Distributed Optimization Based Adaptive Underwater Communication Schemes

Abstract

Denne bacheloroppgaven presenterer utviklingen av et kommunikasjonssystem for EvoLogics modemer som bruker standardprotokollen JANUS for undervannskommunikasjon. Det blir også integrert en optimaliseringsalgoritme for Subnero modemer ved bruk av ROS 2 (Robot Operating System) som rammeverk.

Algoritmen for optimalisering er basert på en robust og asynkron Newton-Raphson konsensus (ra-NRC), som kombinert med undervannsmodemer og ROS 2 skal ta stilling til utfordringer ved undervannskommunikasjon. Dette ønskes å oppnås ved å forbedre effektiviteten og nøyaktigheten av sending av data ved bruk av konveks optimalisering. Et av hovedpunktene i oppgaven ligger i utviklingen av programvare som etablerer mulighet for kommunikasjon mellom undervannsmodem fra EvoLogics og Subnero. Denne kommunikasjonen er basert på ANEP-87 standard, og er en standard brukt av NATO for undervannskommunikasjon ved bruk av akustiske signaler. I tillegg er bruken av SDMSH og JANUS bibliotekene med EvoLogics modemene forenklet. Til slutt ønskes disse aspektene å bli integrert sammen for å oppnå optimalisert kommunikasjon mellom forskjellige typer undevannsmodem.

Optimaliseringen av parametre for effektiv undervannskommunikasjon har ikke blitt implementert enda. Imidlertid har det blitt testet at konveks optimalisering fungerer mellom virtuelle modem ved bruk av simulering i UnetStack. Videre har diverse løsninger blitt brukt for å oppnå et modulært og forståelig system, med en mulighet for en videreutvikling som kan tilpasses spesifikke behov.

This thesis presents the development of a communication mechanism for the EvoLogics modems using the JANUS protocol, an underwater communication standard, and the integration of an optimization algorithm with the Subnero modems using ROS 2 (Robot Operating System) as the framework.

The optimization algorithm, based on a robust and asynchronous Newton-Raphson consensus, ra-NRC, combined with underwater modems and ROS 2, aims to address the challenges faced in underwater communication schemes, by improving the efficiency and accuracy of data transmission by using convex optimization. The other key aspect lies within the development of software, meant to establish the possibility of mixed subsea communication with the EvoLogics and Subnero underwater modems. This communication is based on the ANEP-87 standard, the standard for underwater communication for NATO, an international standard for subsea communication using acoustic waves. Additionally, the use of SDMSH and JANUS for EvoLogics modems has been simplified.

Finally, these aspects are integrated together to achieve optimized mixed-vendor modem communication. The optimization of communication parameters to achieve efficient communication has yet to be applied. However, it has been tested through a UnetStack simulation that the convex optimization works between two virtual modems. Various tools are used to achieve a modular and comprehensive system, with the possibility to be built further for custom needs.