L'ambiente sottomarino risulta essere uno degli scenari meno esplorati e più ricco di sfide del nostro pianeta. Per tali motivi è fondamentale avere a disposizione tecnologie avanzate che consentano di esplorare gli oceani, monitorare l'inquinamento, salvaguardare i reperti archeologici sommersi, prevenire disastri ambientali come tsunami ecc. Al fine di rendere tutto ciò possibile è necessario utilizzare dei sistemi di comunicazione che consentano di trasmettere e ricevere dati utilizzando una comunicazione di tipo wireless. Per far questo, non è possibile usare le onde radio adottate nelle reti terrestri, in quanto queste si propagano solo a frequenze basse, il che richiede di adoperare grandi antenne molto costose. Un'alternativa potrebbe essere l'utilizzo di onde ottiche. Queste ultime sono molto veloci, ma richiedono che la sorgente e la destinazione siano perfettamente allineati (molto difficile nell'acqua). Altro problema di fondamentale importanza, è che le onde ottiche possono essere adoperate soltanto per comunicazioni a corto raggio. Una tra le soluzioni più apprezzate ed utilizzate sono le onde acustiche, in quanto consentono di utilizzare delle comunicazioni a lungo raggio. Nonostante ciò, presentano dei problemi molto importanti: alti ritardi di propagazione, alto "bit error rate" ecc. Questo progetto di ricerca prevede lo studio e l'implementazione di nuove tecniche per trasmettere informazioni multimediali sfruttando le onde acustiche nell'ambiente sottomarino.
Uno tra gli obiettivi fondamentali nella ricerca delle Reti di Sensori Sottomarine, è quello di progettare delle reti di AUVs (Autonomous Underwater Vehicles) in grado di cooperare e portare a termine delle missioni (dalla sorveglianza di un'area marina, allo studio ed osservazione delle profondità oceaniche). I sensori tipicamente a bordo di un veicolo sottomarino comprendono una videocamera, un side-scan sonar (per la ricostruzione del fondale marino), più eventuali sensori di proprietà dell'acqua. In questo scenario vi è un primo problema: un veicolo ad oggi non è tipicamente in grado di comprendere quali potrebbero essere le immagini interessanti e quali invece dovrebbero essere scartate. Durante le missioni inoltre i veicoli comunicano tra di loro e con degli operatori che si trovano in superficie attraverso dei link acustici. Questi ultimi non consentono di inviare grandi quantità di dati (come ad esempio potrebbe essere un'immagine). In molti scenari inoltre, se non si comprimono e trasmettono i dati in tempo reale, le missioni sono limitate dalla capacità di memoria del veicolo stesso. In base a quanto descritto risulta evidente quanto possa essere fondamentale progettare un meccanismo che consenta ai nodi in profondità di inviare delle immagini della videocamera o del sonar, attraverso una Rete di Sensori Sottomarina. Questa sfida richiede un approccio multidisciplinare che studi ed ottimizzi in maniera congiunta tecniche di compressione delle immagini e dei video. Questo progetto di ricerca ha l'obiettivo ambizioso di progettare tecniche di compressione ad hoc dell'informazione ed una rete adattiva multi modale al fine di permettere la trasmissione in tempo reale di informazioni multimediali (ad esempio immagini scattate da un veicolo in profondità). In base a quanto descritto appare evidente di quanto possa essere complesso inviare grandi quantità di dati tramite dei link acustici. Il punto di partenza riguarda la progettazione di una rete completamente adattiva. Il veicolo che deve inviare una foto, grazie alla collaborazione di tutti i nodi della rete, potrà effettuare un preventivo scambio di dati al fine di fare uno studio sullo stato dei singoli link end-to-end, scoprendo anche il relativo throughput. Grazie a questo studio, la rete potrà essere in grado di prendere decisioni sul numero dei percorsi possibili verso la destinazione e, in base a questo, fare un'opportuna divisione dell'immagine in più parti. Ogni nodo della rete quindi, potrà ricevere una rispettiva parte di immagine e prendere a sua volta altre decisioni operative (sempre basandosi sullo stato dei canali acustici), come ad esempio quello di applicare un altro algoritmo di compressione ad hoc o dividere ulteriormente il pezzo di immagine ricevuto.
Una volta che la destinazione riceverà tutte le singole parti di immagini compresse, potrà decomprimerle (utilizzando il rispettivo algoritmo di decompressione) e quindi unirle per comporre l'immagine originale scattata dal veicolo. Risulta importante sottolineare anche l'importanza, quando si progettano nuove soluzioni, di fare dei test in ambiente reale. Grazie all'utilizzo del framework SUNSET [1], con questo progetto si vuole passare in modo del tutto trasparente dalla modalità simulazione a quella emulazione. Si intende quindi testare le soluzioni anche sul campo, in campagne sperimentali internazionali. Grazie a questo sarà possibile avere dei risultati estremamente realistici e veritieri da mettere a disposizione della comunità scientifica ed essere quindi in grado di ottenere feedback sui limiti prestazionali delle soluzioni utilizzate dallo stato dell'arte. Questo a sua volta guiderà nel definire nuovi problemi e soluzioni. Inoltre, un'altra attività di ricerca relativa allo stesso progetto, è quella di ottimizzare sempre più le prestazioni della rete, con particolare attenzione allo sviluppo di soluzioni cross-layer adattive per reti eterogenee dotate di più tecnologie di comunicazione (ottiche e acustiche) ed al supporto della qualità del Servizio in ambito IoUT.
Bibliografia:
[1] C. Petrioli, R. Petroccia, J. R. Potter, and D. Spaccini; The SUNSET framework for simulation, emulation and at-sea testing of underwater wireless sensor networks; Ad Hoc Networks, Special Issue on Advances in Underwater Communications and Networks, vol. 34, pp. 224 - 238,2015.