INSTITUT FÜR INFORMATIK

Arbeitsgruppe Verteilte Systeme

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Projektgruppe: Unterwasser-Netzwerke
Zeitraum: SS 2016 - WS 2016/2017

Underwater Acoustic Network (UAN)

Der Ozean bedeckt über 70% der Erdoberfläche und ist weitestgehend unerforscht. Durch die Entwicklung von Ozean-Observations-Systemen erhofft sich die Wissenschaft detaillierte Informationen über die Weltmeere und so neue Erkenntnisse über den Einfluss des Ozeans auf unser Klima und die Entstehung unseres Planeten, sowie die Entdeckung neuer Lebensformen und Energieressourcen. Die Observation des Ozeans gilt als Schlüsselschritt zum vollständigen Verständnis und zur Erhaltung von Leben auf der Erde.

Mit Hilfe drahtloser Unterwasser-Kommunikation lassen sich verschiedene Unterwasserstationen, wie z. B. Sensorknoten, in ein Netzwerk integrieren. So können bei der wissenschaftlichen Datenerfassung Informationen ausgetauscht werden. Darüber hinaus wird bei dem angestrebten Einsatz von unbemannten Unterwasserfahrzeugen in zukünftigen Systemen das Senden von Kontrollinstruktionen an diese Fahrzeuge ermöglicht. Daher ist die drahtlose Kommunikation in Unterwasser-Netzwerken eine der Schlüsseltechnologien für die Entwicklung von Ozean-Observations-Systemen.

Die drahtlose Übertragung von Information im Ozean wird durch die starke Absorptionseigenschaft des Mediums Wasser erschwert. Funk und Licht lassen sich zur Datenübertragung nur für Anwendungen nutzen, in denen Informationen über Distanzen von wenigen Metern zu übertragen sind. Dagegen gestattet die akustische Datenübertragung den Austausch von Information über Entfernungen von mehreren Kilometern. Charakteristisch für die Datenübertragung in akustischen Unterwasser-Netzwerken (Underwater Acoustic Networks, UAN) ist die beschränkte Bandbreite und eine zeitliche variierende Mehrwegausbreitung, sowie hohe Signallaufzeiten, bewirkt durch die geringe Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall. Daneben erschweren hohe Bitfehlerwahrscheinlichkeiten den Austausch von Daten. Aus diesen Eigenschaften ergeben sich Herausforderungen für eine verlässliche Kommunikation, die eine Überarbeitung von fast allen Ebenen des Protokollstacks bedingen.

Das Ziel der Projektgruppe ist es, eine Systemarchitektur für ein Ozean-Observations-System zu erstellen. Dabei müssen insbesondere robuste Algorithmen und Protokolle im Hinblick auf das Szenario ausgewählt, angepasst, implementiert und evaluiert werden.


Weitere Informationen:
  • Special Issue "Underwater Wireless Communications and Networks: Theory and Application",
    in IEEE Communications Magazine, Vol. 53, No. 11, Nov. 2015, pp. 40-107, [pdf].

  • The International Conference on UnderWater Networks and Systems (WUWNet), [pdf].

  • Jan Bauer, Nils Aschenbruck, Raphael Ernst, Elmar Gerhards-Padilla, Peter Martini
    "Optimizing ODMRP for Underwater Networks"
    Proc. of the Military Communications Conference
    MILCOM, San Jose, CA, USA, Oct. 31 - Nov. 3, 2010, [pdf].