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Underwater Communication System: Challenges and Solutions

Explore the challenges of underwater communication, the emergence of underwater networks, applications in various industries, and future trends in technology. Discover how acoustic communication addresses limitations and the potential for advancements.

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Underwater Communication System: Challenges and Solutions

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Presentation Transcript

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

  2. Índice • Motivação • Desafios do Meio • ComunicaçãoSubaquática • TendênciasFuturas • Conclusão • Perguntas e Respostas • Bibliografia

  3. Motivação • AbordagemAtual • Dispositivos no fundo do lagoou mar • Coleta de dados por tempo determinado • Recuperação dos dispositivos

  4. Motivação • Vantagens • Dispositivosmais simples • Preçomaisacessível • Desvantagens • Dados coletadosapenas no fimdacampanha • Impossívelreconfigurarosdispositivos • Restrição de capacidade de armazenamento • Qualquerfalhacomprometetoda a campanha

  5. Motivação • Solução ComunicaçãoSubaquática • Formação de umaredesubaquática • Comunicação entre osnós • Comunicação entre osnós e uma base terrestre

  6. Motivação • Aplicações • Dados oceanográficos • Ex: correntemarítima, temperatura, salinidade • Prevenção de catástrofesnaturais • Militares • Submarinos

  7. Motivação • Aplicações • Exploração, perfuração e produção de petróleo e gás • Posicionamento de equipamentos • Condiçõessubaquáticas • Auxílio à navegação • Ambientais • Ex: pH, salinidade, poluentesquímicos • Fiscalização

  8. Desafios do Meio • Comunicaçãoeletromagnética e óptica • Poucoeficientes • Eletromagnética • Atenuações • Alta potência e baixafrequência Grandesantenas • Ópticas • Absorçãodaluzpelomeio • Difrações • Alinhamento

  9. Desafios do Meio • Melhoropção ComunicaçãoAcústica • Limitações • Banda passante • Maiordistância • Maiorabsorção

  10. Desafios do Meio • Melhoropção ComunicaçãoAcústica • Limitações • Velocidadedaondaeletromagnética no ar • 300.000 km/s • Velocidade do somnaágua • 1500 m/s  Latência • Maiornúmero de colisões • Ex: nósseparados de 150 metros  100 ms

  11. Desafios do Meio • Melhoropção ComunicaçãoAcústica • Limitações • Reverberações  Alta taxa de erros

  12. Desafios do Meio • Melhoropção ComunicaçãoAcústica • Limitações • Bateria • Dificuldade de troca • Custos com transporte e equipamentos

  13. ComunicaçãoSubaquática • Camadas de ComunicaçãoemRede

  14. ComunicaçãoSubaquática • CamadaFísica • Funções • Transmissor Conversão de bits emsinais • Receptor  Conversão de sinaisem bits • ComunicaçãoAcústica • SOundNAvigation and Ranging (SONAR)

  15. ComunicaçãoSubaquática • SONAR • Presença de obstáculosparaosnavios • Comunicação com código Morse emsubmarinos • Presença de naviosinimigosemterritórionacional • SONAR ativo e SONAR passivo

  16. ComunicaçãoSubaquática • SONAR ativo • Semelhanteaosistema de localização e comunicação de morcegos e golfinhos • Criação de um pulso de som • Escuta do eco do somrefletidopeloobjeto • Distânciacalculadapelamedida do tempo de ida e volta do pulso

  17. ComunicaçãoSubaquática • SONAR ativo

  18. ComunicaçãoSubaquática • Camada de Enlace • Funções • Transmissor Dividirpacotesemquadros • Ex: tamanho do quadro, número de sequência etc • Receptor  Verificarintegridade dos quadros • Cyclic Redundancy Check (CRC) • Receptor  Montarosquadrosnaordemcerta

  19. ComunicaçãoSubaquática • Camada de Enlace • Controle de AcessoMúltiploaoMeio • Métodos • Frequency Division Multiple Access (FDMA) • Faixa de frequênciaexclusivaparacadanó • Inviáveldevido à bandapassante • Time Division Multiple Access (TDMA) • Divisãoemintervalos de tempo • Inviáveldevido à latência e à necessidade de sincronismo

  20. ComunicaçãoSubaquática • Camada de Enlace • Controle de AcessoMúltiploaoMeio • Métodos • Code Division Mutiple Access (CDMA) • Inserção de códigos de pseudo-ruídonastransmissões • Utilizaçãodamesmafaixa de frequência

  21. ComunicaçãoSubaquática • Camada de Enlace • Protocolos • ALOHA • S-ALOHA • CSMA • CSMA-CD • Outros

  22. ComunicaçãoSubaquática • Camada de Rede • Pró-ativos, reativosougeográficos • Pró-ativos • Atualização e divulgaçãoconstante das tabelas • Sobrecargadarede Nãorecomendado • Reativos • Fazem a rotaquandonecessário • Maiorlatência e sobrecarga  Nãorecomendado • Geográficos • Localizaçãoconhecida • Falta de GPS  Nãoviávelainda

  23. TendênciasFuturas • CamadaFísica • Controleautomáticodapotência de transmissão • Camada de Enlace • CDMA com soluçõesquepermitamhibernação • Camada de Rede • MúltiplosSaltos • Baterias • Dispositivosmaisautônomos • Preços • Queda dos preçosdevido à difusãodatecnologia

  24. Conclusão • Tecnologiaemdesenvolvimento • Custoelevado • Padrõesnãodefinidos • Grande potencial • Grande número de aplicaçõescientíficas e comerciais

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

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

  27. 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?

  29. Perguntas e Respostas • No que se baseia o funcionamento do SONAR?

  30. 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?

  31. Bibliografia • [1] Sozer, E.M., Stojanovic, M., e Proakis, J.G. (2000). "UnderwaterAcoustic Networks" em IEEE JournalofOceanicEngineering, Vol. 25, No. 1. • [2] Heidemann, J., Ye, W., Wills, J., Syed, A., e Li, Y. "ResearchChallengesand Applications for Underwater Sensor Networking". InformationSciencesInstitude, UniversityofSouthernCalifornia. • [3] Proakis, J.G., Sozer, E.M., Rice, J.A., Stojanovic, M. (Nov. 2001). "ShallowWaterAcoustic Networks" em IEEE Communications Magazine, páginas 114-119. • [4] Akyildiz, I.F., Pompili, D., e Tommaso, M. "Challenges for Efficient Communication in UnderwaterAcoustic Sensor Networks". GeorgiaInstituteofTechnology, Atlanta, GA. • [5] Partan, J., Kurose, J., e Levine, B.N. (2007). "A SurveyofPracticalIssues 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.

  32. ComunicaçãoSubaquática 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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