A Cooperative ARQ Scheme for Single-hop and Multi-hop Underwater Acoustic Sensor Networks

Abstract

본 논문은 협력통신 기법을 이용하여 단일-홉과 다중-홉 수중환경에서 효율적인 재전송 (ARQ : Automatic Repeat reQuest) 기법을 제안한다. 소스 (source) 노드가 전송한 패킷을 수신한 이웃 노드들 중, 제안한 기법에서 정의한 협력 영역에 속한 노드들은 협력 노드 집합을 형성한다. 협력 노드는 특정 소스-목적 링크 (link)에 대하여 또 다른 대체 경로를 제공한다. 이러한 대체 경로는 소스-목적 경로보다 높은 채널 품질을 제공한다. 따라서 수중 음향 채널의 특성인 긴 전파지연을 줄일 수 있고, 성공적인 재전송 확률을 높임으로써 높은 비트 오류율도 극복할 수 있다. 또한 다중-홉 네트워크에서는 다중-홉에 의한 릴레이 시 별도의 ACK 없이 자신이 전송한 패킷이 되돌아오는 것을 응답신호로 활용함으로써 시스템 성능을 향상 시킬 수 있다. 본 논문에서는 제안하는 협력 재전송 기법을 전송 효율 (throughput efficiency) 측면에서 기존의 S&W (Stop and Wait) ARQ 기법과 비교, 분석한다. We propose an efficient cooperative ARQ (Automatic Repeat reQuest) scheme for single-hop and multi-hop underwater acoustic communications, in which cooperative nodes are used to provide more reliable alternative paths for a specific source-to-destination connection. This alternative path has higher channel quality than that of the direct source-destination path. In addition, during a packet-relay through multiple hops, the typical acknowledgement (ACK) signal is replaced with overhearing data packet returned back from the next hop. The usage of overhearing as an ACK improves the system performance. In this paper, we evaluate the proposed scheme by comparing it with a conventional S&W ARQ in terms of throughput efficiency. Computer simulation results show that the proposed cooperative retransmission scheme can significantly improve the throughput by increasing the probability of successful retransmission.