Preview

Труды Института системного программирования РАН

Расширенный поиск

Последние тенденции в развитии подводной беспроводной сенсорной сети: систематический обзор литературы

https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2021-33(1)-7

Полный текст:

Аннотация

Подводная беспроводная сенсорная сеть (Underwater Wireless Sensor Network, UWSN) – это новая технология мониторинга водных объектов, которая часто используется для сбора информации под водой, отбора проб в океане, выявления неопознанных движущихся объектов, предупреждения стихийных бедствий и обнаружения подводных лодок. В последнее время сети UWSN привлекают большое внимание исследователей как из академических, так и из промышленных кругов. В результате было проведено несколько исследований с целью усовершенствования методов, инструментов, протоколов и архитектуры UWSN. В связи с этим существует острая необходимость в изучении и обобщения современных тенденций развития UWSN в рамках одного исследования. Для достижения этой цели в данной статье проводится систематический обзор литературы, в котором комплексно анализируются последние разработки в области UWSN. В частности, было отобрано и проанализировано 34 научных исследования, опубликованных в период 2012-2020 гг. в области UWSN. В результате чего были определены 21 актуальный протокол маршрутизации и 11 инструментов. Кроме того, в контексте UWSN представлены пять различных типов архитектуры и три технологии средств коммуникации. Наконец, был проведен сравнительный анализ протоколов маршрутизации на основе значимых оценочных показателей. По итогам анализа был сделан вывод о том, что существуют отвечающие требованиям подходы, протоколы и инструменты для мониторинга посредством UWSN. Однако возможности верификации текущих подходов недостаточны для удовлетворения растущих требований к UWSN. Выводы, сделанные в этой статье, закладывают прочную основу для дальнейшего усовершенствования нынешних инструментов и методов, используемых в UWSN, для их реализации в крупных и сложных сетях.

Об авторах

Аиша ТАРИК
Национальный научно-технологический университет (NUST)
Пакистан

Студент магистратуры кафедры вычислительной техники и программной инженерии электротехнического и машиностроительного колледжа



Фарук АЗАМ
Национальный научно-технологический университет (NUST)
Пакистан

Кандидат наук, профессор кафедры вычислительной техники и программной инженерии электротехнического и машиностроительного колледжа



Мухаммад Васим АНВАР
Национальный научно-технологический университет (NUST)
Пакистан

Кандидат наук, старший научный сотрудник  кафедры вычислительной техники и программной инженерии электротехнического и машиностроительного колледжа



Тайиба ЗАХУР
Национальный научно-технологический университет (NUST)
Пакистан

Студент магистратуры кафедры вычислительной техники и программной инженерии электротехнического и машиностроительного колледжа



Абдул Вахаб МУЗАФФАР
Саудовский Университет электроники
Саудовская Аравия

Кандидат наук, доцент кафедры информационных технологий Колледжа вычислительной техники и информатики



Список литературы

1. Muhammad Ayaz, Azween Abdullah, Ibrahima Faye, Yasir Batira. An efficient Dynamic Addressing based routing protocol for Underwater Wireless Sensor Networks. Computer Communications, vol. 35, issues 4, 2012, pp. 475-486.

2. Haitao Yu, Nianmin Yao, Jun Liu. An adaptive routing protocol in underwater sparse acoustic sensor networks. Ad Hoc Networks, vol. 34, 2015, pp. 121-143.

3. Anjana P Das, Sabu M Thampi. Fault-resilient localization for underwater sensor networks. Ad Hoc Networks, vol. 55, 2017, pp. 132-142.

4. Jun Liu, Zhong Zhou, Zheng Peng et al. Mobi-Sync: Efficient Time Synchronization for Mobile Underwater Sensor Networks. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, vol. 24, issue 2, 2013, pp. 406-416.

5. Rodolfo W.L. Coutinho, Azzedine Boukerche, Luiz F.M. Vieira, Antonio A.F. Loureiro. A novel void node recovery paradigm for long-term underwater sensor networks. Ad Hoc Networks, vol. 34, 2015, pp. 144-156.

6. Youngtae Noh, Uichin Lee, Paul Wang et al. VAPR: Void-Aware Pressure Routing for Underwater Sensor Networks. IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 2, issue 5, 2013, pp. 895-908.

7. Rodolfo W. L. Coutinho, Azzedine Boukerche, Luiz F. M. Vieira, Antonio A. F. Loureiro. GEDAR: Geographic and Opportunistic Routing Protocol with Depth Adjustment for Mobile Underwater Sensor Networks. In Proc. of the IEEE International Conference on Communications (ICC), 2014, pp. 251-256,

8. Youngtae Noh, Uichin Lee, Saewoom Lee et al. HydroCast: Pressure Routing for Underwater Sensor Networks. IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 65, issue 1, 2016, pp. 333-347,

9. Manjula R. Bharamagoudra, SunilKumar S. Manvi, Bilal Gonen. Event driven energy depth and channel aware routing for underwater acoustic sensor networks: Agent oriented clustering based approach. Computers & Electrical Engineering, vol. 58, 2017, pp. 1-19.

10. Hainan Chen, Xiaoling Wu, Guangcong Liu, Yanwen Wang. A Novel Multi-Module Separated Linear UWSNs Sensor Node. IEEE Sensors Journal, volume 16, issue 11, 2016, pp. 4119-4126.

11. Mukhtar Ghaleb, Emad Felemban, Shamala Subramaniam et al. A Performance Simulation Tool for the Analysis of Data Gathering in Both Terrestrial and Underwater Sensor Networks. IEEE Access, vol. 5, 2017, pp. 4190-4208.

12. Zhenghao Xi, Xiu Kan, Le Cao et al. Research on Underwater Wireless Sensor Network and MAC Protocol and Location Algorithm. IEEE Access, vol. 7, 2019, pp. 56606-56616.

13. Inam Ullah, Yiming Liu, Xin Su, Pankoo Kim. Efficient and Accurate Target Localization in Underwater Environment. IEEE Access, vol. 7, 2019, pp. 101415-101426.

14. Bingbing Zhang, Yiyin Wang, Hongyi Wang et al. Tracking a Duty-Cycled Autonomous Underwater Vehicle by Underwater Wireless Sensor Networks. IEEE Access, vol. 5, 2017, pp. 18016-18032.

15. Inam Ullah, Jingyi Chen, Xin Su et al. Localization and Detection of Targets in Underwater Wireless Sensor Using Distance and Angle Based Algorithms. IEEE Access, vol. 7, 2019, pp. 45693-45704.

16. Do Duy Tan, Tung Thanh Le, Dong-Seong Kim. Distributed Cooperative Transmission for Underwater Acoustic Sensor Networks. In Proc. of the IEEE Wireless Communications and Networking Conference Workshops (WCNCW), 2013, pp. 205-210.

17. S. Mohamad Dehnavi, Moosa Ayati, Mohammad Reza Zakerzadeh. Three Dimensional Target Tracking via Underwater Acoustic Wireless Sensor Network. In Proc. of the Conference on Artificial Intelligence and Robotics (IRANOPEN), 2017, pp. 153-157.

18. Jun Liu, Zhaohui Wang, Jun-Hong Cui et al. A Joint Time Synchronization and Localization Design for Mobile Underwater Sensor Networks. IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 15, issue 3, 2016, pp. 530-543.

19. Priyatosh Mandal, Swades De. New Reservation Multiaccess Protocols for Underwater Wireless Ad Hoc Sensor Networks. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 40, issue 2, 2015, pp. 277-291.

20. Zhangbing Zhou, Beibei Yao, Riliang Xing et al. E-CARP: An Energy Efficient Routing Protocol for UWSNs in the Internet of Underwater Things. IEEE Sensors Journal, vol. 16, issue 11, 2016, pp. 4072-4082.

21. Zhuo Wang, Guangjie Han, Hongde Qin et al. An Energy-Aware and Void-Avoidable Routing Protocol for Underwater Sensor Networks. IEEE Access, vol. 6, 2018, pp. 7792-7801.

22. Yishan Su, Rong Fan, Xiaomei Fu, Zhigang Jin. DQELR: An Adaptive Deep Q-Network-Based Energy- and Latency-Aware Routing Protocol Design for Underwater Acoustic Sensor Networks. IEEE Access, vol. 7, 2019, pp. 9091-9104.

23. Valerio Di Valerio, Francesco Lo Presti, Chiara Petrioli et al. CARMA: Channel-Aware Reinforcement Learning-Based Multi-Path Adaptive Routing for Underwater Wireless Sensor Networks. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 37, issue 11, 2019, pp. 2634-2647.

24. Zahoor Ali Khan, Muhammad Awais, Turki Ali Alghamdi et al. Region Aware Proactive Routing Approaches Exploiting Energy Efficient Paths for Void Hole Avoidance in Underwater WSNs, IEEE Access, vol. 7, 2019, pp. 140703-140722.

25. Faiza Al Salti, N. Alzeidi, Bassel R. Arafeh. EMGGR: an energy-efficient multipath grid-based geographic routing protocol for underwater wireless sensor networks. Wireless Networks, vol. 23, issue 4, 2017, pp. 1301-1314.

26. Kun Hao, Haifeng Shen, Yonglei Liu et al. Integrating Localization and Energy-Awareness: A Novel Geographic Routing Protocol for Underwater Wireless Sensor Networks. Wireless Networks, vol. 23, issue 5, 2018, 1427-1435.

27. Sayyed Majid Mazinani, Hadi Yousefi, Mostafa Mirzaie. A Vector-Based Routing Protocol in Underwater Wireless Sensor Networks. Wireless Personal Communications, vol. 100, 2018, pp. 1569-1583.

28. Abdul Wahid, Sungwon Lee, Dongkyun Kim, Kyung-Shik Lim. MRP: A Localization-Free Multi-Layered Routing Protocol for Underwater Wireless Sensor Networks. Wireless Personal Communications, vol. 77, 2014, pp. 2997-3012.

29. BalajiVijayan Venkateswarulu, Neduncheliyan Subbu, Sivakumar Ramamurthy. An efficient routing protocol based on polar tracing function for underwater wireless sensor networks for mobility health monitoring system application. Journal of Medical Systems, vol. 43, 2019, article no. 18.

30. C Srimathi, Soo-Hyun Park, N Rajesh. Proposed framework for underwater sensor cloud for environmental monitoring. In Proc. of the Fifth Conference on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN), 2013, pp. 104-109.

31. Charbel Geryes Aoun, Iyas Alloush, Yvon Kermarrec et al. A Mapping Approach for Marine Observatory Relying on Enterprise Architecture. In Proc. of the OCEANS - MTS/IEEE Washington, 2015, pp. 1-10.

32. Miaomiao Liu, Fei Ji, Quansheng Guan et al. On-Surface Wireless-Assisted Opportunistic Routing for Underwater Sensor Networks. In Proc. of the 11th ACM International Conference on Underwater Networks & Systems, 2016, pp. 1-5.

33. Fatemeh Banaeizadeh, Abolfazl Toroghi Haghighat. An energy-efficient data gathering scheme in underwater wireless sensor networks using a mobile sink. International Journal of Information Technology, vol. 12, 2020, pp. 513-522.

34. Muhammad Faheem, Rizwan Aslam Butt, Basit Raza et al. FFRP: Dynamic Firefly Mating Optimization Inspired Energy Efficient Routing Protocol for Internet of Underwater Wireless Sensor Networks. IEEE Access, vol. 8, 2020, pp. 39587-39604.

35. Mukhtiar Ahmed, Mazleena Salleh, M. Ibrahim Channa. Routing protocols based on node mobility for Underwater Wireless Sensor Network (UWSN): A survey. Journal of Network and Computer Applications, vol. 78, 2017, pp. 242-252.

36. Mukhtiar Ahmed, Mazleena Salleh, M.Ibrahim Channa. Routing protocols based on protocol operations for underwater wireless sensor network: A survey. Journal of Egyptian Informatics Journal, vol. 19, issue 1, 2018, pp. 57-62.

37. Mohammed Jouhari, Khalil Ibrahimi, Hamidou Tembine, Jalel Ben-Othman. Underwater Wireless Sensor Networks: A Survey on Enabling Technologies, Localization Protocols, and Internet of Underwater Things. IEEE Access, vol. 7, 2019, pp. 96879-96899.

38. Rodolfo W.L. Coutinho, Azzedine Boukerche. Data Collection in Underwater Wireless Sensor Networks: Research Challenges and Potential Approaches. In Proc. of the 20th ACM International Conference on Modelling, Analysis and Simulation of Wireless and Mobile Systems, 2017, pp. 5-8.

39. Thinakaran Vasantha Chithra, Arulappan Milton. Energy Proficient Flooding Scheme Using Reduced Coverage Set Algorithm for Unreliable Links. Programming and Computer Software, vol. 44, issue 6, 2018, pp. 381–387.

40. D. Sreenivasulu, P.V. Krishna. Deep Learning Based Efficient Channel Allocation Algorithm for Next Generation Cellular Networks. Programming and Computer Software, vol. 44, issue 6, 2018, pp. 428–434.

41. Mohammad Furqan Ali, Dushantha Nalin K. Jayakody, Yury A. Chursi et al. Recent Advances and Future Directions on Underwater Wireless Communications. Archives of Computational Methods in Engineering, vol. 27, 2019, pp. 1379–1412.

42. Р. Массобрио, С. Несмачнов, А. Черных и др. Применение облачных вычислений для анализа данных большого объема в умных городах. Труды ИСП РАН, том 28, вып. 6, 2016 г., стр. 121-140. DOI: 10.15514/ISPRAS-2016-28(6)-9 / R. Massobrio, S. Nesmachnow, A. Tchernykh et al. Towards a Cloud Computing Paradigm for Big Data Analysis in Smart Cities. Programming and Computer Software, vol. 44, issue 6, 2018, pp. 181–189.

43. В.П. Козырев. Методы оценки времени выполнения в системах реального времени. Программирование, том 42, no. 1, 2016 г., стр. 39-50 / V.P. Kozyrev. Estimation of the execution time in real-time systems. Programming and Computer Software, vol. 42, issue 1, 2016, pp. 41–48.

44. M.W. Anwar, M. Rashid, F Azam et al. A model-driven framework for design and verification of embedded systems through SystemVerilog. Design Automation for Embedded Systems, vol. 23, 2019, pp. 179–223.

45. B. Kitchenham. Procedures for Performing Systematic Reviews. Joint Technical Report. Keele University, Empirical Software Engineering National ICT Australia Ltd., 2004, 33 p.

46. М.Б. Кузнецов. Трансформация UML-моделей и ее использование в технологии MDA. Программирование, том 33, no. 1, 2097 г., стр. 65-79 / M.B. Kuznetsov. UML model transformation and its application to MDA technology. Programming and Computer Software, vol. 33, issue 1, 2007, pp 44–53.

47. Muhammad Waseem Anwar, Farooque Azam, Muazzam A. Khan, and Wasi Haider Butt. The Applications of Model Driven Architecture (MDA) in Wireless Sensor Networks (WSN) – Techniques and Tools. Lecture Notes in Networks and Systems, vol. 69, 2019, pp. 14-27.

48. Konstantinos Skiadopoulos, Athanasios Tsipis, Konstantinos Giannakis et al. Synchronization of data measurements in wireless sensor networks for IoT application. Ad Hoc Networks, vol. 89, 2019, pp. 47-57.

49. Sudeep Varshneya, Chiranjeev Kumara, Abhishek Swaroop. Leach Based Hierarchical Routing Protocol for Monitoring of Overground Pipelines Using Linear Wireless Sensor Networks. In Proc. of the 6th International Conference on Smart Computing and Communications, 2017, pp. 208–214.


Для цитирования:


ТАРИК А., АЗАМ Ф., АНВАР М., ЗАХУР Т., МУЗАФФАР А. Последние тенденции в развитии подводной беспроводной сенсорной сети: систематический обзор литературы. Труды Института системного программирования РАН. 2021;33(1):97-110. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2021-33(1)-7

For citation:


TARIQ A., AZAM F., ANWAR M., ZAHOOR T., MUZAFFAR A. Recent Trends in Underwater Wireless Sensor Networks (UWSNs) – A Systematic Literature Review. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2021;33(1):97-110. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2021-33(1)-7

Просмотров: 101


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2079-8156 (Print)
ISSN 2220-6426 (Online)