This presentation presents different types of Mac protocols for underwater wireless networks.

1. ‫تكل‬‫و‬‫پر‬ ‫بر‬‫ي‬‫ر‬‫و‬‫مر‬MAC
‫در‬
‫آب‬‫ر‬‫ي‬‫ز‬ ‫سيم‬ ‫بي‬ ‫حسگر‬ ‫هاي‬ ‫شبكه‬
‫ايزدپناه‬‫هره‬‫ز‬
92131565
‫كامپيوتر‬ ‫ي‬ ‫مهندس‬‫دانشكده‬ ‫در‬‫شده‬‫تهيه‬

2. ‫سرفصل‬‫مطالب‬
‫مقدمه‬
‫ر‬‫محو‬‫مطالعاتي‬
‫برد‬‫ر‬‫كا‬UWSN‫ها‬
‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac
‫صوتي‬‫امواج‬‫؟‬
‫اكوستيك‬ ‫محيط‬ ‫هاي‬‫ويژگي‬‫آب‬‫ر‬‫ي‬‫ز‬
‫اي‬‫ر‬‫ب‬‫مك‬ ‫تكل‬‫و‬‫پر‬ ‫احي‬‫ر‬‫ط‬ ‫هاي‬ ‫چالش‬UWSN‫ها‬
‫مك‬ ‫هاي‬‫تكل‬‫و‬‫پر‬Contention Free
‫مك‬ ‫هاي‬‫تكل‬‫و‬‫پر‬Contention Based
‫مك‬ ‫هاي‬‫تكل‬‫و‬‫پر‬‫هيبريدي‬
‫بندي‬ ‫جمع‬
‫آينده‬ ‫تحقيقات‬ ‫و‬‫ها‬ ‫چالش‬
‫منبع‬

3. ‫مقدمه‬
◦UWSNs(Under Water Sensor Networks)،‫آب‬ ‫ير‬‫ز‬ ‫حسگر‬ ‫هاي‬‫شبكه‬
‫ند‬‫ر‬‫دا‬‫غيرنظامي‬ ‫و‬ ‫نظامي‬ ‫هاي‬ ‫مينه‬‫ز‬ ‫در‬ ‫اي‬ ‫گسترده‬ ‫برد‬‫ر‬‫كا‬.
‫هاي‬‫شبكه‬UWSN‫امواج‬ ‫از‬ ‫كه‬ ‫ميني‬‫ز‬ ‫هاي‬‫شبكه‬ ‫خالف‬ ‫بر‬ ‫ها‬
‫اديويي‬‫ر‬‫هست‬ ‫صوت‬ ‫امواج‬ ‫بر‬ ‫متكي‬ ،‫كنند‬‫مي‬ ‫استفاده‬.

4. ‫برد‬‫ر‬‫كا‬UWSN‫ها‬
◦‫محيطي‬‫ر‬‫مانيتو‬
‫اي‬ ‫هسته‬ ‫و‬ ‫يكي،شيميايي‬‫ژ‬‫بيولو‬‫هاي‬ ‫آلودگي‬ ‫ر‬‫مانيتو‬ ‫امكان‬ ‫كردن‬ ‫فراهم‬
◦‫هاي‬‫ر‬‫انفجا‬‫ير‬‫ز‬‫آب‬
‫كابل‬ ‫مسير‬ ‫،تعيين‬‫ن‬‫نفتي،مخاز‬ ‫هاي‬ ‫ميدان‬‫اكتشاف‬
◦‫فاجعه‬ ‫از‬‫ي‬‫پيشگير‬
‫و‬‫ي‬‫گير‬ ‫ه‬‫ز‬‫اندا‬‫هشدار‬‫سونامي‬‫و‬ ‫ه‬‫ز‬‫لر‬ ‫مين‬‫ز‬ ‫ه‬‫ر‬‫با‬‫در‬
◦‫ي‬‫ناوبر‬‫كمك‬
‫سنجي‬ ‫عمق‬ ‫عمليات‬‫و‬ ‫خطرناك‬ ‫هاي‬ ‫سنگ‬ ‫يا،محل‬‫ر‬‫د‬ ‫بستر‬‫در‬ ‫خطرات‬ ‫شناسايي‬
◦‫شده‬‫يع‬‫ز‬‫تو‬‫تاكتيكي‬‫ت‬‫ر‬‫نظا‬
‫نفوذ‬‫هاي‬ ‫سيستم‬ ‫دادن‬‫ر‬‫قرا‬ ‫هدف‬‫و‬ ‫شناسايي‬
◦‫معدن‬‫كشف‬
‫معدن‬‫تشخيص‬‫و‬ ‫يست‬‫ز‬ ‫محيط‬ ‫سريع‬ ‫يابي‬‫ز‬‫ار‬

5. ‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac
◦‫لس‬‫ر‬‫واي‬ ‫مديا‬‫به‬‫ي‬ ‫دسترس‬ ‫در‬ ‫ها‬ ‫گره‬ ‫هدايت‬ ‫وظيفه‬ ‫مك‬ ‫تكل‬‫و‬‫پر‬
‫د‬‫ر‬‫دا‬ ‫برعهده‬ ‫ا‬‫ر‬‫اكي‬‫ر‬‫اشت‬.
‫مصرف‬
‫ژ‬‫انر‬‫بهينه‬‫ي‬
‫از‬‫ي‬‫جلوگير‬
‫ن‬‫كاليژ‬ ‫ز‬‫و‬‫بر‬
‫بين‬ ‫عدالت‬
‫نودها‬
‫كم‬ ‫تاخير‬

6. ‫صوتي؟‬ ‫امواج‬
◦‫در‬،‫آب‬‫ر‬‫ي‬‫ز‬‫امواج‬‫اديويي‬‫ر‬‫به‬‫سرعت‬‫ضعيف‬‫شده‬‫و‬‫مسير‬‫كوتاهي‬‫ا‬‫ر‬
‫طي‬‫مي‬‫كنند‬.
◦‫سيگنال‬‫هاي‬‫ي‬‫ر‬‫نو‬‫توسط‬‫آب‬‫جذب‬‫مي‬‫شوند‬‫و‬‫پديده‬
Scattering‫رخ‬‫مي‬‫دهد‬.
◦‫امواج‬‫صوتي‬‫نسبت‬‫به‬‫امواج‬‫ي‬‫ر‬‫نو‬‫و‬‫اديويي‬‫ر‬‫كمتر‬‫ضعيف‬‫مي‬‫شوند‬.

7. ‫آب‬‫ر‬‫ي‬‫ز‬ ‫اكوستيك‬ ‫محيط‬ ‫هاي‬‫ويژگي‬
•5‫اديويي‬‫ر‬‫امواج‬ ‫ابر‬‫ر‬‫ب‬
•‫آب‬ ‫عمق‬‫و‬ ‫آب‬ ‫شوري‬ ،‫دما‬‫به‬ ‫وابسته‬
‫مت‬ ‫و‬‫ياد‬‫ز‬‫انتشار‬‫تاخير‬‫غير‬
•‫از‬ ‫باالتر‬‫سختي‬ ‫به‬ ‫آب‬ ‫ير‬‫ز‬‫اكوستيك‬ ‫سنسورهاي‬ ‫يت‬‫ر‬ ‫ديتا‬100kb/S‫شود‬ ‫مي‬.‫پ‬‫يت‬‫ر‬ ‫ديتا‬‫و‬‫باند‬ ‫پهناي‬‫ايين‬
•‫مين‬‫ز‬‫نظير‬ ‫طبيعي‬ ‫نويزهاي‬ ‫و‬ ‫پمپ‬ ‫نظير‬ ‫دستگاههايي‬‫از‬ ‫ي‬ ‫ناش‬ ‫نويزهاي‬‫ها‬ ‫لزره‬‫نويز‬
•‫مصرف‬‫باالتر‬ ‫آب‬ ‫ير‬‫ز‬ ‫دستگاههاي‬ ‫انرژي‬
•‫مجدد‬ ‫ژ‬‫شار‬‫بودن‬ ‫سخت‬ ‫و‬ ‫ي‬‫باتر‬ ‫با‬ ‫كار‬
‫ي‬‫ژ‬‫انر‬‫مصرف‬
•‫بدليل‬fading , multi path‫ايجاد‬ ‫و‬ISI‫باال‬ ‫خطا‬‫يت‬‫ر‬ ‫بيت‬

8. ‫تكل‬‫و‬‫پر‬ ‫احي‬‫ر‬‫ط‬ ‫هاي‬ ‫چالش‬Mac‫اي‬‫ر‬‫ب‬
UWSN‫ها‬
◦‫شبكه‬ ‫ي‬‫ژ‬‫توپولو‬
‫اكم‬‫ر‬‫مت‬ ‫يا‬ ‫اكنده‬‫ر‬‫پ‬
◦‫يا‬‫ي‬‫ساز‬‫يكسان‬Synchronization
‫اساس‬ ‫بر‬ ‫مك‬ ‫تكل‬‫و‬‫پر‬Synchronization‫تاخير‬ ‫در‬ ‫نقش‬‫كه‬ ‫كند‬ ‫مي‬ ‫كار‬ ‫نودها‬ ‫بين‬ ‫ماني‬‫ز‬
‫د‬‫ر‬‫دا‬‫شبكه‬.
◦Hidden & Exposed Node
‫قابت‬‫ر‬ ‫بر‬‫مبتني‬ ‫هاي‬‫شبكه‬ ‫در‬ ‫مهم‬ ‫مشكالت‬ ‫از‬Collision Avoidance‫هستند‬.
◦‫در‬‫باال‬‫تاخير‬Handshaking
‫هاي‬‫شبكه‬ ‫در‬ ‫كانال‬ ‫پايين‬ ‫يت‬‫ر‬ ‫بيت‬UWSN‫كنترلي‬ ‫هاي‬ ‫بسته‬ ‫و‬ ‫ها‬Handshaking

9. ‫تكل‬‫و‬‫پر‬ ‫احي‬‫ر‬‫ط‬ ‫هاي‬ ‫چالش‬Mac‫اي‬‫ر‬‫ب‬
UWSN‫ها‬(‫ادامه‬)
◦‫در‬‫ي‬‫ژ‬‫انر‬‫اتالف‬‫ن‬‫كاليژ‬
‫حداقل‬ ‫يا‬ ‫شود‬ ‫ي‬‫جلوگير‬ ‫ن‬‫كاليژ‬ ‫از‬ ‫بايد‬ ‫اين‬‫ر‬‫بناب‬ ‫باالست‬ ‫بسيار‬ ‫سال‬‫ر‬‫ا‬ ‫در‬ ‫ي‬‫ژ‬‫انر‬ ‫اتالف‬‫گردد‬.
Centralized Networking
◦Near-Far Problem

10. ‫هاي‬‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫قابت‬‫ر‬‫ن‬‫بدو‬
Contention Free
Mac Protocols
FDMA TDMA CDMA

11. ‫هاي‬‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫بر‬ ‫مبتني‬FDMA
FDMA
Frequency Division
Multiple Access
OFDMA
‫از‬ ‫ي‬ ‫خاص‬ ‫نوع‬ModulationMulticarrier
‫از‬‫استفاده‬ ‫با‬ ‫نودها‬ ‫همزمان‬‫ارسال‬sub crarrier‫ن‬‫كاليژ‬ ‫برهم‬‫عمود‬
‫دارد‬‫وجود‬
‫اثر‬fading‫بر‬ ‫مي‬ ‫بين‬‫از‬ ‫ا‬‫ر‬ ‫باند‬ ‫پنهاي‬‫محدوديت‬ ‫و‬ ‫مسيرگي‬ ‫چند‬‫و‬‫د‬
UW-OFDMA‫هاي‬ ‫پارامتر‬‫بر‬ ‫مبتني‬OFDMA‫و‬Power‫اوليه‬
‫ها‬‫بسته‬ ‫مجدد‬ ‫ارسال‬ ‫از‬ ‫ي‬‫جلوگير‬
‫انرژي‬ ‫بهينه‬ ‫مصرف‬
،‫محدود‬ ‫باند‬ ‫پهناي‬ ‫بدليل‬Fading‫و‬multi path‫روش‬FDMA‫اي‬‫ر‬‫ب‬UWSN‫نيست‬ ‫مناسب‬ ‫ها‬.

12. ‫هاي‬‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫بر‬ ‫مبتني‬TDMA
‫مزايا‬:‫ن‬‫كاليژ‬ ‫نرخ‬ ‫كاهش‬ ،‫باالتر‬ ‫ي‬‫پذير‬ ‫انعطاف‬.
‫معايب‬:‫دقي‬‫هماهنگي‬ ‫به‬‫نياز‬ ،‫پايين‬‫كانال‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫نرخ‬‫د‬‫ر‬‫دا‬ ‫قي‬.
‫هاي‬‫تكل‬‫و‬‫پر‬‫ي‬ ‫س‬‫ر‬‫بر‬TDMA‫ديدگاه‬ ‫سه‬ ‫از‬
.1‫كانال‬‫از‬‫استفاده‬ ‫مشكل‬ ‫بر‬ ‫غلبه‬
.2‫تاخير‬ ‫كاهش‬
.3‫بهبود‬Synchronization

13. ‫هاي‬ ‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫بر‬‫مبتني‬TDMA
(‫غلبه‬‫از‬ ‫استفاده‬ ‫مشكل‬ ‫بر‬‫كانال‬)
‫استف‬ ‫مشكل‬ ‫بر‬ ‫غلبه‬‫اده‬
‫كانال‬ ‫از‬
ACMENet ST-MAC ST-CG SST-MAC C-MAC
UD-
TDMA
PR-MAC
DSSS
MAC
SYNC
MAC

14. ‫هاي‬‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫بر‬ ‫مبتني‬TDMA
(‫کاهش‬‫تاخير‬)
‫تاخير‬ ‫کاهش‬
ERMAC WA-TDMA

15. ‫هاي‬‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫بر‬ ‫مبتني‬TDMA
(‫بهبود‬Synchronization)
‫بهبود‬Synchronization
UW-FLASHR UWAN MAC

16. ‫هاي‬‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫مبتني‬‫بر‬CDMA
‫اطال‬ ‫کردن‬ ‫کد‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫ی‬ ‫فرکانس‬ ‫باند‬ ‫از‬ ‫همزمان‬‫استفاده‬‫عات‬
CDMA
CDMA-B
POCA-CDMA
MAC

17. ‫مقا‬‫يسه‬
FDMA
◦‫بدل‬ ‫ا‬‫ر‬‫ناکا‬‫ي‬‫محدود‬ ‫ل‬‫ي‬‫ز‬‫ی‬ ‫فرکانس‬ ‫باند‬ ‫ت‬‫ي‬‫آب‬ ‫ر‬
TDMA
◦‫مشکل‬Synchronization-‫تاخ‬‫ي‬‫ر‬‫انتشار‬‫باال‬
CDMA
◦Near-Far Problem

18. ‫هاي‬‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫قابت‬‫ر‬ ‫مبتنی‬
Contention Based Mac
Protocols
Random
Access
CSMA ALOHA
Handshaking
Single
Channel
Multi
Channel
‫دست‬‫برای‬ ‫ها‬‫گره‬‫ي‬‫کنند‬ ‫می‬ ‫قابت‬‫ر‬‫کانال‬‫به‬ ‫ابی‬.‫اين‬ ‫مزيت‬‫ش‬‫و‬‫ر‬‫اين‬‫ه‬ ‫از‬ ‫که‬ ‫است‬‫مه‬
‫شود‬ ‫می‬‫استفاده‬ ‫ی‬ ‫فرکانس‬ ‫باند‬.

19. ‫هاي‬ ‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫بر‬‫مبتني‬RANDOM
ACCESS
(ALOHA)
ALOHA
ALOHA
SLOTTED
ALOHA
PDT-
ALOHA
ALOHA-
CS
ALOHA-
AN
SA-
ALOHA
ISA-
ALOHA

20. ‫هاي‬ ‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫بر‬‫مبتني‬RANDOM
ACCESS
(Carrier Sense Multiple Access or CSMA)
CSMA
Ordered
CSMA
PDAP
UASN-
MAC
TONE-
LOHI

21. ‫هاي‬ ‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫بر‬‫مبتني‬RANDOM
ACCESS
(Carrier Sense Multiple Access or CSMA)‫ادامه‬

22. ‫هاي‬ ‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫بر‬ ‫مبتني‬HAND SHAKING
HAND
SHAKING
‫کاناله‬ ‫چند‬
RCA MAC
COPE-
MAC
MM-MAC
UIMO-
MAC
CUMAC
DC-MAC
‫کاناله‬‫تک‬
‫مصرف‬ ‫بهبود‬
‫انرپی‬
SLOTTED
FAMA
DACAP
MACA_M
N
‫انتشار‬‫تاخير‬
MACA-U
PCAP
APCAP
RIPT
DOTS
CS-MAC
‫ا‬‫بهتر‬‫واستفاده‬‫عدالت‬‫ز‬
‫کانال‬
R_MAC
RMAC-M
ROPA-
RIC-MAC
SF-MAC
WSF-MAC

23. ‫هاي‬‫تكل‬‫و‬‫پر‬Mac‫هيبريدی‬
HYBRID MAC
PROTOCOLS
‫اک‬ ‫مديا‬‫تکنيک‬ ‫چندين‬‫ترکيب‬‫سس‬
‫مک‬‫پروتکل‬ ‫و‬
HSR-TDMA
‫سنسورها‬ ‫کردن‬‫کالستر‬
TDMA‫ارتباطات‬ ‫ای‬‫ر‬‫ب‬
‫کالستر‬‫از‬ ‫خارج‬
CDMA‫داخل‬ ‫ارتباطات‬
‫کالستر‬
H-MAC
‫بر‬ ‫مبتنی‬
Contention
Free‫و‬
Random
Access
‫انرژی‬ ‫پايين‬‫مصرف‬
Collision
Avoidance
P-MAC
Contention
Free+ Slotted
MACA
UW-MAC
UWMAC+ALOHA
‫با‬‫سيگنالی‬ ‫های‬‫بسته‬‫ارسال‬
ALOHA‫ديت‬ ‫بسته‬‫ارسال‬‫و‬‫ا‬
‫با‬CDMA
PLAN
CDMA‫برای‬
‫و‬ ‫مديا‬‫به‬‫ی‬ ‫دسترس‬
MACA‫از‬ ‫قبل‬
‫ديتا‬‫ارسال‬

24. ‫بندی‬ ‫جمع‬
‫های‬‫تکل‬‫و‬‫پر‬Contention Free‫مشکل‬Synchronization‫ی‬‫و‬‫ر‬‫و‬ ‫داشتند‬‫ا‬‫ر‬
‫بودند‬ ‫متمرکز‬‫ی‬‫ر‬‫و‬‫بهره‬ ‫بردن‬ ‫باال‬ ‫و‬‫تاخير‬‫کردن‬ ‫کم‬.‫مشکالت‬Near-Far‫آنها‬ ‫در‬
‫داشت‬ ‫وجود‬.
‫های‬‫تکل‬‫و‬‫پر‬‫هيبريدی‬‫بود‬‫کرده‬‫استفاده‬ ‫مختلف‬ ‫های‬‫تکل‬‫و‬‫پر‬‫مزايای‬‫از‬‫بهره‬ ‫که‬
‫اس‬ ‫تر‬ ‫دشوار‬‫آنها‬‫ی‬‫ساز‬‫پياده‬ ‫وليکن‬ ‫دهند‬ ‫می‬‫افزايش‬ ‫بسيار‬ ‫ا‬‫ر‬‫کانال‬‫ی‬‫ر‬‫و‬‫ت‬.
‫ا‬‫نياز‬ ‫سد‬‫ر‬ ‫می‬ ‫نظر‬ ‫به‬‫آنها‬ ‫پيشرفت‬ ‫و‬‫متفاوت‬ ‫های‬ ‫تکل‬‫و‬‫پر‬ ‫به‬‫توجه‬ ‫با‬‫که‬ ‫ست‬
‫تا‬ ‫گيرد‬‫ت‬‫ر‬‫صو‬‫آنها‬ ‫ی‬‫و‬‫ر‬‫بهبودهايي‬‫کاملی‬‫تکل‬‫و‬‫پر‬‫شود‬‫حاصل‬.

25. ‫آينده‬ ‫تحقيقات‬ ‫و‬ ‫ها‬ ‫چالش‬
‫وجود‬ ‫عدم‬‫ی‬‫و‬‫بر‬ ‫جامعی‬ ‫تحقيقات‬QOS
‫پايين‬ ‫يت‬‫ر‬ ‫در‬ ‫نودها‬ ‫که‬ ‫بود‬ ‫شده‬ ‫فرض‬ ‫تحقيقات‬ ‫در‬‫ثابتند‬‫در‬ ‫يا‬‫پريودهايی‬‫ث‬‫با‬ ‫ولی‬‫اند‬ ‫ابت‬
‫و‬ ‫کرده‬ ‫حرکت‬ ‫سرعت‬ ‫به‬ ‫نودها‬ ‫اقيانوس‬ ‫شرايط‬ ‫به‬ ‫توجه‬‫ی‬‫ژ‬‫توپولو‬‫به‬ ‫شبکه‬‫س‬‫رعت‬
‫تغيير‬‫يابد‬ ‫مي‬.
‫وجود‬Frequency Selective Fading‫طراحی‬‫م‬‫و‬‫لز‬ ‫و‬ ‫آب‬ ‫ير‬‫ز‬ ‫ی‬‫مسير‬‫چند‬ ‫از‬ ‫ی‬ ‫ناش‬
‫بر‬ ‫مبتنی‬‫تکل‬‫و‬‫پر‬CDMA‫يکرد‬‫و‬‫ر‬ ‫با‬‫ل‬‫کنتر‬‫ر‬‫پاو‬‫و‬‫غلبه‬‫مشکل‬ ‫بر‬Near-Far Problem.
‫های‬‫تکل‬‫و‬‫پر‬ ‫طراحی‬‫م‬‫و‬‫لز‬Handshaking‫کاناله‬ ‫چند‬.
‫هيبريدی‬ ‫های‬‫تکل‬‫و‬‫پر‬ ‫طراحی‬‫تر‬ ‫صرفه‬ ‫به‬ ‫ن‬‫و‬‫مقر‬‫ی‬‫پاسخگو‬ ‫که‬‫مخ‬ ‫بردهای‬‫ر‬‫کا‬‫تلف‬‫ير‬‫ز‬
‫باشد‬ ‫آب‬.
‫بردهای‬‫ر‬‫کا‬‫برای‬ ‫مک‬ ‫های‬‫تکل‬‫و‬‫پر‬ ‫طراحی‬‫خاص‬UWSN‫ها‬.
‫مختلف‬ ‫مک‬ ‫های‬‫تکل‬‫و‬‫پر‬‫آيی‬‫ر‬‫کا‬ ‫تحليل‬ ‫ی‬‫و‬‫ر‬ ‫بر‬ ‫تحقيقات‬ ‫انجام‬.

26. ‫منبع‬
Chen, Keyu, et al. "A Survey on MAC Protocols for Underwater
Wireless Sensor Networks." ;Communications Surveys & Tutorials,
IEEE (Volume:16 , Issue: 3 ),2014.