Comunicação Subaquática Autor: Daniel Vega Simões Professores: Luis Henrique Maciel Costa e Otto...

Comunicação Subaquática

Autor: Daniel Vega SimõesProfessores: Luis Henrique Maciel Costa e Otto Muniz Bandeira DuarteDisciplina: Redes de Computadores II

Outubro 2008

Índice

•Motivação•Desafios do Meio•Comunicação Subaquática•Tendências Futuras•Conclusão•Perguntas e Respostas•Bibliografia

Motivação

•Abordagem Atual▫Dispositivos no fundo do lago ou mar▫Coleta de dados por tempo determinado▫Recuperação dos dispositivos

Motivação

•Vantagens▫Dispositivos mais simples▫Preço mais acessível

•Desvantagens▫Dados coletados apenas no fim da

campanha▫Impossível reconfigurar os dispositivos▫Restrição de capacidade de

armazenamento▫Qualquer falha compromete toda a

campanha

Motivação

•Solução Comunicação Subaquática▫Formação de uma rede subaquática

Comunicação entre os nós▫Comunicação entre os nós e uma base

terrestre

Motivação

•Aplicações▫Dados oceanográficos

Ex: corrente marítima, temperatura, salinidade

Prevenção de catástrofes naturais▫Militares

Submarinos

Motivação

•Aplicações▫Exploração, perfuração e produção de

petróleo e gás Posicionamento de equipamentos Condições subaquáticas Auxílio à navegação

▫Ambientais Ex: pH, salinidade, poluentes químicos Fiscalização

Desafios do Meio

•Comunicação eletromagnética e óptica▫Pouco eficientes▫Eletromagnética

Atenuações Alta potência e baixa frequência Grandes

antenas▫Ópticas

Absorção da luz pelo meio Difrações Alinhamento

Desafios do Meio

•Melhor opção Comunicação Acústica▫Limitações

Banda passante Maior distância

Maior absorção

Desafios do Meio

•Melhor opção Comunicação Acústica▫Limitações

Velocidade da onda eletromagnética no ar 300.000 km/s

Velocidade do som na água 1500 m/s Latência

Maior número de colisões Ex: nós separados de 150 metros 100 ms

Desafios do Meio

•Melhor opção Comunicação Acústica▫Limitações

Reverberações Alta taxa de erros

Desafios do Meio

•Melhor opção Comunicação Acústica▫Limitações

Bateria Dificuldade de troca Custos com transporte e equipamentos

Comunicação Subaquática

•Camadas de Comunicação em Rede

Comunicação Subaquática

•Camada Física▫Funções

Transmissor Conversão de bits em sinais Receptor Conversão de sinais em bits

▫Comunicação Acústica SOund NAvigation and Ranging (SONAR)

Comunicação Subaquática

•SONAR▫Presença de obstáculos para os navios▫Comunicação com código Morse em

submarinos▫Presença de navios inimigos em território

nacional▫SONAR ativo e SONAR passivo

Comunicação Subaquática

•SONAR ativo▫Semelhante ao sistema de localização e

comunicação de morcegos e golfinhos▫Criação de um pulso de som▫Escuta do eco do som refletido pelo objeto▫Distância calculada pela medida do tempo

de ida e volta do pulso

Comunicação Subaquática

•SONAR ativo

Comunicação Subaquática

•Camada de Enlace▫Funções

Transmissor Dividir pacotes em quadros Ex: tamanho do quadro, número de sequência

etc Receptor Verificar integridade dos quadros

Cyclic Redundancy Check (CRC) Receptor Montar os quadros na ordem

certa

Comunicação Subaquática

•Camada de Enlace▫Controle de Acesso Múltiplo ao Meio▫Métodos

Frequency Division Multiple Access (FDMA) Faixa de frequência exclusiva para cada nó Inviável devido à banda passante

Time Division Multiple Access (TDMA) Divisão em intervalos de tempo Inviável devido à latência e à necessidade de

sincronismo

Comunicação Subaquática

•Camada de Enlace▫Controle de Acesso Múltiplo ao Meio▫Métodos

Code Division Mutiple Access (CDMA) Inserção de códigos de pseudo-ruído nas

transmissões Utilização da mesma faixa de frequência

Comunicação Subaquática

•Camada de Enlace▫Protocolos

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMA-CD Outros

Comunicação Subaquática

•Camada de Rede▫Pró-ativos, reativos ou geográficos

Pró-ativos Atualização e divulgação constante das tabelas Sobrecarga da rede Não recomendado

Reativos Fazem a rota quando necessário Maior latência e sobrecarga Não recomendado

Geográficos Localização conhecida Falta de GPS Não viável ainda

Tendências Futuras•Camada Física

▫Controle automático da potência de transmissão•Camada de Enlace

▫CDMA com soluções que permitam hibernação•Camada de Rede

▫Múltiplos Saltos•Baterias

▫Dispositivos mais autônomos•Preços

▫Queda dos preços devido à difusão da tecnologia

Conclusão

•Tecnologia em desenvolvimento▫Custo elevado▫Padrões não definidos

•Grande potencial▫Grande número de aplicações científicas e

comerciais

Comunicação Subaquática

Autor: Daniel Vega SimõesProfessores: Luis Henrique Maciel Costa e Otto Muniz Bandeira DuarteDisciplina: Redes de Computadores II

Outubro 2008

Perguntas e Respostas

•Qual o método utilizado atualmente para coleta de dados subaquáticos? Cite algumas vantagens de desvantagens.

Perguntas e Respostas

•Qual o método utilizado atualmente para coleta de dados subaquáticos? Cite algumas vantagens de desvantagens.

•Cite 2 aplicações práticas das redes subaquáticas.

Perguntas e Respostas

•Qual o método utilizado atualmente para coleta de dados subaquáticos? Cite algumas vantagens de desvantagens.

•Cite 2 aplicações práticas das redes subaquáticas.

•Quais os problemas que ocorrem com as ondas eletromagnéticas e a comunicação óptica nos meios subaquáticos?

Perguntas e Respostas

•No que se baseia o funcionamento do SONAR?

Perguntas e Respostas

•No que se baseia o funcionamento do SONAR?

•Quais os 2 problemas que inviabilizam a utilização do método TDMA para controle de acesso ao meio?

Bibliografia• [1] Sozer, E.M., Stojanovic, M., e Proakis, J.G. (2000). "Underwater Acoustic

Networks" em IEEE Journal of Oceanic Engineering, Vol. 25, No. 1.• [2] Heidemann, J., Ye, W., Wills, J., Syed, A., e Li, Y. "Research Challenges

and Applications for Underwater Sensor Networking". Information Sciences Institude, University of Southern California.

• [3] Proakis, J.G., Sozer, E.M., Rice, J.A., Stojanovic, M. (Nov. 2001). "Shallow Water Acoustic Networks" em IEEE Communications Magazine, páginas 114-119.

• [4] Akyildiz, I.F., Pompili, D., e Tommaso, M. "Challenges for Efficient Communication in Underwater Acoustic Sensor Networks". Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA.

• [5] Partan, J., Kurose, J., e Levine, B.N. (2007). "A Survey of Practical Issues in Underwater Networks" em Mobile Computing and Communications Review, Vol. 11, No. 4, páginas 23-33.

• [6] Penteado, D., Costa, L. H. M. K., Pedroza, A. C. P., e Duarte, O. C. M. B. (2008). "Redes Acústicas de Sensores Subaquáticos: Estado da Arte, Desafios e Tendências". Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ.

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Outubro 2008