A teljesen optikai űr-levegő-tenger kommunikációs hálózat debütál – a fizika világa

A kínai kutatók bemutatott egy prototípus kommunikációs hálózatot, amely teljes egészében optikai hullámhosszon képes adatokat továbbítani és fogadni az űrben, a levegőben és a vízben. Ha sikeresen bővítik, az új hálózati kialakításnak olyan változatos alkalmazásai lehetnek, mint a navigáció, az ökológiai megfigyelés, a távérzékelés, a sürgősségi segélynyújtás és az úgynevezett „dolgok internetén” belüli csatlakozó eszközök. 

Sok a mai optikai kommunikációs hálózats úgy tervezték, hogy csak egyben működjenek közepes: víz alatt, szárazföldön, keresztül térben vagy a levegőben. Létrehozása a egyetlen rendszer, amely képes működik in minden of ase környezeteket nem könnyű feladat, mivel mindegyik követelménye eltérő. Fulfilling őket követelmények így több technológia kombinálását jelenti. 

Yongjin Wang mikroelektronikai szakértő által vezetett csapat Nanjingi posta- és távközlési egyetem és Suzhou Lighting Chip Monolithic Optoelectronics Technology Co. Ltd. most éppen ezt tette négy különböző fényforrás alkalmazásával, hogy egyidejű vezeték nélküli fénykommunikációs kapcsolatokat hozzon létre ezen környezetek bármelyikében. „Új vezeték nélküli hálózatunk megszakítás nélküli kapcsolatot tesz lehetővé a környezetek között, megkönnyítve a kétirányú, valós idejű adatátvitelt a hálózaton belüli és hálózaton belüli kommunikációt és adatcserét végző hálózati csomópontok között” – mondja Wang. 

Négy full-duplex vezeték nélküli könnyű kommunikációs kapcsolat  

A víz alattiak számára hálózatuk egy részét a kutatók a kék fényt választották, mert a tengervíz kevésbé nyeli el az elektromágneses spektrum ezen részét, ami azt jelenti, hogy a fény tovább tud terjedni. A levegőben lévő eszközökkel, például drónokkal való kommunikációhoz mély ultraibolya fényt használtak, mivel ez biztosítja a napfény által okozott interferenciát „napvak” kommunikációt. Más levegő alapú alkalmazásokhoz vezeték nélküli fehér fényes kommunikációt alkalmaztak, míg a pont-pont kommunikációhoz szabad térben közel infravörös lézerdiódákat választottak. Ezek a diódák egy irányba, nagy optikai teljesítménnyel bocsátanak ki fényt, ami ismét lehetővé teszi a jelek továbbhaladását. 

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/all-optical-space-air-sea-communication-network-makes-its-debut-physics-world-1.jpg" data-caption="The prototype network in action. (a) Underwater channel formed by the blue light communication (BLC) link in a swimming pool. (b) Communication during illumination formed by the white light communication (WLC) link. (c) Solar-blind communication in sunlight formed by the deep ultraviolet communication (DUVC) link. (d) Free space communication formed by the laser diode communications (LC) link. (e) Photograph of the network demonstrating full-duplex real-time video communication between T1 and T5. (Courtesy: Linning Wang et al. "All-light communication network for space-air-sea integrated interconnection" Optics Express 32 pp9219-9226 https://doi.org/10.1364/OE.514930)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/all-optical-space-air-sea-communication-network-makes-its-debut-physics-world-1.jpg”>

„A A hálózat ebből a négy full-duplex vezeték nélküli könnyű kommunikációs kapcsolatból áll, amelyek Ethernet switcheken keresztül vannak sorba kötve” – magyarázza Wang. "Mind a vezetékes, mind a vezeték nélküli hozzáférés lehetséges a teljesen könnyű kommunikációs hálózathoz, rugalmas csatlakozási lehetőségeket biztosítva."  

SA különböző fénysávok szétválasztása megakadályozza a jelek interferenciáját is, ami azt jelenti, hogy a hálózat sok jelet tud egyidejűleg továbbítani anélkül, hogy a teljesítmény romlik, mondja Wang. A hálózat modemen keresztül csatlakoztatható az internethez, így például távoli óceáni helyeken tartózkodó emberek hozzáférhetnek a gerinchálózathoz információmegosztás céljából. Lehetővé teszi továbbá a videokonferenciák lebonyolítását és egyéb átviteleket a széles körben használt TCP/IP (Transition Control Protocol/Internet Protocol) csomagon keresztül, teszi hozzá, így alkalmassá teszi a dolgok Internete alkalmazásokhoz is. "Például amikor egy 2560 × 1440 pixeles online videó 22 képkocka/másodperc sebességgel kerül a hálózatba, a hálózatot bármely csomópontról elérő felhasználók kis késéssel megtekinthetik ezt a videót" - mondja. Fizika világ.  

Egyetlen kommunikációs rendszertől a hálózatig  

Wang és munkatársai szerint a csupa könnyű kommunikációs hálózat egy „nagy áttörés”, amely lehetővé teszi az egyetlen vezeték nélküli könnyű kommunikációs rendszerekről ezek hálózatára való áttérést. Egy ilyen hálózat ellenállna az elektromágneses interferenciának (EMI), ami különösen vonzóvá teszi a víz alatti berendezésekkel és dróncsoportokkal való kommunikációhoz. „Ezért dolgozunk azon, hogy a mobil csomópontokat integráljuk a hálózatba, nem pedig a rögzített csomópontokat, ahogyan ez jelenleg történik” – magyarázza Wang. „Ez azonban nem lesz egyszerű, mivel meg kell felelni a „könnyű igazítás” és a hálózat létrehozási sebességének kihívásainak.”  

A kutatók, akik írja le az új hálózatot Optika Express, Tervezik továbbá kommunikációs hálózatuk átviteli sebességének növelését a hullámhosszosztásos multiplexelésnek nevezett technika alkalmazásával. Szerintük ez javítani fogja a hálózat általános hatékonyságát és teljesítményét azáltal, hogy kiküszöböli a közeli infravörös lézerdiódák használatából eredő késéseket.