Comunicação Subaquática Autor: Daniel Vega Simões Professores: Luis Henrique Maciel Costa e Otto Muniz Bandeira Duarte Disciplina: 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 Desvantagens 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 Militares 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 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 Camada de Enlace Camada de Rede 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 Grande potencial Custo elevado Padrões não definidos Grande potencial Grande número de aplicações científicas e comerciais

Comunicação Subaquática Autor: Daniel Vega Simões Professores: Luis Henrique Maciel Costa e Otto Muniz Bandeira Duarte Disciplina: 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.

Comunicação Subaquática Autor: Daniel Vega Simões Professores: Luis Henrique Maciel Costa e Otto Muniz Bandeira Duarte Disciplina: Redes de Computadores II Outubro 2008