Ind o n es ian Jou r n al  o f   E le ctric a l E n g in ee r ing   and  C o mp u t er  S c ienc e   V ol . 8 No.  3 Dec em be r   20 17 , p p 6 67   6 69   DO I: 1 0. 11 5 91 / i j ee c s .v 8 . i 3 . pp 66 7 - 66 9           6 67       Rec ei v ed   A ug us 1 1 20 1 7 ;  Rev i s ed   O c to be r   2 4 ,   2 01 7 ;  A c c ep te Nov e mb er  1 5 2 01 7   Naut i cal  A d - h oc  Net w ork  A p pli c atio n De v el op m ent  f or  Mar itim Co mm un ica tio ns       S am s on  J os ep h   Dep a rtm e n o Nau t i c a l  S c i e n c e   A M ET  Un i v e rs i ty Che n n a i       Ab strac t     Hig h  d a ta   ra t e  c o m m u n i c a ti o n   i n   te rre s tri a l   w i re l e s s  s c e n a ri o s   c a n   b e   a c c o m p l i s h e d  b y   s e tt i n g  u p   Ba s e   St a ti o n s   (BS)  o n   th e   g ro u n d B u a p p l y i n g   th e   s i m i l a t e c h n i q u e   to   m a r i ti m e   c o m m u n i c a t i o n   m a y   n o b e   s u i t a b l e   b e c a u s e   o wi n g   t o   th e   g e o g ra p h i c a l l y   c o n s tr a i n e d   n a tu r e   o th e   o c e a n h e n c e f o rth ,   M F/ HF  m o d e m s e x te n s i v e - d i s ta n c e   t ra n s m i s s i o n   c h a ra c t e ri s ti c s   wi th   l o d a ta - ra te   a re   c o m m o n l y   e m p l o y e d   i n   m a ri ti m e   c o m m u n i q u é In m a r s a i s   c o n s e rv a ti v e l y   u s e d   i n   M a ri ti m e   s a te l l i te   c o m m u n i q u é   i n   o rd e to   re i m b u rs e   fo l o d a ta - r a te   tr a n s m i s s i o n   o M F/ HF  m o d e m s b u i t s   m a i n   n e g a t i v e   a s p e c i s   h i g h   c o s t.   T o   i m p ro v e   th e   tra n s m i s s i o n   s p e e d   a l o n g   wit h   l o p ri c e i n   g e n e ra l a   n e two r k   who s e   a r c h i te c t u re   i s   s i m i l a to   Ve h i c u l a A d h o c   Net wor k   (V ANET),  th a p e rm i ts   p e e r - to - p e e tra n s p o rta t i o n   wit h o u BS,  i .e .,   a d - h o c   n e two rk   i s   c ri t i c a l An   a d - h o c   n e two r k   fo n a u t i c a l   e n v i ro n m e n n a m e d   a s   Nau ti c a l   A d - h o c   Ne two r k   (NAN ET)  was   p ro p o s e d M u l ti p l e   a c c e s s   a n d   d u p l e x i n g   s c h e m e s   a re   u s e d   to   i m p l e m e n th e   n a u ti c a l   n e two rk  f o c o rre s p o n d i n g  NA NET s c e n a ri o s .       Key w ords Hig h  F re q u e n c y Cod e  Di v i s i o n  M u l ti p l e  A c c e s s /Co l l i s i o n  Av o i d a n c e NAN ET.          Copy righ ©  2 0 1 7   I ns titu t e  o f  Adv a nc e Eng i ne e ring  a nd   Sc ie nc e All  righ t s  re s e rve d.       1.  Int r o d u ctio n   A pres e nt,   HF   a nd   V er y   Hi gh   F r e qu e nc y   ( V HF )   ba nd s   are  us ed   f or  the   na v a l   c o m m un i c ati on A   t y p i c al   ex am pl of   P A CT O R - III  i s   c on s i d ered   f or  m arit i m c o m m un i c ati on   s tr uc ture  us i n HF   ba nd   an i ts   t y p i c al   c ov erage   l i es   be t ween   4, 00 0   k m   an 40 ,00 k m .   Dev el o pm en an an a l y s i s   of   A IS   a pp l i c at i o ns   as   an   ef f i c i en too l   f or  v es s el   tr af f i c   s erv i c i s   di s c us s ed   b y   [1 ].  A no t he r   ex am pl of   na v al   c om m un i c ati on   i s   A ut om ati c   i de nti f i c ati on   s y s tem   ( A IS )   ut i l i s ed   wi th  th he l of   V HF   ba nd whi c t ak es   up   S e l f - O r ga ni z ed   T i m e   Di v i s i on   M ul t i p l e   A c c es s   ( S O T DMA )   to  th war c on f l i c an s af et y   i nf or m ati on   ab ou th s hi ps   ar prov i de f or  s af et y   tr an s po r t ati on s M od ul at i o c od i ng   s c he m es   f or  ad ap ti v HF   da ta   c om m un i c ati on   s y s tem   i s   de s c r i be b y   [2] T m ai nta i el ev ate da t r ate   tr a n s m i s s i on s ate l l i te  c om m un i c ati on   s y s tem   i s   uti l i s ed   t ha c os ts   m ore  ex pe ns es   on   a nn o un c em en an en p i ec of   eq u i pm en de p l o y m en t.   Com pa r ati v e   p erf or m an c ev al ua t i on   of   M A proto c ol s   i n   a h oc   ne t w ork s   wi th   ba nd wi dt pa r ti t i on i n i s   ex p l ai ne b y   [3] A th m o m en t,  s ev era l   r es ea r c he s   ex p l ore  the   l o w   c os c l arif i c ati on   t t he   el e v at ed   d ata   tr an s m i s s i on   on   the   oc ea n.   Hi gh   s pe e m arit i m m es h   ne t w ork s   are  de s c r i be b y   [4] T RIT O proj ec i S i ng ap ore  uti l i s es r es e arc he r s   are  di f f i c ul t o   bu i l up   s y s tem   ba s ed   o the   IE E E   80 2.1 i nte r c on ne c m od an d   th 80 2.1 6 s tan d ard  wi th   hi g he r   da ta  r ate   an up   to  15 0k m   tr an s m i s s i on   r an ge   f r om   the   po r ts Li nk ed   w ate r s   ar e   di s c us s ed   b y   [ 5].   In  th 80 2 .16   Me s m od es   are  propo s ed   to  be   us ed   i m arit i m i nf r as tr uc ture.   I the   c as of   po r c o m m un i qu é,  i i s   po ten t i a l   to   ap pl y   the   i m pl em en ted   gl o ba l   wi r el es s   c o m m un i qu é   s y s tem   wi th   ad de de p l o y m en of   B as S tat i on   on   th c oa s t,   e .g. W i r el es s - broad ba n d - ac c es s   f or  S ea P ort  ( W IS E P O RT ) Rout i ng   i n   v eh i c ul ar  ad   h oc   ne t w or k s   i s   de s c r i be d   b y   [ 6].   Ho wev er  i t   i s   n ot  ac hi e v a bl e   to   de pl o y   B S   o t he   s ea   an i t he   c as e   of   ne ar  s ho r a nd   on   the   s ea   c om m un i c ati on T de f ea thi s m es an ad - ho c   ne t wor k   s t r uc ture  are  m od i f i ed whi c ha v t be l i ev th prec i s f ac tors   f or  m arit i m c om m un i q s uc as   m ob i l i t y   an t he   f orw arde pa th  of   the   s h i p s hi c om pa c tne s s   on   th s ea a nd   oc e an   wav v aria ti on etc Mo b i l e   s ate l l i t c om m un i c ati o ns   an ap p l i c a ti o n - s pe c i f i c   prot oc ol   arc hi t ec ture  are  d i s c us s ed   b y   [7]   [8] .   T he   draw b ac k   of   Me s h/a d - ho c   ne t w or k   f or   m arit i m c om m un i c ati on   c an   be   o v er c o m b y   us i ng   NA N E T whi c i nc l ud es   m an i f ol ac c es s   an du p l ex i ng   s c he m es   f or  NA NE T   to  s up p ort  t he   f urther r es ea r c h.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N:  25 02 - 4 75 2                    IJE E CS   V ol 8 N o.  3 Dec em be r   2017:    667     6 69   668   2.  Requ i r ement s  f o r  M ar it ime W ir e les s Com mu n ic a t ion   T he   f un c ti on   of   de tec t i on tr ac k i ng an ex am i na t i o pres e nte b y   m arit i m e   c o m m un i c ati on   s c he m i s   i nc r ed i b l y   i m pe r ati v e   f or  the   pr ote c ti v e   s ai l i ng   an d ata   tr an s f or m ati on   be t w ee s hi ps i .e. E - m ai l S ho r Me s s ag S er v i c ( S M S ) an etc are   es s en ti a l E f f ec ti v d os r ed uc ti on   t hrou gh   v e nti l at i o s c he m i s   di s c us s ed   b y .   T he   d en s e   di s tr i b uti on   of   s hi ps   are  ta k en   i nto   c on s i de r at i o an an a l y s e tha th m aj or i t y   s hi ps   ha v s up pl em en tar y   th an   o ne   s hi wi th i the   r em ote ne s s   of   30 k m   to  i ts el f ge ne r a l l y   50 k m In  the   c as of   V HF   ba nd  m od em ,  i c an   c ov er   30 k m   w i th  the   da ta  r ate   of   9.6 ~ 14 . 4k bp s If   on s hi ha s   ne i gh b ou r i ng   s h i p   s urr ou n d ed   b y   30 k m the   m es or  a d - ho c   n et w ork   c an   b p ut  u b y   m ul ti - h op   c on ne c ti on s B ut  c o nd i ti o f ol l o w s   i f   no   ne i gh bo ur i ng   s hi s urr o un d ed   b y   3 0k m i t’ s   un att a i n ab l e   to  c r ea te   t he   m es or  ad - ho c   ne t wor k It  us es   HF   ba nd   m od em   b y   i m pl em en ti ng   du a l     m od e o pe r ati on .     2.1.  N A N E T  S t r u ctu r al  D e sign  in S h o r e:   If   the   s hi f al l s   un de r   the   ba s s tat i on   t he i c an   be   ab l to  ex c ha n ge   i nf or m ati on   di r ec tl y   w i th  B S Ne v ert he l es s i f   s hi m ov es   ou t er  f r o m   the   c ov era ge   are of   B S Me s h   s y s t em   ha v to  be   c on f i g ured  w i t ers t w h i l s h i ps   or  bu o y   A c c es s   P oi nt  ( A P )   du to  t he   no na pp e aranc of   s tr ai gh t   as s oc i ati on   t th B S T he   n et w ork   arc hi tec ture  f o r   the   m arit i m wi r el es s  c om m un i c ati o ns  of  th s h ore i s  s h o w i n t he  f i gu r e 1 .  T he  do tt ed   l i ne s  a n d s ol i l i n es  i F i g.  1   s i g ni f y   t he   V HF   b an d   l i nk   f or  the   m arit i m c o m mu ni c at i o ns   an th UHF   ba nd   l i nk   f or  the   terr es tr i al ,  r es pe c ti v e l y .     2.2.  N A N E T  S t r u ctu r al  D e sign  in O ce an:   B S   i s   ab s e nt  i t he   c as e   o f   NA NE T   oc ea arc hi tec t ure  of   the   ne t wor k f or  the   r ea s on   tha t he   oc ea n   i s   t oo   f ar  f r om   the   ground   terr i t or y   an d   i i s   n ot  s en s i bl to   s et  u B S   o th s ea .   A s   r es u l t,   ad - h oc   ne t w or k   i s   proj ec ted   to   be   ap pl i ed w h i c n ec es s i tat es   no   B S s   f or  pe er - to - pee r   c on ne c t i on s Di s ti nc t he   M es n et wor k   i the   s h ore,  th ere  i s   no   r ea di l y   a v ai l ab l l i nk   to  B S   b y   m ul ti - ho p.   If   the r i s   n s hi wi th i n   th tr a ns m i s s i on   c o v era ge   area   d i s tan c of   v er y   hi gh   f r eq ue nc y   b an m od em   th en   i s ho u l c om m un i c ate   us i ng   the   ac ti v H F   ba nd   m od e m T he   tr an s m i s s i on   di s tan c e   of   HF   ba n m od em   i s   ap prox i m ate l y   up   t 4 0,0 00 k m he nc e   i t   c a n   c o m m un i c ate  i n a  s tr a i gh t l i ne  i th  B S  f i x ed  i n  th e  l a nd .           F i gu r 1.  N A N E T  S tr uc tural  Des i g n i n Oc ea n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJE E CS     IS S N:  2 50 2 - 4 75 2     Naut i c al   A d - h oc  Netw ork  A pp l i c ati on  D ev el op m en for  Ma r i t i me     ( S am s o n J os e ph )   669   3.  M u lt iple  A c ce s s a n d  D u p lex ing  met h o d s fo r  M e sh Net w o r k:   T he   c hi ef   di s ti nc ti on   am on m es an ad - ho c   ne t wor k s   i s   the   s ub s i s ten c of   B S   i the   ne t w ork Due  to  th B S   i Me s ne t wor k c en tr al i z ed   arr an ge m en al go r i t hm s   f or   T i m Di v i s i o n   Mu l t i p l e   A c c es s   ( T DMA ) F r eq ue nc y   D i v i s i on   Mu l ti pl A c c es s   ( F DM A )   a nd   c o ng es ti on   f r ee   m ul ti pl ac c es s es  c an  be   u s ed .     3.1 . M u lt iple  A c ce ss  m eth o d  f o r  M es h  Netw o r   In  Me s c as es ba s s tat i o uti l i z es   c en tr a l i z ed   arr a n ge m en s c he m es s uc as   T DMA F DMA   an Co de   Di v i s i on   Mu l ti pl A c c es s   ( CDMA )   ba s ed   Co nte nti on - f r ee   M ul t i pl A c c es s   m eth od s M - W i MA X   i s   s el ec ted   f or  the   ba s e l i ne   P H Y   l a y er,  a nd   f ea t ures   of   T D MA   an F D MA   are an al y s ed .     3.3 . Dup l ex ing   S chem es  f o r  M es h  Netw o r k     T he   c o m pa r i s on   be t w ee n   F r eq ue nc y   D i v i s i o Dup l ex i ng   ( F DD)   an T i m D i v i s i o Dupl ex i n ( T DD)   are  an al y s ed   f or  du pl ex i ng   m eth o d.  T he   ad de c arr i er  f r eq ue nc y   i F DD   i nc r ea s es   th h i gh er  tr an s m i s s i on   r ate   i t hi s   m eth od Ne v erth el es s the   ad de c arr i er   f r eq ue nc y   i s   ex pe ns i v an the   s i m ul tan e ou s   broa dc as an r es po ns r oo ts   to  m ore  ha r dw ar e   c o m pl i c at i on .   In  ord er  to  ov erc om the   c os an ha r d w are  c om pl i c ati on s T D i s   us ed   wi t h   l o w er c om m un i c ati o n d ata  r ate  c om pa r ed  i n t h e m i ds t o f  FD D.     3.3.  T h r o u g h p u t   A n al ys i o f  N A N E T     T hrough pu i s   the   av erag of   s uc c es s f ul   da ta  tr a n s m i s s i on s   de l i v ered  t th ba s e   s ta ti o w i th  hi g tr a ns m i s s i on   r ate T he   av erage   thro ug hp ut  i s   pred i c tab l us i n eq ua t i on   1.       0 ( ) * 1000 n P k t s R e c e i v e d n P k t S i z e T h r o u g h p u t                             ( 1)       4.  Co n clus ion   HF   an d   V HF   ba n ds   ha v e   l on ge r   tr a ns m i s s i on   r an g prop ert y   s i nc i i s   us ed   f or  m arit i m c o m m un i c ati on s .   A IS   i s   de v e l op ed   on l y   b ec a us th V HF   i s   n ot  r e l e as e f or  m arit i m e   c o m m un i c ati on s ,   an t he   f ac c ha ng es   s i nc t he   w orld   t wo - wa y   r ad i c om m un i c ati on   c on f erenc ( W RC)   20 07   where  th V HF   ba n ha s   b ee o wed  f or  m arit i m i nf r as tr uc ture.  B y   bu i l d i ng   m es an ad - ho c   ne t w ork   the   ba s i c   s c en ario   of   NA NE T   w i th  l o w   c os an h i gh   d ata   r ate   i n   the   V HF   b an are  i m pl e m en ted F or  h arbour,  t he   ex i s t i ng   gl ob a l   c om m un i c ati on   ne t wor k   b y   i ns ta l l i ng   B S   ne ar  the   s h ore.  F or  s ho r an oc ea n,  m e s an a d - ho c   ne t w ork   i s   ad op t ed   wi t h   T DMA /T DD and  C S M A /C A ,  r es pe c ti v e l y .       Ref er en ce   [1 ]   S.J Cha n g De v e l o p m e n a n d   a n a l y s i s   o AIS  a p p l i c a ti o n s   a s   a n   e ff i c i e n to o l   fo v e s s e l   tra ff i c   s e rv i c e .   In   Pr o c O c e a n s .   2 0 0 4 2 2 4 9 - 2 2 5 3 .   [2 ]   Ab d   Rah i m   M a Si d e k   a n d   Ah m a d   Zu r i   Sh a ' a m e ri Ā Ev a l u a ti o n   o m o d u l a t i o n   c o d i n g   s c h e m e s   fo r   a d a p t i v e  HF  d a t a  c o m m u n i c a ti o n  s y s t e m .   In   Pro c IEEE  NC T T .   2008 :   2 6 7 - 2 7 2   [3 ]   Ka y n i a   M .,   O i e n   G .E. ,   J i n d a l   N.,  a n d   G e s b e rt,   D.   Ā  Com p a ra ti v e   p e rfo rm a n c e   e v a l u a ti o n   o f   M AC  p ro to c o l s  i n  a d   h o c  n e two r k s   wit h  b a n d wid th   p a rti t i o n i n g In   Pro c IEEE  PIM RC .   2008.   [4 ]   Sh a n k a Pa th m a s u n th a ra m J .,   Pe n g - Y o n g   K o n g M i n g - T u o   Zh o u Y u   G e Ha i g u a n g   W a n g Che e - W e i   An g W e n   S u a n d   Hara d a H.,  ĀT RIT O N:  Hig h   s p e e d   m a ri ti m e   m e s h   n e two r k s .   In   P ro c IEEE   PIM RC .   2 0 0 8   [5 ]   Fri d e ri k o s V. Pa p a d a k i ,   K,  D o h l e r,   M .,   G k e l i a s A. a n d   Ag v h a m i H.  Ā   L i n k e d   w a te rs IEE   Com m u n En g i n e e r.   2 0 0 5 ;   3 2 4 - 27.   [6 ]   Fa n   L i   a n d   Y u   W a n g .   Ā   R o u ti n g   i n   v e h i c u l a a d   h o c   n e tw o rk s s u rv e y .   IEEE  Ve h Te c h M a g .   2 0 0 7 .   2 (2 ):  1 2 - 22   [7 ]   W . W .   W u ,   EF  M i l l e r,  W L   Pri t c h a rd RL  P i c k h o l tz .   Ā   M o b i l e   s a te l l i t e   c o m m u n i c a t i o n s .   Pro c e e d i n g s   o f   th e  I EEE.  1994 8 2   (9 ).   [8 ]   W . B.  H e i n z e l m a n A .P.   Ch a n d ra k a s a n a n d   H.  Ba l a k ri s h n a m An   a p p l i c a ti o n - s p e c i fi c   p ro to c o l   a rc h i te c tu re  f o r w i re l e s s   m i c ro s e n s o r n e tw o rk s .   IEEE  Tra n s o n   W i r e l e s s   Com m .   2 0 0 2 1 (4 ) :6 6 0 - 6 7 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.