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Panoramica e Analisi di UW-ASN

Panoramica e Analisi di UW-ASN. Sistemi Wireless 2009/2010. Professoressa Chiara Petrioli. Studente Sotiraq Sima. INTRODUZIONE. Cosa è un UW-ASN Differenze con reti terrestri Architettura di un Acoustic Sensore Node Topologie di UW-ASN Localizzazione Protocoli MAC Protocolo FBR

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Panoramica e Analisi di UW-ASN

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Presentation Transcript

  1. Panoramica e Analisi di UW-ASN Sistemi Wireless 2009/2010 Professoressa Chiara Petrioli Studente Sotiraq Sima

  2. INTRODUZIONE • Cosa è un UW-ASN • Differenze con reti terrestri • Architettura di un Acoustic Sensore Node • Topologie di UW-ASN • Localizzazione • Protocoli MAC • Protocolo FBR • Modelli per raccogliere dati • Livello Software • Simulazione Aqua-Lab

  3. Una rete Generica UW-ASN

  4. Svantaggi • Assenza di monitoraggio in tempo reale • Impossibilità di riconfigurare i sistemi • Impossibilità di rilevare i guasti • Capacità di memoria limitata • Capacità di data/rate limitata

  5. Differenze con reti di sensori terresti • Costo • Posizionamento • Consumo energetico • Memoria

  6. Limitazioni di tecnologie • Si usa il canale acustico (più vantaggioso rispetto gli altri metodi di comunicazione) • Half-duplex: Non si può ricevere e trasmettere contemporaneamente.

  7. Architettura interna MEMORY MODEM SENSOR INTERFACE CIRCUIT CPU SENSOR POWER

  8. Topologie usate Nodo • Centralizzata • Multihop HUB • Distribuita

  9. Schemi di Localizzazione Schemi mobili,Infrastruttura e Distribuita usano • 1. ToA (Time of Arrival) • 2. TDoA (Time Difference of Arrival) • 3. AoA (Angle of Arrival) • 4. RSSI (Received Signal Strength Indicator) Schemi DV-Hop ALS APIT usano Range Free

  10. Protocolli MAC • Ad-hoc con protocollo CSMA-based (sofre di problematiche come hidden/exposed terminal) • Multi-hop MACW con ACK (riduce il problema di hidden terminal) • FAMA estende la durata di RTS/CTS per prevenire collisioni. • Migliori risulti da CDMA-based

  11. Protocoli MACA-based Send Data ACK ricevuto in tempo Success CTS ricevuto in tempo Send RTS Aspetto T tempo e riprovo Errore Aspetto T tempo e riprovo CTS Non ricevuto in tempo ACK Non ricevuto in tempo CTS ricevuto ricevuto in tempo Errore Send Data

  12. Modeli per raccogliere Dati Multi-hop UW-ASN 1. Optimal data collection protocol • Costo totale 1 Data collection 1.T B A 2.T+B 4.T+B+C+D C D 3.T+B+C

  13. Modeli per raccogliere Dati Multi-hop UW-ASN 2. Tree based data collection protocol • Costo totale caso peggiore 2 Data collection A 1.T 6.T+B+C+D B 2.T 5.T+D 4.T 3.T+C C D

  14. Modeli per raccogliere Dati Multi-hop UW-ASN 3. Ring based data collection protocol • Costo totale caso medio 1.5 Data collection A 6.T+A+B+C+D+E 1.T+A C 2.T+A+B E B 5.T+A+B+C+D 3.T+A+B+C 4.T+A+B+C+D D

  15. Protocoli broadcasting 1. Protocolli tradizionali 1a. SRB (Simple Reliable Broadcast) 1b. FSRB (FEC SRB) 2. Protocolli basati su SRB e FSRB per minimizzare il consumo energetico 2a. SBRB (Single Band Reliable Broadcast) Simili a SRB con la differenza che prima di mandare I dati broadcast avvisa il massimo dei nodi(power hight) che inizia la trasmisione dopo di che inizia la trasmisione dei msg ai stretti nodi vicini 2b. FSBRB (FEC SBRB) 2c. DBRB (Dual Band Reliable Broadcast).

  16. Protocolo Focused Beam Routing 1. Supportata da una rete con nodi statici e in movimento 2. Assumiamo sorgente (X) e destinatario (Y). X deve sapere solo la propria localita e in approsimazione y (la velocita di propagazione > movimento del nodo) 3. X manda un RTS con P1 (energia necessaria per coprire una distanza) verso il lato di Y con un angolo θ.

  17. Protocolo Focused Beam Routing 4. Aspetta una risposta CTS se non arriva,aumenta la energia a P2 (fino a un massimo Pn). 5. Se arriva la risposta allora X (B: il nodo che ha risposto a RTS di X) manda I DATI a B. 6. B diventa la nuova sorgente per il routing da B->Y 7. Si ripete l algoritmo da capo fino ad arrivo del dato a Y.

  18. Protocolo Focused Beam Routing D P2 B X θ P1 C PATH: X->B->D....->Y Y

  19. Livello Software Underwater Acoustic Networking plaTform (UANT) Piattaforma software per I sensori,adotatto per le rete sottomarine, Vantagi: -Riconfigurazione dei nodi in “run-time” -Massima flessibilita ad implementazione dei protcoli -Divisione dei stati (Fisico,MAC,Routing) -Si aggiorna il software non il hardware

  20. Livello Software

  21. La simulazione “Aqua-Lab” Aqua-Lab il nome del progetto per la simulazione di una UW-ASN. Componenti: Hardware: Modem acoustico: modem sottomarino a baso consumo Megafono sottomarino: frequenza (20Hz ~ 32Hz) Microfono sottomarino: Consumo (800mW) Frequenza (20Hz-100Hz) Sound mixer: Simulazione dei rumori acustici in aqua Aquario: 1m x 1m x 2m Server: Controlo dei componenti virtuali

  22. La simulazione “Aqua-Lab”

  23. La simulazione “Aqua-Lab” Componenti: Software : Low Level library API: modem_send(*); setModemPara(*); High Level library API: mdmTx(*); mdmRx(*); Multi Thread: Multi thread per la costruzione dei nodi di sensori virtuali Emulator: Simulazione di Topologia , Propagazione e Attuazione

  24. Futuri sviluppi • L'utilizzo di sensori a basso costo, basati sulle nano tecnologie. • Meccanismi periodici di pulizia per combattere la corrosione. • Sensori funzionanti anche in ambienti caratterizzati da condizioni estreme (temperatura,pressione,corrente marina).

  25. REFERENCESS 1. A Survey of Practical Issues in Underwater Networks Jim Partana,b, Jim Kurosea, and Brian Neil Levinea 2. Localization in Underwater Sensor Networks — Survey and Challenges Vijay Chandrasekhar, Winston KG Seah Yoo Sang Choo, How Voon Ee 3. Energy-efficient Reliable Broadcast in Underwater Acoustic Networks Paolo Casari Albert F. Harris III 4. An Underwater Network Testbed: Design, Implementation and Measurement Zheng Peng, Jun-Hong Cui, Bing Wang Keenan Ball, Lee Freitag

  26. REFERENCESS 5. Focused Beam Routing Protocol for Underwater Acoustic Networks Josep Miquel Jornet Milica Stojanovic Michele Zorzi 6. Software-Defined Underwater Acoustic Networking Platform Dustin Torres, Jonathan Friedman, Thomas Schmid, Mani B. Srivastava 7. Token-based Data Collection Protocols for Multi-Hop Underwater Acoustic Sensor Networks Ping Wang Lin Zhang Bhaskar Krishnamachari 8. Performance Analysis of a MACA based Protocol for Adhoc Underwater Networks Shiraz Shahabudeen Mehul Motani

  27. GRAZIE

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