Comunica

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Comunicação Subaquática

• Autor Daniel Vega Simões
• Professores Luis Henrique Maciel Costa e Otto
  Muniz Bandeira Duarte
• Disciplina Redes de Computadores II

Outubro 2008
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Índice

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

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Motivação

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

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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

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Motivação

• Solução ? Comunicação Subaquática
• Formação de uma rede subaquática
• Comunicação entre os nós
• Comunicação entre os nós e uma base terrestre

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Motivação

• Aplicações
• Dados oceanográficos
• Ex corrente marítima, temperatura, salinidade
• Prevenção de catástrofes naturais
• Militares
• Submarinos

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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

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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

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Desafios do Meio

• Melhor opção ? Comunicação Acústica
• Limitações
• Banda passante
• Maior distância
• Maior absorção

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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

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Desafios do Meio

• Melhor opção ? Comunicação Acústica
• Limitações
• Reverberações ? Alta taxa de erros

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Desafios do Meio

• Melhor opção ? Comunicação Acústica
• Limitações
• Bateria
• Dificuldade de troca
• Custos com transporte e equipamentos

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Comunicação Subaquática

• Camadas de Comunicação em Rede

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Comunicação Subaquática

• Camada Física
• Funções
• Transmissor ? Conversão de bits em sinais
• Receptor ? Conversão de sinais em bits
• Comunicação Acústica
• SOund NAvigation and Ranging (SONAR)

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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

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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

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Comunicação Subaquática

• SONAR ativo

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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

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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

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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

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Comunicação Subaquática

• Camada de Enlace
• Protocolos
• ALOHA
• S-ALOHA
• CSMA
• CSMA-CD
• Outros

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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

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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

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Conclusão

• Tecnologia em desenvolvimento
• Custo elevado
• Padrões não definidos
• Grande potencial
• Grande número de aplicações científicas e
  comerciais

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Comunicação Subaquática

• Autor Daniel Vega Simões
• Professores Luis Henrique Maciel Costa e Otto
  Muniz Bandeira Duarte
• Disciplina Redes de Computadores II

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Perguntas e Respostas

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

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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.

28
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?

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Perguntas e Respostas

• No que se baseia o funcionamento do SONAR?

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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?

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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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Comunicação Subaquática

• Autor Daniel Vega Simões
• Professores Luis Henrique Maciel Costa e Otto
  Muniz Bandeira Duarte
• Disciplina Redes de Computadores II

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