Earticle

초록

영어

Localization in Underwater Wireless Sensor Networks(UWSNs) faces significant challenges due to signal attenuation affecting standard RF and GPS methods, alongside severe energy and geometric constraints in acoustic environments. To address these challenges, this paper proposes a distributed cooperative localization algorithm tailored for UWSNs using Time of Arrival(ToA) acoustic ranging. A key innovation is the explicit inclusion of a Geometric Dilution of Precision(GDoP)-based re-selection mechanism, which ensures robust positioning by mitigating geometric errors often ignored by traditional methods. Through an iterative process, localized nodes serve as new references, progressively expanding network coverage. Simulation results demonstrate that performance relies on balancing communication range and node density, while energy analysis reveals approximately a 30% reduction in consumption compared to centralized approaches through short-range transmission. Consequently, this study presents a robust, scalable, and cost-effective solution for resource-constrained underwater deployments.

한국어

수중무선센서망에서의 센서위치추정은 수중환경의 급격한 신호감쇠 특성으로 인해 기존 지상기반의 무선 주파수 방식이나 GPS를 효과적으로 사용할 수 없다는 구조적 난제를 안고 있다. 음향통신이 가장 현실적인 대안이지만, 수중환경은 심각한 에너지 제약과 더불어 센서배치에 따른 기하학적 특이성 문제를 야기한다. 본 논문은 이러한 문제를 해결하기 위해 ToA 기반의 음향 거리추정 방식을 활용한 UWSN 맞춤형 분산형 센서위치추정 알고리즘을 제안한다. 종종 기하학적 오차요인을 간과하는 기존 분산형 접근법들과 달리, 제안하는 기법은 GDoP 기반의 재선택 메커니즘을 명시적으로 도입하였다. 이는 기하학적 배치가 열악한 기준노드 집합을 능동적으로 배제함으로써 위치추정의 강인성을 보장한다. 제안된 알고리즘은 반복적인 절차를 통해 수행되며, 위치를 성공적으로 파악한 센서노드가 이후 인접 노드들의 새로운 기준노드 역할을 수행함으로써 위치 추정영역을 점진적으로 확장한다. 시뮬레이션 결과는 위치 추정성능이 통신반경과 노드밀도 간의 상호 보완적인 관계에 의해 결정됨을 보여준다. 또한 에너지 효율성 분석 결과, 제안된 분산형 방식은 단거리 음향 전송을 활용함으로써 기존 중앙집중식 방식 대비 전체 네트워크 에너지 소비를 약 30% 절감하는 것으로 나타났다. 결론적으로 본 연구는 자원이 제한된 수중환경에 효과적으로 적용 가능한 강인하고 확장성 높으며 비용 효율적인 센서위치추정 솔루션을 제시한다.

목차

Abstract
국문초록
Ⅰ. Background and Motivation
Ⅱ. Architecture of Underwater WirelessSensor Networks
Ⅲ. Sensor Localization Algorithm for UWSNs
1. Localization Procedure in UWSNs
2. ToA-Based Distance Estimation
3. Geometric Position Estimation Methods
4. Distributed Localization Procedure
Ⅳ. Simulations
1. Simulation Setup and Network Assumptions
2. Simulation I
3. Simulation II
4. Simulation III
5. Energy Efficiency Analysis
Ⅴ. Concluding Remarks
REFERENCES

키워드

수중무선센서망(UWSN) 센서위치추정 분산형 알고리즘 ToA 기하학적 정밀도 저하율(GDoP) 에너지 효율성 Underwater Wireless Sensor Networks(UWSNs) Sensor Localization Distributed Algorithm Time of Arrival(ToA) Geometric Dilution of Precision(GDoP) Energy Efficiency

저자

• 이준우 [ Jun-Woo Lee | Chadwick International 인턴 ] 제1저자
• 유창호 [ Chang Ho Yu | 부산대학교 기술창업대학원 교수 ] 교신저자

참고문헌

발행기관

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