שוברים מחסומים: רשת כל-אור פורצת דרך מגשרת בין חלל, אוויר וים

ארכיטקטורת הרשת העדכנית משתמשת במגוון מקורות אור כדי להתגבר על מכשולים שמציבה הסביבה.

מדענים יצרו רשת תקשורת המבוססת כולה על אור המאפשרת קישוריות חלקה בין חלל, אוויר וסביבות תת-מימיות. עיצוב הרשת החדש משלב סוגים שונים של מקורות אור כדי להבטיח קישוריות ללא קשר לסביבה.

"בעולם של היום, העברת נתונים היא קריטית לתקשורת, ניווט, תגובת חירום, מחקר ופעילויות מסחריות", אמר מנהיג צוות המחקר Yongjin Wang מאוניברסיטת נאנג'ינג לפוסטים וטלקומוניקציה ו-Suzhou Lighting Chip Monolithic Optoelectronics Technology Co. Ltd. בסין. "הרשת האלחוטית החדשה הזו מאפשרת קישוריות ללא הפרעה בין סביבות, ומאפשרת העברת נתונים דו-כיוונית בזמן אמת בין צמתי הרשת המבצעים תקשורת וחילופי נתונים בתוך ובין רשתות."

בכתב העת Optica Publishing Group אופטיקה אקספרס, החוקרים מתארים את רשת התקשורת מבוססת האור לחלוטין ומדגימים תקשורת וידאו בזמן אמת בין צמתי רשת. הם גם מראים שהוא יכול לתמוך בו זמנית בגישה למכשיר קווי ואלחוטי ויכול לבצע העברת נתונים דו-כיוונית בין צמתי רשת. שתי היכולות הן המפתח למתן שירותים שונים למשתמשים שונים בו-זמנית.

"אפשר להשתמש בתקשורת הכל-אור באוקיינוסים ובאגמים, למשל, שבהם חיישנים אוספים נתונים אקולוגיים ומתקשרים עם מצופים פני השטח", אמר וואנג. "הנתונים יכולים להישלח באופן אלחוטי על פני המים או על פני קישורי שידור למרחקים ארוכים בין ערים. הרשת יכולה גם להתחבר לאינטרנט באמצעות מודם, ומעניקה לאנשים שאולי נמצאים במיקום מרוחק באוקיינוס, למשל, גישה לרשת עמוד השדרה לצורך שיתוף מידע".

בניית רשת משולבת

רשתות תקשורת קלות אלחוטיות מתוכננות לרוב לתרחישים ספציפיים וחסרות יכולת פעולה הדדית עם מערכות תקשורת אחרות. יצירת חיבורי חלל-אוויר-ים דורשת את המשימה המפחידה של חיבור טכנולוגיות מרובות באופן שיוצר רשת תקשורת חלקה. כדי להשיג זאת, החוקרים השתמשו בארבע ספקטרום של אור כדי ליצור קישורי תקשורת אור אלחוטיים עבור ארבע סביבות או יישומים שונים.

החוקרים ביצעו ניסויים שהראו כי רשת התקשורת הכל-אור יכולה לבצע תקשורת וידאו בזמן אמת דופלקס מלא ושידור ניתן להתייחסות של חיישנים, תמונות וקבצי אודיו באמצעות גישה קווית ואלחוטית. קרדיט: יונגג'ין וואנג, אוניברסיטת נאנג'ינג לפוסטים וטלקומוניקציה

הם השתמשו באור כחול לתקשורת מתחת למים מכיוון שלמי הים יש חלון ספיגה מופחת לאור כחול-ירוק, המאפשר להם לנוע רחוק יותר מתחת למים בהשוואה לאורכי גל אחרים. זה יכול לאפשר להשתמש במערכת כדי לשלוט על כלי רכב תת-מימיים בלתי מאוישים או ליצור תקשורת בין מכשירים תת-מימיים ומצופים. נוריות LED לבנות משמשות להעברת מידע בין עצמים כמו מצופים או ספינות שנמצאות מעל המים.

עבור חיבורים עם מכשירים מוטסים כגון רחפנים, נעשה שימוש באור אולטרה סגול עמוק. זה מספק תקשורת עיוורת שמש, המונעת הפרעות מאור השמש. לבסוף, לתקשורת מנקודה לנקודה בחלל פנוי, יושמו דיודות לייזר כמעט אינפרא אדום מכיוון שהן פולטות אור כיווני בעוצמה אופטית גבוהה. החוקרים גם תכננו את הרשת באופן המאפשר גישה אלחוטית או קווית לאינטרנט בהתבסס על סכימת TCP/IP, מה שהופך אותה לשימושית עבור יישומי האינטרנט של הדברים.

חיבור מקורות האור

"היה חשוב ליצור מצב שידור מאוחד מתקשורת עם אור כחול, אור לבן, אורכי גל UV עמוקים ודיודות לייזר כדי שנוכל לשלב אותם באמצעות מתגי Ethernet", אמר וואנג. "כדי לאפשר את העבודה הזו, נוריות הלד ותכניות האפנון קובעות את תפוקת הרשת בעוד שפוטודיודת המפולת מגבילה את טווח השידור, ומסנן פס פס אופטי מבודד את אותות האור הרצויים מאלה שבספקטרום האחר".

החוקרים הראו שרשת התקשורת הכל-אור יכולה לבצע תקשורת וידאו בזמן אמת בדופלקס מלא והעברת נתוני חיישנים, תמונות וקבצי אודיו באמצעות גישה קווית ואלחוטית. וידאו דופלקס מלא פירושו שניתן להעביר ולקבל וידאו בו-זמנית, דבר הכרחי ליישומים כמו ועידת וידאו. כשסרטוני וידאו בזמן אמת של 2560 × 1440 ו-1920 × 1080 פיקסלים בקצב של 22 פריימים לשנייה הוזנו לרשת, הם נשארו ברורים עם פיגור קטן. באמצעות כלי ניתוח מנות ברשת, נמדד יחס אובדן מנות מקסימלי של 5.80% ועיכוב שידור מתחת ל-74 מילישניות.

כעת, החוקרים שואפים לשפר את התפוקה של רשת התקשורת הכל-אור על ידי שימוש בריבוי חלוקת אורך גל כדי לחסל את צוואר הבקבוק הנגרם על ידי נוריות LED. זה יעזור לשפר את היעילות והביצועים הכוללים של הרשת. הם גם פועלים כדי לאפשר צמתים ניידים, ולא רק צמתים קבועים, מה שדורש התמודדות עם האתגר של יישור האור. זה חיוני במיוחד לשימוש עם ציוד תת-מימי ומזל"טים.