tarafından keşfedilmesine önayak_x000D_ olacaktırOver two-thirds of the Earth’s surface is covered with water. The underwater world,_x000D_ which comprises the sea, rivers, lakes, is rich in natural resources (e.g., oil, natural gas, and_x000D_ valuable minerals) and largely unexplored by human beings. Recently, there has been a_x000D_ growing interest in both academia and industry for the development and deployment of_x000D_ wireless underwater sensor networks (WUSNs) to better explore these environments for_x000D_ scientific, environmental, commercial, and military purposes. In fact, the existing and_x000D_ potential applications of WUSNs span a very wide range, including seismic monitoring,_x000D_ oceanographic data collection, disaster prevention, environmental pollution monitoring,_x000D_ assisted navigation, and multimedia tactical surveillance. However, the underwater acoustic_x000D_ environment presents significant challenges to reliable and efficient wireless_x000D_ communications. In this respect, a novel communication framework to provide reliable and_x000D_ efficient underwater communications is needed._x000D_ In this project, a location-aware Cross-layer Communications and Opportunistic_x000D_ Spectrum Access (CC-OSA) communications framework is proposed to address common_x000D_ problems of wireless underwater sensor networks, such as high and variable propagation_x000D_ delay, significant underwater acoustic channel capacity variations depending on location,_x000D_ time, and frequency, and energy limitations of underwater sensor nodes. The proposed_x000D_ location-aware CC-OSA framework is a complete cross-layering such that traditional_x000D_ communication layers from the application layer to the physical layer are unified for resourceconstrained underwater nodes to decrease the communication overhead and improve the_x000D_ performance of traditional layered approaches. It also uses opportunistic spectrum access_x000D_ techniques to achieve more efficient spectrum utilization._x000D_ Overall, the ultimate outcome of this project is to lay down fundamental basis for the_x000D_ development of a cross-layer and opportunistic spectrum access-based communication_x000D_ protocol suite to realize efficient underwater communications. Overall, in addition to the_x000D_ career and educational benefits, the robust and scalable underwater sensor networks that_x000D_ are enabled by the results of this project are expected to allow the research community and_x000D_ commercial organizations to achieve efficient exploration of the underwater world for_x000D_ scientific, environmental, commercial, and military purposes as well as to discover new_x000D_ natural resources (oil, natural gas, and valuable minerals, etc.).