Aqua-Fi — это новая технология для скоростного беспроводного интернета под водой. Обычный Wi-Fi в этих условиях бессилен.
Подводные телекоммуникации всегда были проблемой. Радиосигналы, повсеместно распространенный беспроводной стандарт, в этом случае непригодны для использования, так как их полностью поглощает вода. Акустические передатчики (например, гидролокатор) работают под водой лучше, но они страдают от очень низкой скорости передачи данных. Неплохо было бы использовать Wi-Fi под водой, правда?
Система Aqua-Fi использует Wi-Fi модуль компьютера Raspberry Pi, который преобразует сигнал и передаёт его лазеру. А лазер в свою очередь передаёт сигнал на ретранслятор, который находится на поверхности воды.
Исследователи из Университета науки и технологий имени Короля Абдаллы (KAUST) в Тувале (Саудовская Аравия) разработали подводный Wi-Fi. Система, которую они называют Aqua-Fi, использует комбинацию лазеров и некоторых готовых компонентов для создания двунаправленного беспроводного соединения для подводных устройств. Система полностью соответствует беспроводным стандартам IEEE 802.11, что означает, что она может легко подключаться и функционировать как часть более крупной сети.
Вот как это работает. Допустим, у вас есть подводное устройство, которое должно передавать данные (для исследователей KAUST это были водонепроницаемые смартфоны). Затем они использовали обычный сигнал Wi-Fi, чтобы подключить это устройство к подводному «модему». В качестве модема они использовали Raspberry Pi, который преобразовывал беспроводной сигнал в оптический (в данном случае — в лазерный). Лазер посылал свой сигнал на приёмник (реле), прикреплённый к бую на поверхности воды.
Aqua-Fi — продолжение работы, которую исследователи KAUST начали в 2017 году, когда использовали синий лазер для передачи 1,2-гигабитного файла под водой. Но Басем Шихада, доцент кафедры информатики в KAUST и один из участников проекта Aqua-Fi, решил, что это не так масштабно, как хотелось бы: «Кому интересно передавать только один файл? Давайте сделаем нечто большее».
И тогда команда начала изучать двунаправленную связь для создания системы, способной передавать видео высокого разрешения.
Шихада говорит, что для него было важно использовать уже готовые компоненты: «Мое первое правило: я не хочу, чтобы что-то было [сделано специально для этого]». Единственным исключением стала схема для Raspberry Pi, которая преобразует беспроводной сигнал в оптический сигнал и наоборот.
Сначала команда использовала светодиоды вместо лазеров, но обнаружила, что светодиоды не были достаточно мощными для высоких скоростей передачи данных. Со светодиодами луч был ограничен расстоянием около 7 метров и скоростью передачи данных около 100 килобит в секунду. Когда они перешли на синий и зелёный лазеры, они достигли 2,11 мегабит в секунду на расстоянии 20 метров.
Два студента в KAUST разговаривают по скайпу, используя Aqua-Fi. Каждый телефон на краю чёрного ящика подключен к подводному Raspberry Pi, и зелёный лазер несколько раз отражается (кратно длине ящика), проходя расстояние в 20 метров.
Даже с учётом ограничений Raspberry Pi, исследователи KAUST смогли использовать Aqua-Fi для звонков по Skype и передачи файлов.
Шихада говорит, что в настоящее время система ограничена возможностями Raspberry Pi. Команда дважды сжигала пользовательскую схему, отвечающую за преобразование оптических и беспроводных сигналов, когда пыталась использовать слишком мощный лазер. Для того, чтобы эта установка включала более мощные лазеры, которые могут передавать дальше (в метрах) и больше (в мегабитах), Raspberry Pi необходимо заменить на специальный оптический модем.
Но всё ещё существует большая проблема, которую необходимо решить, чтобы сделать такую систему, как Aqua-Fi, коммерчески жизнеспособной. Нет, это не замена Raspberry Pi. Всё не так просто: настройка лазера остаётся самой сложной задачей. Поскольку лазеры очень точны, даже легкие колебания воды могут сбить луч с курса.
Исследователи KAUST рассматривают два варианта решения этой проблемы. Во-первых, можно использовать технику, аналогичную «фотонному забору», разработанному для уничтожения комаров. Направляющий лазер малой мощности будет сканировать реле. Когда соединение будет установлено, он сообщит другому лазеру с более высокой мощностью, что можно начать отправку данных. Если волны снова сместят систему, мощный лазер отключится, вновь активизируется вспомогательный направляющий лазер, и начнёт новый поиск.
Другой вариант — MIMO-подобное решение, использующее небольшой набор реле. Если лазерный излучатель немного сдвигается из-за волн, он всё равно будет поддерживать соединение.
MIMO — метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, в котором передача данных и приём данных осуществляются системами из нескольких антенн (Википедия).
Зачем кому-то нужен Интернет под водой? Во-первых, существует большая потребность в сохранении и передаче больших файлов, например, в сфере дистанционного наблюдения за морской жизнью и коралловыми рифами. Видео высокой чёткости, собираемое и передаваемое беспроводными подводными камерами, может быть чрезвычайно полезным для защитников природных ресурсов.
Это также полезно для индустрии высоких технологий. Такие компании, как Microsoft, изучают возможность размещения дата-центров в море и под водой. Размещение центров обработки данных на дне океана может, возможно, сэкономить деньги как на охлаждении оборудования, так и на затратах на энергию. Особенно, если кинетическую энергию волн удастся собрать и преобразовать в электричество. Ну а раз дата-центры будут находиться под водой, то там же должен быть и интернет.
Встречайте! Впервые в России — эпичные серверы!
Мощные серверы на базе новейших процессоров AMD EPYC. Частота процессора до 3.4 GHz. Максимальная конфигурация — 128 ядер CPU, 512 ГБ RAM, 4000 ГБ NVMe!
Подводные телекоммуникации всегда были проблемой. Радиосигналы, повсеместно распространенный беспроводной стандарт, в этом случае непригодны для использования, так как их полностью поглощает вода. Акустические передатчики (например, гидролокатор) работают под водой лучше, но они страдают от очень низкой скорости передачи данных. Неплохо было бы использовать Wi-Fi под водой, правда?
Система Aqua-Fi использует Wi-Fi модуль компьютера Raspberry Pi, который преобразует сигнал и передаёт его лазеру. А лазер в свою очередь передаёт сигнал на ретранслятор, который находится на поверхности воды.
Исследователи из Университета науки и технологий имени Короля Абдаллы (KAUST) в Тувале (Саудовская Аравия) разработали подводный Wi-Fi. Система, которую они называют Aqua-Fi, использует комбинацию лазеров и некоторых готовых компонентов для создания двунаправленного беспроводного соединения для подводных устройств. Система полностью соответствует беспроводным стандартам IEEE 802.11, что означает, что она может легко подключаться и функционировать как часть более крупной сети.
Вот как это работает. Допустим, у вас есть подводное устройство, которое должно передавать данные (для исследователей KAUST это были водонепроницаемые смартфоны). Затем они использовали обычный сигнал Wi-Fi, чтобы подключить это устройство к подводному «модему». В качестве модема они использовали Raspberry Pi, который преобразовывал беспроводной сигнал в оптический (в данном случае — в лазерный). Лазер посылал свой сигнал на приёмник (реле), прикреплённый к бую на поверхности воды.
Как всё начиналось?
Aqua-Fi — продолжение работы, которую исследователи KAUST начали в 2017 году, когда использовали синий лазер для передачи 1,2-гигабитного файла под водой. Но Басем Шихада, доцент кафедры информатики в KAUST и один из участников проекта Aqua-Fi, решил, что это не так масштабно, как хотелось бы: «Кому интересно передавать только один файл? Давайте сделаем нечто большее».
И тогда команда начала изучать двунаправленную связь для создания системы, способной передавать видео высокого разрешения.
Шихада говорит, что для него было важно использовать уже готовые компоненты: «Мое первое правило: я не хочу, чтобы что-то было [сделано специально для этого]». Единственным исключением стала схема для Raspberry Pi, которая преобразует беспроводной сигнал в оптический сигнал и наоборот.
Сначала команда использовала светодиоды вместо лазеров, но обнаружила, что светодиоды не были достаточно мощными для высоких скоростей передачи данных. Со светодиодами луч был ограничен расстоянием около 7 метров и скоростью передачи данных около 100 килобит в секунду. Когда они перешли на синий и зелёный лазеры, они достигли 2,11 мегабит в секунду на расстоянии 20 метров.
Два студента в KAUST разговаривают по скайпу, используя Aqua-Fi. Каждый телефон на краю чёрного ящика подключен к подводному Raspberry Pi, и зелёный лазер несколько раз отражается (кратно длине ящика), проходя расстояние в 20 метров.
Даже с учётом ограничений Raspberry Pi, исследователи KAUST смогли использовать Aqua-Fi для звонков по Skype и передачи файлов.
Какие-то проблемы?
Шихада говорит, что в настоящее время система ограничена возможностями Raspberry Pi. Команда дважды сжигала пользовательскую схему, отвечающую за преобразование оптических и беспроводных сигналов, когда пыталась использовать слишком мощный лазер. Для того, чтобы эта установка включала более мощные лазеры, которые могут передавать дальше (в метрах) и больше (в мегабитах), Raspberry Pi необходимо заменить на специальный оптический модем.
Но всё ещё существует большая проблема, которую необходимо решить, чтобы сделать такую систему, как Aqua-Fi, коммерчески жизнеспособной. Нет, это не замена Raspberry Pi. Всё не так просто: настройка лазера остаётся самой сложной задачей. Поскольку лазеры очень точны, даже легкие колебания воды могут сбить луч с курса.
Исследователи KAUST рассматривают два варианта решения этой проблемы. Во-первых, можно использовать технику, аналогичную «фотонному забору», разработанному для уничтожения комаров. Направляющий лазер малой мощности будет сканировать реле. Когда соединение будет установлено, он сообщит другому лазеру с более высокой мощностью, что можно начать отправку данных. Если волны снова сместят систему, мощный лазер отключится, вновь активизируется вспомогательный направляющий лазер, и начнёт новый поиск.
Другой вариант — MIMO-подобное решение, использующее небольшой набор реле. Если лазерный излучатель немного сдвигается из-за волн, он всё равно будет поддерживать соединение.
MIMO — метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, в котором передача данных и приём данных осуществляются системами из нескольких антенн (Википедия).
Кому это надо?
Зачем кому-то нужен Интернет под водой? Во-первых, существует большая потребность в сохранении и передаче больших файлов, например, в сфере дистанционного наблюдения за морской жизнью и коралловыми рифами. Видео высокой чёткости, собираемое и передаваемое беспроводными подводными камерами, может быть чрезвычайно полезным для защитников природных ресурсов.
Это также полезно для индустрии высоких технологий. Такие компании, как Microsoft, изучают возможность размещения дата-центров в море и под водой. Размещение центров обработки данных на дне океана может, возможно, сэкономить деньги как на охлаждении оборудования, так и на затратах на энергию. Особенно, если кинетическую энергию волн удастся собрать и преобразовать в электричество. Ну а раз дата-центры будут находиться под водой, то там же должен быть и интернет.
На правах рекламы
Встречайте! Впервые в России — эпичные серверы!
Мощные серверы на базе новейших процессоров AMD EPYC. Частота процессора до 3.4 GHz. Максимальная конфигурация — 128 ядер CPU, 512 ГБ RAM, 4000 ГБ NVMe!