Telemetria utilizando a norma IEEE g

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1 Telemetria utilizando a norma IEEE g Germano Gonçalves Capela, Nuno Pessanha Santos, João Marques Vieira, César Bastos Monsanto Escola Naval Departamento de Armas e Electrónica Sumário Este trabalho consistiu na montagem de um sistema de baixo custo que possibilitasse efectuar telemetria a grandes distâncias, utilizando uma rede sem fios. No âmbito do afundamento de navios com recurso a mísseis (exercício frequentemente realizado pela Marinha), surgiu o interesse em medir determinados parâmetros resultantes desse impacto a distâncias entre 3 e 8 milhas. Dada a especificidade da situação, idealizouse um sistema capaz de recolher e transmitir dados a longas distâncias (telemetria). Este processo deve estar associado a uma forma de recolha e transmissão de dados fiável, robusta e económica. Montou-se e avaliou-se um sistema baseado em tecnologia simples e disponível no mercado, tendo os testes incidido sobre os seguintes parâmetros: capacidade do canal, tempos de latência, distância máxima entre ponto de análise e ponto de recolha e caracterização individual dos equipamentos utilizados para a recolha de dados. Foi implementada uma rede Ethernet, tendo a transmissão a longa distância sido feita por Wi-Fi através da norma IEEE g (Norma utilizada para especificar os requisitos para dispositivos que possibilitam uma TX/RX com velocidades até 54 Mbps na faixa dos 2.4 GHz), usaram-se para o efeito dois routers com esta capacidade. O alcance dos routers foi incrementado através do uso de dois amplificadores e duas antenas omnidireccionais de elevado ganho, tendo sido utilizados cabos de baixa atenuação. Na medição dos parâmetros físicos utilizaram-se sensores de pressão, aceleração e temperatura. Para efectuar a recolha de dados utilizou-se um datalogger com interface Ethernet. Na observação visual foi usada uma câmara com interface Ethernet. Para registo dos dados usou-se um PC equipado com software adequado. Na estação remota implementou-se uma LAN através do router, ao qual se ligaram o datalogger e a câmara. Por sua vez, ao datalogger foram ligados os diversos sensores. A estação de registo ficou composta por um router ligado a um PC com software de registo. Para a medição da capacidade do canal foi utilizado software apropriado, testando a taxa de transmissão quer durante envio de ficheiros, quer durante a recepção de dados provenientes do datalogger e da câmara. Testou-se a relação entre a distância e a taxa de transmissão de dados movimentando as duas antenas. 1. Introdução Na génese deste trabalho está o interesse da Marinha em medir parâmetros físicos, a longas distâncias, resultantes do impacto de um míssil numa plataforma naval; a análise desses dados possibilita a avaliação dos efeitos do impacto quer ao nível da estrutura da plataforma, quer ao nível da guarnição. Em primeiro lugar há que fazer a recolha dos dados, sendo então necessário efectuar a transmissão dos mesmos de forma fiável a distâncias longas, não inferiores a 3 MN (por razões de segurança). Como requisitos principais para a construção de um sistema com as características acima, foi estabelecido o baixo custo e o recurso a tecnologia já com provas dadas e largamente disseminada, se possível disponível no mercado (off-the-shelf), tendo consciência que este último factor teria influência no primeiro. Determinante na fase de projecto foi a especificidade das medições: o impacto de um míssil tem efeitos que se desenvolvem num período de tempo muito reduzido, o que requer taxas de amostragem elevadas. Ao mesmo tempo seria indesejável produzir um volume de dados excessivo que tornaria difícil efectuar a sua transmissão (existem limitações na largura de banda disponível), registo e processamento. Procurou-se um data logger com elevada capacidade de amostragem, ao qual ficariam ligados os sensores analógicos de interesse, sendo eles de: pressão, temperatura e aceleração. Pretende-se ainda efectuar o registo visual com recurso a câmara de vídeo. 1

2 Usaram-se routers Wi-Fi associados a amplificadores RF e antenas omnidireccionais de elevado ganho. Acelerómetros Câmara Sensores Pressão Sensores temperatura Datalogger Router Wireless Bridge Link Router Figura 1 Esquema geral de ligações Computador Várias experiências têm sido efectuadas com a tecnologia Wi-Fi, nomeadamente no controlo remoto de veículos (1) e transmissão de pacotes a longas distâncias (2), mostrando que apesar de alguns considerandos (3) (4), é viável o seu uso para o caso presente. A escolha recaiu pois na tecnologia IEEE g, ou Wi-Fi, como é vulgarmente conhecida. Serão numa primeira fase abordados os problemas específicos deste tipo de projecto e soluções adoptadas, que conduziram à escolha de equipamentos específicos. Foram objecto de estudo questões como a Zona de Fresnel (5) e a transmissão de potência em espaço aberto (5). Seguidamente far-se-á a caracterização dos equipamentos utilizados. De forma a assegurar que eram conhecidos os parâmetros de funcionamento, bem como para definir qual a melhor metodologia de teste, foram testados os diversos equipamentos envolvidos. Testaram-se a data logger e a câmara forçando os seus débitos máximos; testaram-se exaustivamente as performances dos routers a distâncias controladas; efectuaram-se testes de potência aos routers e amplificadores em aparelho devidamente calibrado (Analisador de Espectros da GOAME 1 ); verificaram-se as características das antenas em aparelho devidamente calibrado (Analisador de Redes da GOAME); de forma a reproduzir a realidade, testou-se o sistema na bacia do Rio Tejo, atingindo uma distância de 4 milhas náuticas, 7.490m, entre os pontos de comunicação. Os elementos resultantes das medições (gráficos e tabelas) e sua interpretação em função do método usado serão incluídos. Pretendem-se obter os resultados necessários para concluir como varia a relação SNR à medida que a distância varia, como varia com a distância a taxa de pacotes perdidos numa transmissão Wi-Fi e como evolui a capacidade do canal em função da distância. Em função das conclusões será indicado qual o trabalho futuro a desenvolver. 2. Problemas específicos a. Zona de Fresnel Uma das preocupações a ter em conta ao implementar um sistema de telecomunicações, como aquele que é abordado neste estudo, é a Zona de Fresnel. Este problema prende-se com o facto de existirem interferências provocadas com o fenómeno de multi-percurso (Seybold, p.176). A Zona de Fresnel define um lugar geométrico tridimensional de forma elipsóide, compreendido entre os dois pontos de comunicação. De acordo com (Seybold, p.177); se se garantir que não há obstruções nesta zona, não existirão quaisquer tipos de interferências devido a multi-percursos das ondas electromagnéticas. No caso em apreço, de uma comunicação em alto mar, o único elemento que se poderia potencialmente encontrar dentro da Zona de Fresnel seria o próprio mar. Dada a distância entre os pontos de comunicação e a frequência de trabalho, obtém-se o raio de cada secção transversal do elipsóide da seguinte forma (p177): onde d1 e d2 são as distâncias de cada antena ao ponto onde se quer calcular o raio de Fresnel e λ o comprimento de onda do sinal transmitido. Na literatura referida é descrito que, para a maioria das aplicações, desde que seja salvaguarda 60% da Zona de Fresnel, não se encontram perdas significativas de energia. Posto isto, em alto mar, é necessário garantir que as antenas se encontram a uma determinada altura, que será igual ou superior a 60% do valor do raio achado na fórmula acima. 1 Grupo Oficinal de Apoio ao Material Electrónico, divisão técnica pertencente ao Arsenal do Alfeite 2

3 d1 r Figura 2 Zona de Fresnel Considerando o caso do último exercício efectuado, a fragata onde supostamente seria instalada uma das antenas (da classe Vasco da Gama) possui uma altura máxima de mastro de cerca de 26m e foi considerado que o patrulha teria uma altura de mastro de 10m. Para estabelecer comunicação entre dois navios a 5 milhas náuticas (por exemplo), à frequência de 2,45GHz, obter-se-ia uma Zona de Fresnel com um raio máximo de 16,8 m. Para garantir 60% da Zona de Fresnel, ambas as antenas deveriam ser colocadas a uma altura de pelo menos 10,08m. Uma vez que uma das extremidades do link estará a 26m de altura em relação ao nível da água, a secção de maior raio da Zona de Fresnel ficará sempre a uma altura superior a 10m, pelo que se considera viável a comunicação a esta distância. b. Tipo de antenas O facto de se pretender instalar o sistema em unidades navais obriga a que não seja possível utilizar antenas direccionais. De facto, é impossível que um navio permaneça totalmente estático, nem tal é desejável por motivos operacionais e de segurança. Assim, a escolha recaiu obrigatoriamente em antenas omnidireccionais, sendo que o alcance de transmissão fica por este facto diminuído, já que, por norma, estas antenas têm ganhos inferiores às do tipo direccional. Tentou-se, pois, encontrar antenas omnidireccionais que aliassem um elevado ganho (10 dbi) a uma abertura de feixe também elevada (13º); essa largura de feixe é importante devido aos balanços relativos entre navios. d2 Após a escolha das antenas, houve necessidade de verificar qual a potência mais adequada a efectuar a transmissão a uma distância de 5 milhas náuticas, ou seja 9260m; esta foi a distância definida como raio de segurança em torno do navio a sofrer o impacto do míssil. Testando várias potências chegou-se à conclusão que um amplificador de 2W seria o necessário para o fim em vista, uma vez que, com a potência de transmissão Pt=2W (3dB), os ganhos das antenas de transmissão e recepção, Gt e Gr respectivamente, de 10 dbi cada, a frequência de transmissão f=2.4 GHz e a distância expectável entre navios R=5 milhas náuticas (9,26Km), pôde-se calcular a potência na antena da recepção, Pr, sabendo que, pela fórmula de Friis, expressa em db Pr= Pt + Gt + Gr Lfs sendo Lfs as perdas em espaço livre, dadas por Lfs = 92, *log(f) + 20*log(R). Seria assim expectável ter na antena de recepção -66,4dBm. O amplificador escolhido tem um ganho na recepção de 20dB; considerou-se que as perdas nos conectores e cabos rondariam 20dB (3dB por cada ficha e 2dB para os cabos). Assim, o sinal à entrada de cada router rondaria o valor calculado na fórmula de Friis. Não tendo encontrado dados técnicos relativos à sensibilidade do circuito de recepção do router, decidiu-se, usando o NetStumbler, verificar qual o nível de sinal recebido por várias cartas wireless. Consistentemente se verificou que para níveis de sinal a rondar -70dBm, este era ainda considerado de bom nível, tal como se mostra abaixo para uma placa wireless Intel Pro, instalada num PC Asus A3F, através das figuras 3 e 4. c. Ligação em espaço livre 3

4 medições de parâmetros essênciais no presente estudo, como a SNR e capacidade do canal. Assim, optou-se por alterar o firmware para outro com mais capacidades. Optou-se, numa primeira tentativa, pelo abaixo indicado; verificouse que, devido a um elevado conjunto de funcionalidades, correspondia às necessidades e. Seguidamente apresentam-se algumas fotos do interface. Figura 3 Sinal na placa Intel Pro Figura 5 Configuração de firmware do router Figura 4 Sinal na placa Intel PRO medido pelo NetStumbler d. Firmware Os routers que se adquiriram vinham dotados de um firmware do fabricante que se revelou limitado, uma vez que não possibilitava definir um dos routers como AP nem alterar a potência de transmissão. Por outro, não efectuava 4

5 GHz opera na verdade entre e GHz, invadindo as frequências dos canais 2 até o 10. Podemos ter uma ideia melhor do referido anteriormente visualizando a seguinte tabela. Figura 6 - Configuração de firmware do router Canal Frequência Nominal Frequência Prática GHz a GHz GHz a GHz GHz a GHz GHz a GHz GHz a GHz GHz a GHz GHz a GHz GHz a GHz GHz a GHz GHz a GHz GHz a GHz Tabela 1 Frequências da norma IEEE g e. Recolha de dados Os efeitos resultantes do impacto de mísseis são consequência de um fenómeno extremamente rápido; como tal, um dos requisitos para o equipamento de aquisição de dados foi ter a capacidade de efectuar o processamento à velocidade adequada. Estabeleceu-se como objectivo a leitura, conversão A/D e envio dos dados de cada sensor a uma taxa de 100 S/s e com conversão A/D não inferior a 12 bit. b. Hardware Foram utilizados dois amplificadores Hyperlink Technologies DS HA2402GX-NF, de 2W (33 dbm) e ganho nominal de 20dB na recepção. Escolheram-se antenas omnidireccionais fabricadas pela Ferimex, modelo OMNI H, com um ganho de 10 dbi e 13º de abertura de feixe no plano vertical. 3. Caracterização do sistema a. Tecnologia O protocolo de transmissão de dados utilizado foi o IEEE g; possibilita uma TX/RX teórica máxima até 54 Mbps, na faixa de 2,4Ghz. Tem alcances máximos da ordem dos 100 m. Estão disponíveis 11 canais de transmissão, com frequências centrais que variam entre GHz (canal 1) a GHz (canal 11), com intervalos de apenas 5 MHz entre cada um. Como os canais utilizam uma banda total de 22 MHz (em algumas referencias, o valor é arredondado para os 20 MHz), as frequências acabam sendo compartilhadas, fazendo com que redes operando em canais próximos interfiram entre si. O canal 6, cuja frequência nominal é Figura 7 Diagrama de irradiação das antenas De forma a diminuir a atenuação do sinal utilizaram-se cabos de baixa atenuação LMR-400. Para possibilitar a comunicação foram utilizados routers Linksys WRT54GS V7, tendo o seu firmware sido alterado. Originalmente, a sua potência máxima de TX rondava os 18 dbm; após a alteração de firmware foi possível aumentá-la para 5

6 20 dbm, máxima potência de entrada aceite pelo amplificador, de acordo com o fabricante deste. Um dos routers foi configurado como Access Point, tendo o outro sido configurado como Client. Quando necessário ligou-se ao Access Point um computador pessoal Asus A3F, equipado com placa de rede Ethernet Realtek RTL 8139/810x; ao router definido como Client foi ligado, quando necessário, um computador pessoal Acer Aspire 4310, equipado com placa de rede Ethernet Broadcom NetLink (TM) Gigabit Ethernet. O datalogger escolhido foi o modelo DI-710- EL, da DATAQ INSTRUMENTS, com capacidade de ler 16 entradas analógicas simples ou 8 diferenciais, possuindo um conversor A/D de 14 bits; permite uma velocidade máxima de amostragem de 4800 S/s. O interface é Ethernet; cada canal pode ter o seu ganho ajustado de forma individual, podendo assim ser utilizada uma vasta gama de sensores. Este data logger permite um máximo de 300 S/s em cada canal, caso estejam todos a ser utilizados, o que está bem dentro das 100 S/s por canal definidas como requisito para a montagem deste sistema de leitura de dados. Para recolha de imagens foi escolhida a câmara TRENDNET, modelo TV-IP 100, com interface Ethernet. Este modelo possibilita o registo de até 30 imagens por segundo, gravação de vídeo através de software, uma resolução máxima de 640x480 pixéis com 5 níveis de compressão diferentes e zoom digital de até 4x. Em função dos parâmetros a medir, foram seleccionados no mercado sensores analógicos adequados. Para o presente estudo o tipo de sensores utilizados não será relevante, tendo os mesmos sido utilizados para cálculo das taxas de transmissão necessárias. c. Software - BitMeter V Este software permite medir, gráfica e analiticamente, o tráfego da placa de rede Ethernet. potência de transmissão de cada router, medição da Signal to Noise Ratio (SNR), verificar a capacidade de transmissão do canal e observar graficamente a taxa de transmissão de dados; este último factor foi redundante uma vez que para esse efeito utilizamos o BitMeter, tendo no entanto possibilitado a confirmação de resultados. - Colasoft Ping Tool V.1.1 (buid 262) 4 Com esta aplicação freeware puderam ser testados tempos de latência bem como número de pacotes perdidos. - NetStumbler (build 554) 5 Permitiu analisar o nível de sinal nos adaptadores wireless. 4. Testes preliminares a. Testes em laboratório Foram efectuados os seguintes testes: potência de TX dos routers, potência de saída dos amplificadores, resposta em frequência das antenas e característica de resposta do router. i. Potência de saída dos routers Uma vez que o firmware dos routers foi alterado, permitindo assim variar a sua potência de transmissão, foi necessário assegurar que de facto estes estavam a fornecer os 20 dbm pretendidos. Apesar de se poder aumentar a potência de TX dos routers para valores superiores, tal não foi feito pois este é o valor máximo admissível na entrada dos amplificadores. Usando um Analisador de Espectro Advantest R3271, confirmou-se a existência de um sinal de 20 dbm, conforme se pode ver pelas figuras abaixo. - DD-WRT V24, 24/05/08 micro-build Firmware utilizado para substituir o original, do fabricante, que equipava o router. Permitiu regular a 2 Download: 3 Download: 4 Download: 5 Download: 6

7 iii. Resposta em frequência das antenas Figura 8 Nível médio de sinal router Com um Analisador de Redes HP 8720D foi medido o SWR das antenas. Verificou-se uma resposta bastante uniforme numa das antenas, enquanto que na outra a resposta foi mais irregular. Isto condicionou a frequência a ser utilizada, uma vez que o canal 11 (2.462 GHz) é o que permite o melhor VSWR em ambas as antenas. Para esta frequência, que foi a usada nos routers em todos os testes posteriores, o VSWR está dentro do que é indicado pelo fabricante, melhor que 1,4:1. Figura 9 Nível de ruído router ii. Potência de saída das antenas A partir dos valores de referência obtidos no parágrafo anterior, esperava-se uma amplificação extra de 13 dbm. Foi utilizado um atenuador de 6 dbm neste teste; assim, na figura seguinte, onde se lê o valor máximo de 10,41 dbm, deve ler-se 16,41 dbm. Este valor subtraído do valor máximo da Figura 2, 2,03 dbm, verifica a medição esperada, de aproximadamente 13 dbm de amplificação. Figura 11 SWR antena 1 Figura 12 SWR antena 2 Figura 10 Nível médio de sinal amplificador (com ATT= 6dB) iv. Característica de resposta do router O router WRT54GS possui duas antenas; uma vez que o firmware instalado assim o permitiu, traçou-se a curva característica da resposta dos routers em função da(s) antena(s) utilizadas na TX/RX. Para tal colocaram-se os routers a uma distância de 1m efectuando-se as leituras a partir do 7

8 seu firmware. Estabeleceram-se cinco casos passíveis de análise: CONFIGURAÇÃO ANTENAS ROUTER 1 ANTENAS ROUTER 2 Direita Esquerda Direita Esquerda 1 TX/RX Desligada TX/RX Desligada 2 AUTO AUTO AUTO AUTO 3 Desligada TX/RX Desligada TX/RX 4 TX/RX Desligada Desligada TX/RX 5 Desligada TX/RX TX/RX Desligada Tabela 2 Configurações de antenas Gráfico 2 - SNR Wireless Bridge Link Router 1 Router 2 Distância ( 1 m) Figura 13 Esquema de teste da resposta de antenas Os resultados obtidos em termos de nível de sinal recebido, SNR e capacidade do canal são os que se apresentam nos gráficos seguintes: Gráfico 3 Capacidade do canal Gráfico 1 Nível de sinal recebido Dos gráficos acima se conclui que a configuração de antenas mais favorável à TX/RX se encontra reunida quando o router 1 tem a TX/RX a efectuar-se pela antena esquerda e o router 2 tem a TX/RX a efectuar-se pela antena direita, ou seja na configuração 5; esta configuração será a usada nos testes de alcance a efectuar com o sistema. Notou-se ainda que ao retirar a antena que teoricamente se encontrava desactivada, existia uma quebra bastante acentuada de sinal no router respectivo; por este facto decidiu-se manter ambas as antenas permanentemente ligadas. Após determinar qual a melhor configuração de antenas, efectuaram-se também testes de sensibilidade ao circuito de recepção, na configuração de antenas mais favorável, com medições de SNR a várias distâncias, com diferenças de SNR entre os 2 routers que variaram entre os 4dB e 7dB. 8

9 SNR (dbm) Nível de SNR SNR - Router 2 SNR - Router Distancia (cm) Gráfico 4 Comparação de SNR entre routers Perante este facto efectuou-se a mesma medição a 10cm e a 5m, para a configuração 5, aquela que teria mais interesse, uma vez que iria ser utilizada nos testes. Repetiu-se o padrão, uma vez que a diferença de SNR entre os dois routers foi de respectivamente 4db e 8db, sempre a favor do router 1. Da observação dos gráficos 1, 2 e 3, concluise que, para as várias configurações de antenas um padrão sobressai: o router 1 apresenta, de novo, de forma sistemática, valores de SNR significativamente superiores. Foram trocadas as antenas, mantendo-se estas leituras. Como atrás referido, foram efectuados inicialmente testes à potência do sinal emitido pelo router; esta revelou-se semelhante em ambos os routers. Confirmaram-se as configurações dos routers, tendo-se verificado que eram as mesmas. Assim, esta diferença prende-se, muito provavelmente com a sensibilidade do circuito de recepção de cada router. b. Necessidade de largura de banda De forma a determinar a largura de banda necessária à transmissão da informação pretendida, foi executado um teste em bancada, em que foram analisadas separadamente cada uma das transmissões: dados e vídeo. Figura 14 Esquema para medida da largura de banda Na medida da taxa de transmissão de dados configurou-se o Data Logger para transmitir a leitura de todos os canais analógicos: 16. Os routers foram colocados a 1m de distância, de acordo com a figura acima, tendo-se utilizado o BitMeter para medida da taxa de transferência de dados. O mesmo método foi aplicado na medição da taxa de transferência de vídeo. Os resultados obtidos apontam para os seguintes valores de taxa de transferência: - Dados: 15 KB/s - Vídeo: 200 KB/s 5. Resultados práticos a. Condições de teste Para o teste de alcance colocou-se uma das antenas no topo do Edifício Escolar da Escola Naval; a outra antena foi posicionada numa embarcação do CNOCA 6, da classe Mindelo, a 2m da água. As antenas estavam desniveladas, no plano horizontal, 28m entre si, colocadas na vertical. O teste de alcance foi efectuado no Rio Tejo, em mar com ondulação ligeira. Consistiu em deslocar a embarcação através do Mar da Palha, em direcção a Norte, mantendo linha de vista com a antena colocada na EN. O desnível entre as duas antenas garantiu que a zona de Fresnel se encontrava livre. Existia tráfego ligeiro no rio Tejo, maioritariamente constituído por navios de passageiros. Durante todo o teste esteve fundeado no Mar da Palha um cargueiro. A configuração de teste consistiu em ligar entre si dois computadores portáteis e, em diversas posições, transferir entre eles um ficheiro de teste 6 Clube Náutico dos Oficiais e Cadetes da Armada 9

10 com o tamanho de 200MB, destinado a testar a taxa de transferência; a bordo colocou-se o router 1, tendo o router 2 ficado na EN. Usou-se o Colasoft Ping Tool para enviar conjuntos de 100 pacotes de 32 bytes cada, medindo o número de pacotes perdidos e o tempo de latência mínimo, médio e máximo. Foi avaliada, para cada posição, o valor de SNR, bem como de capacidade do canal. A primeira leitura foi registada ainda dentro da Base Naval de Lisboa, tendo-se a embarcação deslocado então até uma distância em que o sinal sofresse uma quebra significativa; igual método foi depois usado nas restantes medições. b. Medições efectuadas i. SNR À medida que a distância aumentou a relação sinal/ruído diminuiu. Este parâmetro verificou um decréscimo progressivo até cerca dos 5Km, altura em que se manteve relativamente estável. De notar que o router 2, que nos testes preliminares tinha revelado menor sensibilidade, ter aqui um comportamento misto; na posição mais afastada demonstra mesmo uma melhoria significativa de 4 dbm. Gráfico 6 - Nível de sinal recebido ii. Taxa de transferência A taxa de transferência, na posição mais próxima começou por ser 644 MBps, ou seja, 5.1 Mbps; foi diminuindo até aos 3,5Km, altura em que estabilizou nos 70KBps (560 Kbps), mantendo a partir daí valores ligeiramente superiores. Aos 7,49Km desceu para 68 MBps (544 Kbps). Gráfico 7 Taxa de transferência iii. Tempos de latência Gráfico 5 Relação sinal ruído nos routers O nível de sinal recebido iniciou-se nos - 41dBm para o router 1 e -47 dbm para o router 2. À semelhança do gráfico anterior, o router 2 inverte o menor desempenho quando as distâncias aumentem. Aos 7,49Km tem um nível de sinal de -74 dbm contra -75dBm do router 1. Foram medidos os diversos tempos de latência: máximo, mínimo e médio. Os tempos de latência mínimos são bastante baixos; os tempos de latência máximos fogem bastante da média e revelam alguma inconstância. Serão analisados os tempos de latência médios que garantem maior fiabilidade. O tempo de latência médio, que começa por ser 40ms, baixa ligeiramente até próximo dos 5Km 10

11 para um mínimo de 20ms. Sobe depois até aos 263ms, mantendo-se relativamente estável e atingindo 246ms na posição mais afastada. Gráfico 8 Tempos de latência iv. Pacotes perdidos Com o Colasoft Ping Tool enviaram-se, em cada distância de teste, 100 pacotes com 32 bytes de dados. Todos os pacotes transmitidos foram recebidos com sucesso. Foram em seguida lidos os dados presentes no firmware dos routers, relativos ao número de pacotes totais enviados e recebidos durante a totalidade de duração do teste. O router 1 tinha recebido pacotes e enviado pacotes; não houve quaisquer erros. O router 2 tinha recebido pacotes e enviado ; registou apenas 63 erros na transmissão, o que corresponde a 0,015%. 6. Conclusões da que foi registada. Também aqui, um aumento de potência aumentará o débito do canal. As perdas foram superiores aos cálculos efectuados: segundo a fórmula de Friis calcularamse -66dB a 5 milhas náuticas mas a 4 milhas o nível de sinal já era de -75dBm. No entanto esta é uma frequência muito susceptível a interferências (9) e, para distâncias como as pretendidas é difícil encontrar locais de teste totalmente livres de interferências. O uso de uma embarcação neste teste teve como objectivo uma aproximação a um cenário real. Os balanços, aliados ao facto de que as antenas não estavam apontadas entre si uma vez que estavam em planos diferentes (factor tanto mais perturbador quanto mais próximas estiverem as antenas), levam a crer que, dada a boa taxa de transferência aos 710m, o sistema terá um bom comportamento em alto mar. 7. Trabalho futuro Face aos resultados obtidos, que se revelam promissores, o trabalho futuro abordará as seguintes questões: a. Variar o tamanho dos pacotes e analisar influência desse factor quer no rendimento do canal, quer na taxa de pacotes perdidos. b. Efectuar teste de transmissão com e sem RTS/CTS (3), avaliando o seu efeito na taxa de transferência. c. Comparar transmissão UDP vs. TCP analisando a taxa de transferência. d. Realizar teste em alto mar. Fica patente o potencial da tecnologia Wi-Fi na transmissão de dados ou mesmo comunicação a longas distâncias. A muito baixa taxa de pacotes perdidos a grandes distâncias permite pensar que, com um incremento da potência de transmissão, facilmente se atingirá a distância pretendida; amplificadores até 10W, para esta frequência, estão disponíveis no mercado. Em relação ao caso deste estudo, a largura de banda disponível a 7,49Km teria permitido transmitir dados mas não vídeo, para o qual a largura de banda necessita de ser superior ao dobro 11

12 REFERÊNCIAS 1. Validating a Network simulation testbed for army UAVS. Hamilton, Stephen e J. A. "Drew" Hamilton, Jr. 2007, Proceedings of the 2007 Winter Simulation Conference. Ramakrishna, Wetherall, David, Greenstein, Ben, Seshan, Srinivasan, SIGCOMM 07, August 27-31, 2007, Kyoto, Japan 2. Very Long Distance Wi-Fi Networks. Flickenger, Rob, et al. NSDR'08, August 18,2008, Seattle, Washington,USA. 3. Wi-Fi Ad Hoc Mode: A Measurement Study. Anastasi, Giuseppe, et al., Proceedings of the Second IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications (PerCom'04), p.145, March 14-17, IEEE Ad Hoc Networks: Protocols, Performance and Open Issues. Anastasi, Giuseppe, Conti, Marco, Gregori, Enrico, John Wiley & Sons, New York, NY, USA, Introduction to RF Propagation, Seybold, John S., John Wiley & Sons, Inc, Hoboken, New Jersey, USA, g Wireless Range and the Army Shadow TUAV, Last, David, ACM SE 06, March, 10-12, 2006, Melbourne, Florida, USA 7. Long-distance b links: performance measurements and experience, Chebrolu, Kameswari, Raman, Bhaskaran, Sen, Sayandeep, Proceedings of the 12th annual international conference on Mobile computing and networking, September 23-29, 2006, Los Angeles, CA, USA 8. Understanding Congestion in IEEE b Wireless Networks, Amit P. Jardosh, Krishna N. Ramachandran, Kevin C. Almeroth, and Elizabeth M. Belding-Royer, Proceedings of the Internet Measurement Conference, Berkeley, CA, October Understanding and mitigating the impact of RF interference on networks, Gummadi, 12