Forskare i Kina har demonstrerade ett prototypkommunikationsnätverk som kan överföra och ta emot data genom rymden, luften och vattnet helt och hållet på optiska våglängder. Om den framgångsrikt skalas upp kan den nya nätverksdesignen ha så olika tillämpningar som navigering, ekologisk övervakning, fjärranalys, nödhjälp och anslutningsenheter inom det så kallade "Internet of Things". 

Många av dagens optiska kommunikations näts är designade för att fungera i bara en Medium: under vattnet, över land, dig genom rymden eller i luften. Skapa en enda system som kan driva in alla of dse miljöer är ingen lätt uppgift, eftersom kraven på var och en är olika. Fuppfyllelse dem krav därmed innebär att kombinera flera tekniker. 

Ett team ledd av mikroelektronikexperten Yongjin Wang från Nanjing University of Post and Telecommunications och Suzhou Lighting Chip Monolithic Optoelectronics Technology Co. Ltd. har nu gjort just det genom att använda fyra olika ljuskällor för att skapa samtidiga trådlösa ljuskommunikationslänkar i någon av dessa miljöer. "Vårt nya trådlösa nätverk möjliggör oavbruten anslutning mellan miljöer, vilket underlättar tvåvägs dataöverföring i realtid mellan nätverksnoderna som utför kommunikation och datautbyte inom och mellan nätverk", säger Wang. 

Fyra trådlösa ljuskommunikationslänkar i full duplex  

För under vattnet del av deras nätverk, valde forskarna blått ljus eftersom havsvatten absorberar mindre i denna del av det elektromagnetiska spektrumet, vilket innebär att ljus kan resa längre. För att kommunicera med luftburna enheter som drönare använde de djupt ultraviolett ljus eftersom det ger "solblind" kommunikation utan störningar från solljus. För andra luftbaserade applikationer använde de trådlös kommunikation med vitt ljus, medan de för punkt-till-punkt-kommunikation i ledigt utrymme valde nära-infraröda laserdioder. Dessa dioder avger ljus i en riktning med hög optisk effekt, vilket återigen låter signalerna färdas längre. 

<a data-fancybox data-src="https://zephyrnet.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=”Klicka för att öppna bilden i popup” href=”https://zephyrnet.com/wp-content/uploads/2024/04/all -optical-space-air-sea-communication-nätverk-gör-sin-debut-physics-world-1.jpg”>

"Vår nätverket består av dessa fyra trådlösa ljuskommunikationslänkar i full duplex, som är seriekopplade via Ethernet-switchar”, förklarar Wang. "Både trådbunden och trådlös åtkomst till all-light kommunikationsnätverket är också möjlig, vilket ger flexibla anslutningsmöjligheter."  

SAtt separera de olika ljusbanden förhindrar också signaler från att störa, vilket innebär att nätverket kan sända många signaler samtidigt utan att kompromissa med prestanda, säger Wang. Nätverket kan anslutas till Internet via ett modem, vilket ger människor på avlägsna platser i havet, till exempel tillgång till stamnätet för informationsdelning. Det tillåter också videokonferenser och andra överföringar via den flitigt använda TCP/IP-sviten (Transition Control Protocol/Internet Protocol), tillägger han, vilket gör den även lämplig för Internet of Things-applikationer. "Till exempel, när en onlinevideo på 2560 × 1440 pixlar med 22 bilder per sekund matas in i nätverket, kan användare som kommer åt nätverket från vilken nod som helst besöka den här videon med liten fördröjning", säger han Fysik värld.  

Från ett enda kommunikationssystem till ett nätverk  

Enligt Wang och kollegor, all-light kommunikationsnätverket är ett "stort genombrott", ett som borde göra det möjligt att övergå från enstaka trådlösa lätta kommunikationssystem till ett nätverk av dem. Ett sådant nätverk skulle motstå elektromagnetisk störning (EMI), vilket gör det särskilt attraktivt för att kommunicera med undervattensutrustning och drönarkluster. "Det är därför vi arbetar med att integrera mobila noder i nätverket, snarare än fasta noder, som nu är fallet", förklarar Wang. "Detta kommer dock inte att bli lätt, eftersom det kommer att kräva att man tar sig an utmaningen med "light alignment" och nätverksetableringshastighet."  

Forskarna, som beskriv det nya nätverket i Optik Express, planerar också att förbättra genomströmningen av deras kommunikationsnätverk genom att använda en teknik som kallas våglängdsmultiplexering. Detta, säger de, kommer att förbättra nätverkets totala effektivitet och prestanda genom att eliminera förseningar som är förknippade med användning av nära-infraröda laserdioder.