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