Data collection and medium access control solutions for underwater wireless sensor networks

Abstract

Redes de sensores sem fio aquáticas (RSSFAs) possuem o potencial de propiciar diversas aplicações em áreas científicas, comerciais e militares. No entanto, a tecnologia ainda não se encontra amadurecida o suficiente para tal. Nós das RSSFAs geralmente se comunicam através de transmissões acústicas ou ópticas, visto que comunicações por radiofrequência possuem baixo desempenho em ambientes aquáticos. A utilização dessas tecnologias de comunicação, juntamente com as características dos ambientes aquáticos, introduzem muitos desafios para o desenvolvimento das RSSFAs. Essa dissertação provê soluções para dois problemas existentes em RSSFAs. Sua primeira parte têm foco no problema de coleta de dados em redes de sensores sem fio aquáticas óptico-acústicas (RSSFA-OAs), que são um tipo de RSSFA onde os nós podem se comunicar utilizando transmissões ópticas e acústicas. Nela, propõe-se CAPTAIN, uma solução que visa explorar o melhor de cada tipo de comunicação para melhorar a coleta de dados em RSSFA-OAs. CAPTAIN é um algoritmo que divide logicamente uma RSSFA-OA em agrupamentos, estabelece uma árvore de roteamento entre os nós e utiliza agregação de dados para entregar os dados coletados pela rede ao nó sorvedouro. Avalia-se o CAPTAIN utilizando simulações, onde ele é comparado ao algoritmo de caminho mínimo. A segunda parte da dissertação aborda o problema de controle de acesso ao meio (MAC, do inglês Medium Access Control) em redes de sensores sem fio aquáticas acústicas (RSSFA-As), que são um tipo de RSSFA onde os nós se comunicam utilizando transmissões acústicas. Aqui, propõe-se um protocolo MAC chamado UW-SEEDEX. Esse protocolo utiliza escalonamentos aleatórios de slots de tempo, que são gerados a partir de sementes e alterados de acordo com geradores de números pseudo-aleatórios. Dessa forma, nós podem prever todo o escalonamento de seus vizinhos depois de trocarem suas sementes entre si. Eles então podem utilizar as previsões para planejar melhor suas transmissões e assim evitar colisões. Simulações são utilizadas para avaliar tanto como os valores dos parâmetros do UW-SEEDEX afetam seu desempenho, quanto para comparar o protocolo com outras soluções MAC encontradas na literatura.