Оптична мережа космос-повітря-море
Оптична мережа космос-повітря-море
Дослідники з Китаю продемонстрували прототип комунікаційної мережі, яка може передавати та отримувати дані через космос, повітря та воду виключно на оптичних довжинах хвиль. У разі успішного масштабування новий дизайн мережі може мати такі різноманітні застосування, як навігація, екологічний моніторинг, дистанційне зондування, екстрена допомога та підключення пристроїв у межах так званого «Інтернету речей».
Багато сучасних оптичних комунікаційних мереж розроблено для роботи лише в одному середовищі: під водою, над землею, у космосі чи в повітрі. Створити єдину систему, яка може працювати в усіх цих середовищах, непросте завдання, оскільки вимоги кожного середовища відрізняються. Виконання цих вимог вимагає поєднання кількох технологій. Команда дослідників досягла цього, використовуючи чотири різні джерела світла для встановлення одночасних бездротових каналів світлового зв’язку в будь-якому з цих середовищ. Для підводної частини мережі дослідники вибрали синє світло, оскільки морська вода поглинає менше в цій частині електромагнітного спектру, тобто світло може поширюватися далі. Для зв’язку з повітряними пристроями, такими як дрони, вони використовували глибоке ультрафіолетове світло, оскільки воно забезпечує «сонячно-сліпий» зв’язок, тобто без перешкод від сонячного світла. Для інших застосувань у повітрі вони використовували бездротовий зв’язок білого світла, тоді як для зв’язку «точка-точка» у вільному просторі вони обрали лазерні діоди ближнього інфрачервоного діапазону, напрямлене випромінювання яких дозволяє сигналам поширюватися далі. Мережа складається з чотирьох повнодуплексних (двосторонніх) бездротових каналів зв’язку, які з’єднані послідовно через комутатори Ethernet. Можливий як дротовий, так і бездротовий доступ до цієї комунікаційної мережі, що забезпечує гнучкі варіанти підключення.
Розділення за довжинами хвиль також запобігає перешкодам сигналів, тобто мережа може передавати багато сигналів одночасно без шкоди для продуктивності. Мережа може бути підключена до Інтернету через модем, наприклад, для надання доступу до магістральної мережі для обміну інформацією у віддалених місцях океану. Такий зв’язок дозволяє проводити відеоконференції та інші передачі даних через типовий протокол TCP/IP, що робить його придатним також для «Інтернету речей». Продемонстровано двонапрямлену передачу даних між вузлами мережі з максимальним коефіцієнтом втрати пакетів 5,8% і затримкою передачі менше 74 мс.
Повністю оптична комунікаційна мережа є кроком від окремих систем бездротового оптичного зв’язку до їхньої мережі. Така мережа буде захищеною від електромагнітних перешкод, що робить її особливо привабливою для зв’язку з підводним обладнанням і дронами. Дослідники планують підвищити пропускну здатність цієї мережі за допомогою техніки, що називається мультиплексування за довжиною хвилі. Це має покращити загальну ефективність і продуктивність мережі шляхом усунення затримок, пов’язаних із використанням лазерних діодів ближнього інфрачервоного діапазону.
1. L. Wang, Y. Liang, Z. Qi, P. Liu, Z. Shi, H. Zhu, and Y. Wang. All-light communication network for space-air-sea integrated interconnection. Opt. Express 2024, 32, 9219-9226. https://doi.org/10.1364/OE.514930
