ابداع شبکه ارتباطی مبتنی بر نور کاربردی در اقیانوس‌ها و دریاچه‌ها

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از  سای تک دیلی،  «یونجین وانگ» (Yongjin Wang)، مجری این پژوهش از دانشگاه پست و مخابرات نانجینگ چین گفت: در دنیای امروز، انتقال داده برای ارتباطات، ناوبری، پاسخ اضطراری، تحقیقات و فعالیت‌های تجاری حیاتی است. این شبکه بی‌سیم جدید، اتصال بدون وقفه را در بین محیط‌ها امکان‌پذیر کرده و تسهیل کننده انتقال داده‌های بی‌درنگ دوطرفه بین گره‌های شبکه است که ارتباطات و تبادل داده را در داخل و بین شبکه‌ها انجام می‌دهند.

محققان شبکه ارتباطی کاملا مبتنی بر نور را ابداع کرده اند و ارتباط ویدیویی بلادرنگ بین گره‌های شبکه را نشان داده‌اند. آنها می‌گویند این شبکه می‌تواند به طور همزمان از دسترسی دستگاه‌های سیمی و بی‌سیم پشتیبانی کند و انتقال داده دوطرفه را بین گره‌های شبکه انجام دهد. هر دو قابلیت مهمی برای ارائه خدمات مختلف به کاربران مختلف به طور همزمان هستند.

وانگ می‌گوید: ارتباط تمام نوری می‌تواند در اقیانوس‌ها و دریاچه‌ها استفاده شود، مثلا، جا‌هایی که حسگر‌ها داده‌های اکولوژیکی را جمع‌آوری و با شناور‌های سطحی ارتباط برقرار می‌کنند. سپس این داده‌ها می‌توانند به صورت بی سیم بر روی سطح آب یا از طریق پیوند‌های انتقال از راه دور بین شهر‌ها ارسال شوند.

این شبکه همچنین می‌تواند از طریق یک مودم به اینترنت متصل شود و به افرادی که ممکن است در یک مکان اقیانوسی دوردست باشند، امکان دسترسی به شبکه اصلی برای اشتراک‌گذاری اطلاعات را بدهد.

شبکه‌های ارتباطی نوری بی‌سیم اغلب برای سناریو‌های خاص طراحی می‌شوند و قابلیت همکاری با سایر سیستم‌های ارتباطی را ندارند. ایجاد ارتباطات متقابل فضا-هوا-دریایی مستلزم کار دشوار گردآوری فناوری‌های متعدد به گونه‌ای است که یک شبکه ارتباطی یکپارچه ایجاد کند. برای انجام این کار، محققان از چهار طیف نور برای ایجاد پیوند‌های ارتباطی نوری بی‌سیم برای چهار محیط یا برنامه مختلف استفاده کردند.

آنها از نور آبی برای ارتباطات زیر آب استفاده کردند، زیرا آب دریا امکان جذب کمتری برای نور سبز آبی دارد و به آن اجازه می‌دهد در مقایسه با طول موج‌های دیگر در زیر آب دورتر حرکت کند. این می‌تواند به سیستم جدید اجازه دهد تا برای کنترل وسایل نقلیه زیر آب بدون سرنشین یا برقراری ارتباط بین دستگاه‌های زیر آب و شناور‌ها استفاده شود. ال‌ای‌دی‌های سفید برای انتقال اطلاعات بین اجسامی مانند شناور‌ها یا کشتی‌هایی که بالای آب هستند بکار برده می‌شود.

برای اتصال با دستگاه‌های هوابرد مانند هواپیما‌های بدون سرنشین، از نور ماوراء بنفش عمیق استفاده می‌شود. این ارتباط خورشیدی کور را فراهم می‌آورد که از تداخل نور خورشید جلوگیری می‌کند. 

در نهایت، برای ارتباط نقطه به نقطه در فضای آزاد، از دیود‌های لیزری مادون قرمز نزدیک استفاده شد، زیرا نور جهت دار با قدرت نوری بالا منتشر می‌کنند. محققان همچنین این شبکه را به گونه‌ای طراحی کردند که امکان دسترسی بی سیم یا سیمی به اینترنت را بر اساس طرح TCP/IP فراهم می‌کند که آن را برای برنامه‌های اینترنت اشیا مفید می‌سازد.

وانگ گفت: ایجاد یک حالت انتقال یکپارچه از ارتباط با نور آبی، نور سفید، طول موج‌های UV عمیق و دیود‌های لیزر مهم بود تا بتوانیم آنها را با استفاده از سوئیچ‌های اترنت ادغام کنیم. ال‌ای دی‌ها و طرح‌های مدولاسیون، توان عملیاتی در شبکه را تعیین می‌کنند در حالی که دیود نوری بهمنی (نوعی دیوید نوری بسیار حساس) محدوده انتقال را محدود می‌کند و یک فیلتر میانگذر اپتیکال، سیگنال‌های نوری مورد نظر را از طیف‌های دیگر جدا می‌سازد؛ و به همین ترتیب این انتقال یکپارچه امکان پذیر شد.

محققان نشان دادند که شبکه ارتباطی تمام نوری می‌تواند ارتباطات ویدئویی کاملا دوطرفه و بلادرنگ و همچنین انتقال داده‌های حسگر، تصاویر و فایل‌های صوتی را از طریق دسترسی سیمی و بی سیم انجام دهد. 

ویدئوی کاملا دوطرفه به این معنی است که ویدئو می‌تواند به طور همزمان ارسال و دریافت شود که برای برنامه‌هایی مانند ویدئو کنفرانس ضروری است. آزمایش این سیستم نشان داد هنگامی که ویدیو‌های ۲۵۶۰ × ۱۴۴۰ و ۱۹۲۰ × ۱۰۸۰ پیکسل در زمان واقعی با سرعت ۲۲ فریم در ثانیه وارد شبکه شدند، با کمی تاخیر واضح باقی ماندند.

با استفاده از ابزار تجزیه و تحلیل بسته‌های شبکه، حداکثر نسبت تلفات بسته ۵.۸۰ درصد و تأخیر انتقال زیر ۷۴ میلی ثانیه اندازه گیری شد.

نتایج این تحقیقات در نشریه «اوپتیکا پابلیشینگ گروپ» (Optica Publishing Group) منتشر شده است.