I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   2 A p r il   201 9 ,   p p .   1226 ~ 123 1   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 9 i 2 . pp 1 2 2 6 - 123 1           1226       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Desig n and  i m ple m en tatio n of  het e ro g eneo us surfa c e ga tew a y   for underw a ter  a co ustic senso r n et w o rk       Yo un g j un   J o 1 ,   Sa ng s o o n L im 2   1 LG   El e c tro n ics ,   S e o u l,   S o u t h   K o re a     2 De p a rtme n o f   Co m p u ter S c ien c e   En g in e e rin g ,   S u n g k y u Un iv e rsi ty ,   A n y a n g ,   S o u th   K o re a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   24 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Sep   2 7 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Oct   1 5 ,   2 0 1 8       Un d e rw a ter  A c o u stic  S e n so Ne tw o rk (U A S Ns a re   u se d   f o d iv e rse   p u r p o se su c h   a p o ll u ti o n   m o n it o rin g ,   d isa ste p re v e n ti o n   a n d   in d u strial   se n sin g   in   th e   o c e a n s.  Esp e c ially ,   U A S Ns   a r e   m a in l y   f o c u sin g   o n   m o n it o rin g   v a rio u u n d e rw a ter  e n v iro n m e n tal  d a ta  a n d   d e li v e rin g   th e   d a ta  to   a   m o n it o rin g   c e n ter  w h e re   n e a rb y   o f a f ro m   th e   d e p lo y e d   a re a .   To   re li a b ly   d e li v e th e   d a ta,  a   su r f a c e   g a te w a y   sh o u ld   c o n v e rt  a c o u stic  sig n a to   RF   (Ra d io   F re q u e n c y sig n a l.   In   th is  p a p e r,   w e   d e v ise   a   m u lt ip le  in terf a c e s - b a se d   su rf a c e   g a te wa y   th a c a n   c o n n e c b o th   a   c e ll u lar  n e tw o rk   a n d   a   Zi g b e e   n e tw o rk .   De p e n d o n   th e   se rv ice   re q u irem e n t,   th e   su rf a c e   g a te wa y   c a n   e a sil y   a d o p e a c h   w irele ss   in terfa c e   a n d   re lay   th e   d a ta  to   a   lo w   p o w e Zi g Be e   n e tw o rk   o a   lo n g   ra n g e   CDMA   n e tw o rk .   K ey w o r d s :   A r c h itect u r e   Sen s o r   n e t w o r k s   Su r f ac g ate w a y   Un d er w a ter   Co p y rig h ©   2 0 1 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   San g s o o n   L i m ,     Dep ar t m en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   E n g i n ee r in g ,     Su n g k y u l U n i v er s i t y ,     An y an g ,   So u t h   Ko r ea .   E m ail: l s s g o o d 8 0 @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   R ec en i n ter est  i n   w a ter   r eso u r ce s   h as  led   to   ac tiv r esear ch   o n   Un d er w a ter   A co u s tic  Sen s o r   Net w o r k s   ( U A S Ns).   A b o u 7 0 o f   th s u r f ac o f   t h ea r th   is   co v er ed   w it h   w ater   a n d   v a r io u s   r eso u r ce s   ar e   s till   u n to u c h ed .   T h U A SN s   a r d ep lo y ed   in   s u ch   an   u n ex p l o r e d   ar ea   to   p r o v id i m p o r tan f u n c tio n s   s u ch   as   p o llu tio n   m o n ito r in g ,   m ar in co n d itio n   m o n i to r in g ,   e m er g e n c y   d is aster   p r ev en t io n   a n d   s o   o n .   T h f o llo w i n g   ar th m ai n   ap p licatio n s   o f   U ASNs   [1 ] [ 2 ] .   UASNs  ca n   s e n s p o ll u ted   en v ir o n m e n t s   an d   tr ac k   f i s h e s   an d   m icr o - o r g an i s m s   w it h   s m all  s en s o r   n o d es.  E ac h   s en s o r   n o d p er i o d ically   m ea s u r es  v ar io u s   i n f o r m at io n   an d   s e n d s   th e m   to   th m o n ito r in g   ce n te r   f o r   th e   p u r p o s o f   an   e n v ir o n m en tal  m o n i to r in g .     I n   ad d it io n ,   U ASNs   ca n   aler t a   cr i tical  p r o b lem   i n   t h e   o ce a n   f o r   d is aster   p r ev en tio n s .   T h e y   g at h er   cr u s tal  m o v e m en i n f o r m atio n   f r o m   s e v er al  r e m o te  lo ca tio n s .   B ased   o n   th in f o r m at io n ,   th e y   ca n   p r o v id ts u n a m w ar n i n g s   to   th s h o r ar ea s   o r   an aly ze   t h ef f ec ts   o f   s ea q u ak e s .   I n   th ca s o f   a s s i s ted   n av ig at i o n ,   ea ch   s en s o r   n o d ca n   r ec o g n ize  v ar io u s   d an g er o u s   s ce n a r io s   o n   th s ea b ed .   I d etec ts   r o ck s   an d   s h o als  in   s h allo w   w a ter s .   U A SNs   ca n   b c o n n ec ted   to   r em o te  r o b o w h e n   th r o b o t   ex p lo r es  th s ea .   I n   t h is   ca s e ,   ea ch   s e n s o r   n o d ca n   tr a n s m it  v ar io u s   co n tr o i n f o r m atio n   to   th r o b o ts   an d   h elp   th e m   to   co m p lete  t h eir   task s .     E s p ec iall y ,   u n d er w ater   s en s o r   n o d es  ar w id el y   d ep lo y ed   in   th o ce an   f ield   to   co v er   lar g p ar o f   th ar ea .   I m ea n s   t h at  m an y   s en s o r   n o d es  ar lo ca ted   f ar   f r o m   s ea s h o r e,   an d   th u s   s u r f ac g ate w a y   n ee d s   to   co n v e y   v ar io u s   m o n ito r i n g   in f o r m atio n   w i th   lo n g   r a n g w ir ele s s   tr an s m i s s io n   tec h n o lo g y .   T o   s atis f y   s er v ice  r eq u ir e m e n ts ,   w d e v i s m u ltip le  in ter f ac es - b ased   s u r f ac g a te w a y   th at  ca n   c o n n ec b o th   ce ll u lar   n et w o r k   a n d   Z i g b ee   n et w o r k .   E ac h   u n d er w ater   s e n s o r   n o d s en s es  t h p h y s ical  in f o r m atio n   a n d   tr an s m i t   th e m   to   its   n ei g h b o r   s en s o r   n o d es  w it h   lo w   p o w er   Z i g B ee   n et w o r k .   I n   ad d itio n ,   n ei g h b o r   n o d es  ag g r eg ate   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   h etero g en eo u s   s u r fa ce   g a tew a fo r   u n d erw a ter a co u s tic   ( Yo u n g ju n   Jo )   1227   th o s i n f o r m atio n   an d   r el a y   t h e m   to   s p ec i f ic  s u r f ac g ate w a y .   T h s u r f ac g ate w a y   g a t h er   all  i n f o r m atio n   f r o m   o th er   s en s o r   n o d es  an d   r eliab l y   tr an s f er   t h o s i n f o r m a tio n   to   th m o n i to r in g   ce n ter .   I n   th i s   ca s e,   C o d e   Div i s io n   Mu l tip le  A cc e s s   ( C DM A )   is   h ig h l y   r ec o m m e n d ed   f o r   an   ad d i tio n al   w ir eles s   i n ter f ac e   d u to   it s   r o b u s tn es s   i n   th p r ese n ce   o f   s ig n al  f ad in g [ 1 ] .   Mo r eo v er ,   th co m m u n icatio n   r a n g o f   C D MA   i s   m u c h   lar g er   th an   o th er   w ir eles s   tec h n o lo g i es  s u c h   as   W i - Fi  [ 3 ] ,   B lu eto o t h ,   a n d   Z ig B ee   [ 4 ] .   I n   th e   ca s e   o f   Z i g B ee ,   u s all y   u s ed   in   W ir eless   Se n s o r   Net wo r k s   ( W SNs )   [ 5 - 6 ] ,   th tr an s m is s io n   r an g is   n o en o u g h   t o   co n v e y   th o ce an   in f o r m atio n   to   t h m o n ito r i n g   ce n ter .   Ot h er w i s e,   th e   tr an s m is s io n   r an g o f   C DM A   i s   u p   t o   1 /2   m ile  i n   ci ties ,   an d   it  ca n   b e   ex te n d ed   u p   to   5   m ile s   i n   r u r al  ar ea s .   B y   ad o p tin g   t h ad d itio n al   C DM i n ter f ac to   a   s u r f ac e   g ate w a y ,   U ASNs   ca n   co m m u n icate   w ith   lo w   p o w er   Z i g B ee   a m o n g   o t h er   s e n s o r   n o d es  an d   th e   g ate w a y   d ir ec tl y   co n n ec t to   th m o n ito r in g   ce n ter   w it h o u u n n ec as s r y   r ela y   p r o to co ls .     T h r em ai n d er   o f   th is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s .   Secti o n   2   b r ief l y   in tr o d u ce   t h r elate d   w o r k .   W th en   d escr ib th o v er all   ar ch itectu r o f   s u r f ac g ate w a y   in   Sectio n   3 .   Fin a ll y ,   S ec tio n   4   co n clu d es   th p ap er .       2.     RE L A T E WO RK   I n   t h is   s ec tio n ,   w in tr o d u ce   th o v er all  ar ch i tectu r e   o f   U ASNs .   E s p ec iall y ,   w d escr ib th e   b asic  co n ce p o f   U A SN s   w i th   th e ir   v ar io u s   co m p o n e n ts   a n d   d etail ed   o p er atio n s .   T h U A SN s   co n s i s ts   o f   m a n y   ti n y   u n d er w ater   s e n s o r   n o d es,  u n d er w ater   s in k   n o d es  an d   s u r f a ce   g ate w a y s .   E ac h   ti n y   s e n s o r   n o d p er f o r m s   a n   en v ir o n m e n tal  m o n ito r in g   w it h   s e v er al  u n d er w ater   s e n s o r   m o d u les t h at  co llect  t h eir   s u r r o u n d in g   e n v ir o n m e n t   in f o r m atio n .   I n   o r d er   to   co m m u n icate   w it h   n eig h b o r in g   n o d es  u n d er   th w ater ,   it  co n v e y s   m ea s u r ed   in f o r m atio n   to   t h s i n k   n o d e   v ia   u n d er w ater   ac o u s tic  m o d em   t h at  co n v er t s   b as ic  d i g ital   s i g n a to   a n   u ltra s o n ic  s ig n al.   Af ter   r ec ei v in g   r a w   d atas,  th e   u n d er w a ter   s i n k   n o d c h ec k s   t h o ce an   d ata  an d   s elec ti v el y   s en d s   t h e m   to   th s u r f ac g a te w a y .   Af ter   th at,   t h s u r f ac g ate w a y   ta k e s   r o le  o f   g en er al  r ela y   n o d b et w ee n   U A SN s   an d   i n f r a s tr u ctu r s u c h   as a n   ac ce s s   p o in t o r   b ase  s tatio n   [ 2 ] .     I n   o r d er   t o   s u p p o r lar g co v er ag o f   U A SN s ,   th co m m u n ic atio n   r an g o f   s u r f ac g ate w a y   i s   o n o f   th m aj o r   co n ce r n s .   I n   ca s o f   W SNs ,   th e y   e m p lo y   lo w   p o w er   co m m u n icat io n   tech n o lo g y ,   ca lled   Z ig B ee   to   r ed u ce   th e   e n er g y   co n s u m p tio n   o f   s e n s o r   n o d es.  I t   m ea n s   t h at  tr ad itio n a s en s o r   n et w o r k   h as   t h li m ita tio n   w h e n   t h e y   s h ar m o n ito r i n g   i n f o r m atio n   a m o n g   o th er   c lu s t er s   o f   s en s o r   n et w o r k s .   I n   ca s o f   U ASNs ,   d u to   th eir   d ep lo y m e n p o licies,  th e   s u r f ac g ate w a y   is   o f ten   f ar   f r o m   t h b ase  s tatio n .   T h u s ,   th e y   h a v to   s u p p o r t   b o th   lo w   p o w er   co m m u n ica tio n   a m o n g   o t h er   cl u s ter s   an d   lo n g   r an g co m m u n icatio n   f o r   th b ase  s tatio n .   Ho w e v er ,   v ar io u s   p r ev io u s   a p p r o ac h es  m ai n l y   co n s id er   t h lo w   p o w er   co m m u n icatio n .   T o   r em ed y   t h p r o b lem ,   o u r   s u r f ac g a te w a y   ex ch a n g es it s   ag g r eg ated   i n f o r m atio n   v ia  C DM A   in ter f ac e.       3.   DE S I G O F   H E T E RO G E N E O US SU RF ACE  G A T E W AY   3 . 1 .     T he  o v er a ll c o m po nent s   o f   s urf a ce   g a t e w a y     T h m ain   co m p o n e n ts   o f   th s u r f ac g a te w a y   ar a   m icr o co n tr o ller   m o d u le,   a   C DM co m m u n icatio n   m o d u le  a n d   R m o d u le.   Fi g u r e   1   illu s tr ate s   th b lo ck   d iag r a m   o f   t h s u r f ac g ate w a y .             Fig u r 1 .   B lo ck   d iag r a m   o f   s u r f ac g ate w a y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   2 A p r il   201 9   :   1 2 2 6   -   123 1   1228   T h g ate w a y   i s   eq u ip p ed   w it h   th A t m e g a1 2 8 L   as  Mic r o c o n tr o ller   Un it  ( M C U) .   T h A t m eg a1 2 8 L   is   t h o n o f   t h p o p u lar   lo w   p o w er   8 - b it  m icr o co n tr o ll er s   to   co n tr o th e   en tire   s y s t e m .   I co n s i s ts   o f   1 2 8 k b y te s   f las h ,   d u al   p r o g r am m ab le  U AR T s   an d   SP I   in t er f ac e .   On e   ch a n n el  o f   th e   U AR T   is   co n n ec ted   to   th s er ial  p o r o n   th co m p u te r   to   d e b u g   th d ev ice.   T h o th er   o n is   co n n ec ted   to   th C D MA   m o d u le  an d   th e   GP m o d u le  v ia  U AR T   s w ith cin g   m o d u le  to   av o id   s e v er co llis io n s   b et w ee n   b o th   m o d u le s .     W u s th Q u alco m m   M SM6 0 5 0   ch ip s et  as  C DM A   m o d u le.   I ca n   s u p p o r C DM A   2 0 0 0   p r o to c o an d   v ar io u s   i n ter f ac es  s u c h   as  U A R T   p o r ts ,   GPI an d   an   an ten n a.   A s   s h o w n   i n   t h Fi g u r e   2 ,   th C D M co n n ec ti v it y   ca n   tr an s f er   th p r o ce s s ed   d atas  f r o m   a n   ac ce s s   ar ea   to   t h ce ll u lar   n et w o r k   w it h   lo n g   r a n g e   co m m u n icatio n .   B ased   o n   th C DM A   p r o to co l,  th C DM m o d u les e s tab lis h e s   th b a s ic  co n n ec tio n   b et w ee n   th s u r f ac g a te w a y   an d   t h m o n ito r i n g   ce n ter .   Af ter   e s tab lis h in g   t h co n n ec tio n ,   ea ch   m o d u le  tr a n s m it s   t h e   d atas  w it h   t h r eg u lar   C DM A   p r o to co v ia  d u p lex   li n k .   T o   d is co n n ec t h co m m u n icatio n   li n k ,   o n m o d u l e   s en d s   d i s co n n ec tio n   co m m a n d .   Af ter   r ec ei v in g   t h co m m an d ,   th d esti n atio n   m o d u le  tr an s m it s   r esp o n s e   m es s ag to   co m p letel y   q u it  t h co n n ec tio n .   I n   ad d itio n ,   w h e n   th ti m er   is   e x p ier d ,   th e y   ar d is co n n ec ted .   T h C DM A   m o d u le  s tar t s   co n n e ctio n   ti m er   af ter   s u cc es s f u ll y   co n n ec ti n g   ea ch   o th er .   O n ce   t h ti m er   is   ex p ir ed ,   o n m o d u le  a u to m at icall y   s en d s   No   ca r r ier   m es s a g to   th d esti n atio n   m o d u le  to   d is co n n ec t th l in k .           Fig u r 2 .   C DM A   co m m u n ica t io n   f lo w s       As  s h o w n   in   t h Fi g u r e   3   w i m p le m e n t h p r o to ty p e   o f   th s u r f ac g ate w a y .   T h s u r f ac e   g ate ww a y   co n s i s ts   o f   f o u r   ar ea s .   T h f ir s ar ea   is   MCU   an d   s ec o n d   ar ea   is   C DM m o d u l e.   T h th ir d   ar ea   i s   th GP m o d u le  a n d   th f o u r t h   a r ea   is   th R m o d u le.   W u s C C 2 4 2 0   R FIC  as  th R m o d u le  to   s u p p o r th Z i g B ee   p r o to co l.  I p r o v id es  an   en er g y   ef f icie n c y   co m m u n icat io n   a m o n g   t h s u r f ac g ate w a y s   a n d   tin y   s en s o r   n o d es.  I f   th e   d is ta n c b et w ee n   t h s u r f ac g ate w a y   a n d   t h m o n ito r i n g   ce n ter   is   w it h i n   t h e   tr an s m is s io n   r an g o f   t h Z ig B ee   co n n ec ti v it y ,   it  ca n   a ls o   s u p p o r th d ata  ex ch a n g b et w ee n   t h e m .   I n   ad d itio n ,   w s et  GP m o d u le  f o r   t h p u r p o s o f   th e   lo ca tio n   b ased   s er v ice.   W u s MT MT 3 3 1 8   ch ip s et   to   s u p p o r m u lti - c h a n n el   a n d   h ig h   ac c u r ac y   p o s i tio n in g   s er v ice.   T h GP m o d u le  p er io d icall y   tr an s m it s   lo ca tio n   i n f o r m a tin   w it h   lo n g it u d e,   latit u d e,   ti m e,   n u m b er   o f   s atellite s   an d   s o   o n .   W o b tain   latitu d an d   lo n g it u d f r o m   th lo ca tio n   in f o r m atio n   an d   ca l cu late  t h ex ac t p o s itio n   o f   t h e   n o d e.             Fig u r 3 .   T h p r o to ty p o f   th e   s u r f ac g ate w a y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   h etero g en eo u s   s u r fa ce   g a tew a fo r   u n d erw a ter a co u s tic   ( Yo u n g ju n   Jo )   1229   3 . 2 .     T he  ba s ic  o pera t io n f lo w   o f   s urf a ce   g a t ewa y   I n   o r d er   to   co n tr o th u n d er w ater   r o b o th r o u g h   t h ac o u s tic  m o d e m   a n d   t h C DM A   m o d u le,   we   d esig n   t h b asic   o p er atio n   f lo w   o f   s u r f ac g ate w a y .   T h d et ailed   o p er atio n   o f   t h s u r f ac g ate w a y   d ep en d s   o n   th M A C   p r o to co l.  I n   o u r   ex p er i m en tatio n ,   w m ai n l y   f o c u s   o n   t h T DM A   b as ed   MA C   p r o to co l.   I t p er io d ically   co n v e y s   w a k eu p   s ch ed u les  v ia  a   b ea co n   m es s ag e.   B ased   o n   th e   m e s s a g e,   ea ch   n o d ca n   s et  t h e   tr an s m is s io n   ti m i n g   f o r   u n d er w ater   r o b o t c o n tr o l m e s s a g es  an d   d ata  ex ch a n g e s .   Fig u r e   4   s h o w s   th b as ic  o p er atio n   f lo w   o f   t h ac o u s t ic  m o d em .   I f   t h ac o u s t ic  m o d e m   r ec eiv es  t h e   m es s ag e s ,   it   ch ec k s   t h p r es en ce   o f   t h b ea co n   m e s s a g e.   I f   i co n ta in s   t h b ea co n   m ess a g e,   t h g ate w a y   ex tr ac ts   ti m s c h ed u le.   B ased   o n   th ti m s c h ed u le,   it  d ete r m in e s   w h eth er   s en d i n g   co n tr o l   m ess a g e s   to   th e   s in k   n o d o r   n o t.  T o   r eliab l y   c o n tr o th e   r o b o t,  th g ate w a y   p er io d ically   s e n d s   r o b o co n tr o m e s s a g w i th   it s   b u f f er   i n f o r m atio n .   I n   ad d itio n ,   i n   t h d ata  g at h er in g   p h ase,   th e   s u r f ac g ate w a y   lis te n s   f o r   th m e s s a g f r o m   th ac o u s tic  m o d e m .   Af ter   r ec eiv i n g   s o m e   g at h er ed   d ata  f r o m   t h u n d er w ater   s in k   n o d e,   th s u r f ac e   g ate w a y   s en d s   it  to   t h m o n ito r i n g   ce n t er   th r o u g h   C DM m o d u le.   I n   th i s   ca s e,   w e   ca n   d y n a m ical l y   ad j u s t h co n tr o p er io d   an d   in f o r m atio n   s h ar i n g   p er io d .   I f   w e   d etec ts   a   s p ec i f ic  e v en i n   th e   o ce an   s p o t,  w e   i n cr ea s t h e   in f o r m atio n   s h ar i n g   p er io d   to   g eth er   m o r in f o r m atio n   an d   c o n v e y   th e m   to   th m o n ito r in g   ce n ter .     Fig u r e   5   s h o w s   t h b as ic  o p er atio n   f lo w   o f   C DM m o d u le.   I n   th e   in itial p h ase,   t h g ate w a y   co n tr o ls   its   C DM A   m o d u le   to   co n n ec to   th e   r e m o te   m o n ito r in g   ce n ter .   Af ter   t h at,   it   w ait s   f o r   t h i n co m i n g   r o b o co n tr o m e s s a g es   f r o m   t h C D MA   m o d u le.   W h e n   t h co n tr o m e s s a g ar r iv e s   f r o m   th e   m o n ito r in g   ce n ter ,   t h e   MCU  k ee p s   t h m e s s a g es  f o r   w h ile.   W h ile  s a v i n g   th r o b o co n t r o m ess a g es,  it  tr ies  to   s en d   t h e m   to   th e   u n d er w ater   s i n k   n o d e.   I f   th s en d in g   o p er atio n   f ails ,   th n o d clea r s   th b u f f er   co n tai n i n g   co n tr o m ess a g e s .   I f   th co n tr o m e s s a g is   d r o p p ed   in   th s u r f ac g ate w a y ,   it   n o tif ie s   th s tatu s   o f   th co n t r o m e s s a g e   to   th m o n ito r i n g   ce n ter .   O n ce   th m o n ito r i n g   ce n ter   d etec t s   th lo s s   o f   co n tr o m es s a g es,   it  s u cc es s iv e l y   r etr an s m it s   t h o r ig i n al   co n tr o m es s ag e   to   th e   s u r f ac e   g ate w a y   to   s u p p o r r eliab l e   tr an s m is s io n .   Ho w e v er ,   e x ce s s i v r etr an s m is s io n   ca n   d e g r ad th o v e r all  p er f o r m a n ce   o f   t h s y s te m .   T h u s ,   th m o n ito r in g   ce n ter   ad ap tiv el y   c h an g t h r etr an s m is s io n   co u n ac co r d in g   to   t h w ir eles s   ch a n n el   s tatu s .   W h e n   th e y   ex p er ien ce   s ev er i n ter f er en ce   f r o m   d i v er s e n v ir o n m e n tal   f ac to r s ,   t h c en ter   d ec r ea s es   t h e   r etr an s m is s io n   tr ial s   to   r ed u ce   u n n ec es s ar y   tr a n s m i s s io n s .             Fig u r 4 .   T h o p er atio n   f lo w   o f   th ac o u s tic  m o d e m       Fig u r 5 .   T h o p er atio n   f lo w   o f   th C DM A   m o d u le     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   2 A p r il   201 9   :   1 2 2 6   -   123 1   1230   3 . 3 .     L o w   po w er   info rm a t io n   s ha ring   o f   s urf a ce   g a t e wa y   T h s u r f ac g ate w a y   ca n   u s lo w   p o w er   Z ig B ee   i n ter f ac e   to   co m m u n icate   o th er   s en s o r   clu s ter s .   Du to   th e   lo w   p o w er   r eq u ir e m en t,  t h g ate w a y   s elec ti v el y   u s e   b o th   t h e   C DM m o d u le  an d   th e   Z ig B ee   m o d u le.   T h en er g y   co n s u m p tio n   o f   t h C DM A   m o d u le  is   m u ch   h i g h er   th a n   t h Z i g B ee   m o d u le.   Fo r   t h i s   r ea s o n ,   th e   g ate w a y   s h ar es  b a s ic  co n tr o i n f o r m aio n   a m o n g   s en s o r   clu s ter s   v ia  t h Z i g B ee   m o d u le.   W h en   w p er f o r m   lo w   p o w er   i n f o r m ati o n   s h ar i n g ,   w s h o u ld   co n s id er   th e   cr o s s - tech n o lo g y   in ter f er en ce   ( C T I )   [ 7 ] - [ 9 ]   f r o m   o t h er   w ir eless   tech n o lo g ies  s u c h   a s   W i - Fi ,   B lu eto o th   a n d   B lu eto o th   L o w   E n er g y   ( B L E ) .   I f   o th e r   d ev ices  clo s e   to   t h g a te w a y   ex ch a n g t h eir   i n f o r m aio n   th r o u g h   t h o s w ir ele s s   tech n o lo g ies,  th e y   a g g r ev ate   th p er f o r m an ce   o f   t h lo w   p o w er   co m m u n ica tio n .   T o   in v e s ti g ate  t h i n ter f er en ce ,   w m ea s u r P ac k e t   Deliv er y   R at io   ( P DR )   o f   Z ig B ee   in ter f ac i n   o u r   lab   en v ir o n m en t.  A s   s h o w n   i n   th e   Fig u r e   6   w u s a   tr ad itio n al  w ir eles s   s e n s o r   n o d e,   ca lled   telo s B   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ]   to   m ea s u r n o r m al   Z ig B ee   p e r f o r m an ce .   Fi g u r e   s h o w s   t h i n ter f er e n ce   r esu lt  o f   W i - Fi  clie n t s .   A s   t h n u m b er   o f   W i - Fi  clie n ts   i n cr ea s es,  th P DR   o f   Z i g B ee   in ter f ac e s   ar e   d ec r ea s ed   d u e   to   t h cr o s s - tec h n o lo g y   i n te r f er en ce .   T o   av o id   t h i n ter f er en ce   p r o b le m   i n   th s u r f ac g ate w a y ,   w p er io d icall y   ch a n g t h o p er atio n   ch a n n el  o f   Z ig B ee   i n ter f a ce   af ter   m ea s u r in g   th in ter f ac le v el.             Fig u r 6 .   E x p er i m en tal  s et u p - i n ter f er e n ce   m ea s u r e m e n t       Fig u r 7 .   P ac k er   d eliv er y   r atio   o f   Z i g B ee   in ter f ac e       4.   CO NCLU SI O   I n   t h is   p ap er ,   w i n tr o d u ce d   t h h eter o g e n eo u s   ar ch itect u r o f   t h s u r f ac e   g a te w a y .   T h ar ch itect u r e   h as  m u ltip le  w ir ele s s   in ter f ac es  to   p r o v id r eliab le  an d   e f f i cien co n n ec ti v it y .   I n   ad d itio n ,   w p r o p o s ed   th e   s u r f ac g ate w a y   o p er atio n   f lo w s   w it h   m u ltip le   i n ter f ac es.  Ou r   p r o to ty p ca n   s u p p o r lo n g   r an g e   co m m u n icatio n   w it h   th ce ll u lar   n et w o r k   p r o v id in g   w id e r   an d   s tr o n g er   co n n ec tio n   wh ich   is   p o s s ib le  f o r   r eliab le  co n n ec tiv it y   b et w ee n   th s u r f ac g ate w a y   an d   m o n i to r in g   ce n ter .   I n   ad d itio n ,   o u r   p r o to ty p ca n   also   s u p p o r th e   lo w   p o w er   in f o r m atio n   s h ar i n g   a m o n g   s u r f ac e   g ate w a y   a n d   ti n y   s e n s o r   n o d es.   T h is   p ap er   m ai n l y   f o cu s   o n   th ce llu lar   an d   Z i g B ee   n et w o r k .   Ho w ev er ,   if   w e   em b ed   an o th er   m o d u le  s u c h   as  W L A N,   w ca n   co v er   v ar io u s   U A SN s   s ce n ar i o s .   I n   ad d itio n ,   c o n s id er i n g   m o b ilit y ,   an   a u to m atica ll y   s ea r c h in g   t h ap p r o p r iate  w ir ele s s   c h an n el  m ec h a n i s m   i s   n ee d ed   f o r   m o b ile  g ate w a y   f o r   ef f icie n t d ata  tr an s m i s s io n   i n   th f u tu r e.         ACK NO WL E D G E M E NT S   T h is   w o r k   w a s   s u p p o r ted   b y   t h Natio n a R esear c h   Fo u n d at io n   o f   Ko r ea ( NR F)  g r a n f u n d ed   b y   t h Ko r ea   g o v er n m en t( M SIT )   ( N o .   NR F - 2 0 1 8 R 1 C 1 B 5 0 3 8 8 1 8 ) .       RE F E R E NC E   [1 ]   I.   F .   A k y il d iz,  D.  P o m p il i,   a n d   T .   M e lo d ia,  Un d e rw a ter  Ac o u stic   S e n so Ne tw o rk s Re s e a rc h   Ch a ll e n g e s , ”  Ad   Ho c   Ne two rk s ,   p p . 2 5 7 - 2 7 9 ,   M a y   2 0 0 5 .   [2 ]   Jim   P a rtan   e a l. ,   A   S u rv e y   o f   P ra c ti c a Iss u e in   Un d e rw a ter   Ne t w o rk s ,   In   p ro c .   ACM   In ter n a ti o n a W o rk sh o p   o n   Un d e rwa ter   Ne two rk s ( W UW N e t)   [3 ]   W irele ss   LAN M e d iu m   Ac c e ss   Co n tr o ( M A C)  a n d   P h y sic a l:   S p e c ica ti o n s,   IEE E   S td   8 0 2 . 1 1 ,   2 0 0 7 .   [4 ]   W irele ss   M e d iu m   Ac c e s Co n tro (M A C)  a n d   P h y sic a L a y e (P HY S p e c ica ti o n f o L o w - Ra te  W irele ss   P e rso n a l   A re a   Ne t w o rk s ( L R - W P AN s) ,   IEE E   S t d .   8 0 2 . 1 5 . 4 ,   2 0 0 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   h etero g en eo u s   s u r fa ce   g a tew a fo r   u n d erw a ter a co u s tic   ( Yo u n g ju n   Jo )   1231   [5 ]   Ak y il d iz,  W .   S u ,   Y.  S a n k a ra su b r a m a n ia m   a n d   E.   Ca y irci ,   A   S u rv e y   o n   S e n so Ne tw o rk s ,”   IEE Co mm u n ica ti o n M a g a zin e V o l:   4 0 .   Iss u e 8 ,   p p .   1 0 2 - 1 1 4 ,   2 0 0 2 .   [6 ]   Ji  Z,   De sig n   o f   a n   In teg ra ted   Co n tr o ll e Ba se d   o n   Zi g Be e   W irel e ss   S e n so Ne tw o rk ,”   T EL KOM NIKA  In d o n e si a n   J o u rn a o El e c trica En g in e e rin g ,   1 1 (8 ):  4 4 1 4 - 4 4 2 1 2 0 1 3 .   [7 ]   Zh u   J ,   W a lt h o   A ,   Ya n g   X,  G u o   X ,   M u lt i - Ra d io   Co e x iste n c e Ch a ll e n g e a n d   Op p o rt u n it ies ,   In   P ro c e e d in g o f   th e   1 6 t h   In ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   Co mp u ter   C o mm u n ic a ti o n a n d   Ne two rk ( ICCCN).   P isc a ta w a y ,   NJ ,   USA IEE E;   2 0 0 7 : 3 5 8 - 3 6 4 .   1 0 . 1 1 0 9 /ICCCN. 2 0 0 7   [8 ]   Ng a   Din h ,   S a n g so o n   L im ,   A n a l y sis  o f   IEE 8 0 2 . 1 5 . 4   Be a c o n - E n a b led   M A P r o to c o l,   In ter n a ti o n a J o u r n a o f   El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) V o l .   6 ,   No   3 .   J u n e   2 0 1 6 .   [9 ]   G u m m a d R,   Ba lak rish n a n   H,  S e sh a n   S ,   M e tr o n o m e Co o rd i n a ti n g   S p e c tru m   S h a rin g   i n   He tero g e n e o u W irele ss   Ne tw o rk s ,   In   P ro c e e d in g o Fi rs In ter n a ti o n a W o rk sh o p   o n   Co mm u n ic a ti o n   S y ste ms   a n d   Ne two rk ( CO M S NET S ).   P isc a taw a y ,   NJ ,   U S A IEE E;   1 5 7 - 1 6 6 ,   2 0 0 9 .   [1 0 ]   Co n ti k iOS ,   h tt p :/ /w ww . c o n ti k io s.o rg .     [1 1 ]   T e lo sB,  h tt p :/ /www . m e m sic . c o m / u se rf il e s/ f il e s/Da ta sh e e ts/W S N/te lo sb _ d a tas h e e t. p d f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.