Distributed Algorithms via Acoustic Marine Communication Gateways

Abstract

Denne rapporten presenterer utviklingen og implementasjonen av et undervannskommunikasjonsystem designet for å forbedre distribuerte optimeringsalgoritmer. Prosjektet bygger på tidligere arbeid som fokuserte på å optimere OFDM parametere for å forbedre kommunikasjonsytelse i undervannsmiljøer. Hovedmålet var å fysisk realisere og teste systemet med akustiske modem.

Prosjektet hadde tre hovedmål: forbedre en kostfunksjon til å ta hensyn til faktorer som støy og pakketap, oppsett av et kommunikasjonsrammeverk, og integrering av optimeringsalgoritmen med maskinvaren. Det resulterende systemet bruker JANUS-standaren for initial kommunikasjon som finner optimale parametre før et eventuelt bytte til en protokoll med høyere bit rate for dataoverføring.

Testing av kommunikasjonsprotokollen med optimeringsalgoritmen viser potensiale for konvergens med enkle optimeringsproblemer, og til en viss grad for mer komplekse også. Simulering med den nye kostnadsfunksjonen har vist at å endre måten den håndterer pakketap på leder til et bedre utfall.

Rapporten demonstrerer gjennomførbarheten til en modulær, distribuert optimerings-basert tilnærming for undervannskommunikasjon, som driver teknologien fremover og legger grunnlaget for fremtidige fremskritt innenfor autonome undersjøiske kommunikasjonssystemer.

This thesis presents the development and implementation of an underwater communication system designed to improve distributed optimization algorithms. The project builds upon prior work focused on optimizing Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) parameters for enhanced communication performance in underwater environments. The primary objective was to physically realize and test the system using underwater acoustic modems.

The project involved three main tasks: refining a cost function to incorporate factors such as noise and packet loss, setting up the communication framework, and integrating the optimization algorithm with the hardware. The resulting system employs the JANUS standard for initial communication to establish optimal parameters before an eventual switch to a higher bit rate protocol for data transfer.

Testing the communication protocol with the optimization algorithm shows potential for convergence in simple optimization problems, and to a certain degree more complex ones as well. Simulating with the new cost function has shown that changing the way it handles packet losses leads to a better outcome.

The thesis demonstrates the feasibility of a modular, distributed optimization-based approach to underwater communication, pushing the technology forward and laying the groundwork for future advancements in autonomous subsea communication systems.