Análise de SNIR e BER para redes acústicas submarinas

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015.O objetivo do seguinte trabalho é determinar um modelo matemático que permita-nos obter a Relação Sinal Ruído mais Interferência (SNIR do Inglês Signal-to-Noise plus Interference Ratio), a Taxa de Erro de Bits (BER do Inglês Bit Error Rate) de um salto e a Taxa de Erro de Bits fim-a-fim numa rede acústica submarina. Com esse propósito foi desenvolvido um modelo matemático que permite o cálculo destes parâmetros considerando a interferência para o protocolo de acesso ao meio (MAC do Inglês Medium Access Control) ALOHA puro. Também foi necessário desenvolver antes diferentes parâmetros da rede, tais como, distância média do salto, distância média até o nó central, distância média entre os nós, número médio de saltos na rota e desvio médio. Com o uso deste modelo também é possível obter o valor da frequência ótima utilizando uma função de otimização. Comparações entre a Taxa de Erro de Bits de um salto e fim-a fim também forem feitas, para diferentes valores de máximo ângulo de desvio na topologia de rede usada. Estas comparações demonstran quando pode ser mais convenente o uso de um salto ou múltiple-salto. Simulações Monte-Carlo e modelo forem comparados com o propósito de validar os resultados obtidos. Estas comparações demostram a grande similitude entre nosso modelo e as simulações de Monte-Carlo. Além disso foi possível o estudo do comportamento da SNIR e do BER variando importante parâmetros da rede tais como frequência de transmissão, número de nós, raio da esfera e máximo ângulo de desvio. Os resultados obtidos provarem que a SNIR para um salto diminui com o aumento do número de nós e o raio da esfera, mas aumenta com o incremento da potência de transmissão. O comportamento de BER é contrário ao comportamento de SNIR. Também foi possível observar a existência da frequência ótima, onde os melhores valores de SNIR e o BER são obtidos.The objective of this work is to nd a mathematical model that allow us to obtain the Signal-to-Noise plus Interference Ratio (SNIR), the One-Hop Bit Error Rate (BER) and the End-to-End Bit Error Rate for an Underwater Acoustic Network (UAN). Considering this, it was developed a model that includes the interference as an important impairment and for ALOHA MAC (Medium Access Control) protocol. In addition, it was necessary to obtain before several parameters from the network, such as, average distance of the hop, average distance between nodes, average distance to the central node, average number of hops and average deviation. With this model, it is also possible to nd the optimal value of frequency using an optimization function. It was made comparisons between the One-Hop BER and the End-to-End BER for various values of maximal deviation angle. This comparison shows when it is more adequate to either use one-hop or multi-hop. Finally, we compared numerical and Monte-Carlo simulation results, giving a rst validation to our model. These comparisons show a big similitude between the developed model and the Monte-Carlo simulation. In addition, it was possible to analyse the behaviour of the SNIR and BER by varying important parameters of the network, such as, transmission frequency, number of nodes and sphere radius among others. From the obtained results it was prove that the SNIR decreases with an increase from the number of nodes and the sphere radius, but increases with the transmission power. The End-to-End BER has an contrary behavior with the SNIR