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Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17819
Tipo do documento: Dissertação
Título: Protocolo de comunicação para frota de embarcações não tripuladas
Título(s) alternativo(s): Communication protocol for fleet of unmanned vessels
Autor: Costa, Wellington Rodrigo de Freitas 
Primeiro orientador: Sztajnberg, Alexandre
Segundo orientador: Cunha, José Paulo Vilela Soares da
Primeiro membro da banca: Rubinstein, Marcelo Gonçalves
Segundo membro da banca: Couto, Rodrigo de Souza
Resumo: Este trabalho aborda a comunicação sem fios para uma frota de embarcações de superfície não tripuladas, considerando cenários onde há uma estação base e uma ou mais embarcações que executam missões simples, tais como se deslocar para uma localização desejada, realizar sensoriamento e cercar uma determinada área. Para realizar as missões, as embarcações precisam se comunicar com a estação base e entre si, utilizando um protocolo de comunicação. Para isso foram desenvolvidos: (i) um modelo de frota com dois tipos de elementos: uma estação base e uma ou mais embarcações, que podem agir como nó remetente de informação (obtida de sensores locais, por exemplo), nó destinatário de informação de controle recebidos da estação base ou de estações vizinhas, ou ainda como nó intermediário que reencaminha mensagens para a base, aumentando o raio de operação; (ii) um protocolo de comunicação no nível de aplicação para a comunicação entre os elementos considerados; (iii) uma implementação deste protocolo, desenvolvida no simulador de redes NS-3; (iv) uma implementação simples de controle cinemático das embarcações no MATLAB; (v) a integração entre o NS-3 e o MATLAB para utilizar as melhores características de cada ambiente de simulação. Rede Wi-Fi em modo ad hoc foi combinada com o protocolo de roteamento AODV e com mensagens broadcast IP limitadas em um salto para: (i) estabelecer um mecanismo de comunicação de 1–N (um para muitos) entre embarcações vizinhas, dado que cada mensagem enviada é interceptada pelos nós com enlace direto; (ii) prover um mecanismo para detecção da vizinhança de cada embarcação; (iii) permitir um controle maior da aplicação e com isso a possibilidade da agregação de informações. Foram realizadas simulações para verificar o desempenho do protocolo e identificar os limites impostos pela velocidade das embarcações, potência de sinal Wi-Fi recebido, as taxas de entrega e tempo de resposta. Os resultados das simulações indicam que o protocolo proposto se comporta de forma satisfatória e oferece o suporte para o desenvolvimento de sistemas de controle mais completos, mantendo ainda alguma autonomia das embarcações.
Abstract: This work addresses wireless communication for a fleet of unmanned surface vessels, considering scenarios where there is a base station and one or more vessels that perform simple missions, such as moving to a desired location, performing sensing and surrounding a certain area. To carry out the missions, the vessels need to communicate with the base station and with each other, using a communication protocol. For this, the following were developed: (i) a fleet model with two types of elements: a base station and one or more vessels, which can act as an information sender node (obtained from local sensors, for example), an information recipient node of control received from the base station or neighboring stations, or as an intermediate node that forwards messages to the base, increasing the operating radius; (ii) an application-level communication protocol for communication between the elements considered; (iii) an implementation of this protocol, developed in the NS-3 network simulator; (iv) a simple implementation of kinematic control of vessels in MATLAB; (v) the integration between NS-3 and MATLAB to use the best characteristics of each simulation environment. Wi-Fi network in ad hoc mode has been combined with the AODV routing protocol and with limited broadcast IP messages in one jump to: (i) establish a 1–N communication mechanism (one for many) between neighboring vessels, since each message sent is intercepted by nodes with a direct link; (ii) provide a mechanism for detecting the neighborhood of each vessel; (iii) allowing greater control of the application and, with that, the possibility of aggregating information. Simulations were carried out to check the accuracy of the protocol and to identify the limits imposed by the speed of the vessels, received Wi-Fi signal strength, delivery rates and response time. The performance of the protocol was also evaluated according to the height of the antennas, the transmission power and the frequency of the signal. The results of the simulations indicate that the proposed protocol behaves satisfactorily and offers support for the development of more complete control systems, while maintaining some vessel autonomy.
Palavras-chave: Engenharia eletrônica
Sistemas de telecomunicação
Sistemas de comunicação sem fio
IEEE 802.11 (Normas)
Controle automático
Electronic engineering
Telecommunications systems
Wireless communication systems
IEEE 802.11 (Standards)
Automatic control
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica
Citação: COSTA, Wellington Rodrigo de Freitas. Protocolo de comunicação para frota de embarcações não tripuladas. 2020. 125 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Eletrônica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17819
Data de defesa: 19-Fev-2020
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Eletrônica

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