Os pesquisadores desenvolveram uma rede inovadora de comunicação totalmente leve que permite conectividade perfeita em vários ambientes, incluindo espaço, ar e subaquático. Ao integrar múltiplas fontes de luz, esta rede facilita a transmissão de dados ininterrupta e em tempo real através de diferentes meios, melhorando as capacidades de comunicação, navegação e troca de dados. Crédito: Yongjin Wang, Universidade de Correios e Telecomunicações de Nanjing
A mais recente arquitetura de rede utiliza uma variedade de fontes de luz para superar obstáculos colocados pelo ambiente.
Os cientistas criaram uma rede de comunicação inteiramente baseada na luz que permite conectividade contínua em ambientes espaciais, aéreos e subaquáticos. O novo design de rede combina diferentes tipos de fontes de luz para garantir a conectividade independentemente do ambiente.
“No mundo de hoje, a transmissão de dados é crítica para comunicação, navegação, resposta a emergências, pesquisa e atividades comerciais”, disse o líder da equipe de pesquisa, Yongjin Wang, da Universidade de Correios e Telecomunicações de Nanjing e da Suzhou Lighting Chip Monolithic Optoelectronics Technology Co. na China. “Esta nova rede sem fio permite conectividade ininterrupta entre ambientes, facilitando a transmissão bidirecional de dados em tempo real entre os nós da rede que realizam comunicação e troca de dados dentro e entre redes.”
Na revista Optica Publishing Group Ótica Expressa, os pesquisadores descrevem a rede de comunicação totalmente baseada em luz e demonstram a comunicação de vídeo em tempo real entre os nós da rede. Eles também mostram que ele pode suportar acesso a dispositivos com e sem fio simultaneamente e pode realizar transmissão bidirecional de dados entre nós da rede. Ambos os recursos são essenciais para fornecer vários serviços a diferentes usuários ao mesmo tempo.
“A comunicação totalmente luminosa poderia ser usada em oceanos e lagos, por exemplo, onde sensores coletam dados ecológicos e se comunicam com bóias de superfície”, disse Wang. “Os dados poderiam então ser enviados sem fio pela superfície da água ou através de links de transmissão de longa distância entre cidades. A rede também pode se conectar à Internet por meio de um modem, garantindo às pessoas que possam estar em um local remoto no oceano, por exemplo, acesso à rede backbone para compartilhamento de informações.”
Construindo uma rede integrada
As redes de comunicação leve sem fio são frequentemente projetadas para cenários específicos e carecem de interoperabilidade com outros sistemas de comunicação. A criação de interconexões espaço-ar-mar exige a difícil tarefa de reunir múltiplas tecnologias de uma forma que crie uma rede de comunicação contínua. Para conseguir isso, os pesquisadores usaram quatro espectros de luz para estabelecer links de comunicação de luz sem fio para quatro ambientes ou aplicações diferentes.
Os pesquisadores realizaram experimentos que mostraram que a rede de comunicação totalmente leve poderia realizar comunicação de vídeo full-duplex em tempo real e transmissão endereçável de sensores, imagens e arquivos de áudio por meio de acesso com e sem fio. Crédito: Yongjin Wang, Universidade de Correios e Telecomunicações de Nanjing
Eles usaram a luz azul para comunicação subaquática porque a água do mar tem uma janela de absorção reduzida para a luz azul esverdeada, permitindo que ela viaje mais longe debaixo d’água em comparação com outros comprimentos de onda. Isto pode permitir que o sistema seja usado para controlar veículos subaquáticos não tripulados ou estabelecer comunicação entre dispositivos subaquáticos e bóias. LEDs brancos são usados para transmitir informações entre objetos como bóias ou navios que estão acima da água.
Para conexões com dispositivos aéreos, como drones, é usada luz ultravioleta profunda. Isso fornece comunicação cega à energia solar, o que evita a interferência da luz solar. Finalmente, para comunicação ponto a ponto no espaço livre, foram aplicados diodos laser infravermelhos próximos, pois emitem luz direcional com alta potência óptica. Os pesquisadores também projetaram a rede de forma a permitir acesso sem fio ou com fio à Internet com base no esquema TCP/IP, o que a torna útil para aplicações da Internet das Coisas.
Conectando as fontes de luz
“Era importante estabelecer um modo de transmissão unificado de comunicação com luz azul, luz branca, comprimentos de onda UV profundos e diodos laser para que possamos integrá-los usando switches Ethernet”, disse Wang. “Para tornar este trabalho possível, os LEDs e os esquemas de modulação determinam o rendimento da rede, enquanto o fotodiodo avalanche limita o alcance de transmissão e um filtro passa-banda óptico isola os sinais de luz desejados daqueles nos outros espectros.”
Os pesquisadores mostraram que a rede de comunicação totalmente leve poderia realizar comunicação de vídeo full-duplex em tempo real e transmissão de dados de sensores, imagens e arquivos de áudio por meio de acesso com e sem fio. Vídeo full-duplex significa que o vídeo pode ser transmitido e recebido simultaneamente, o que é necessário para aplicações como videoconferência. Quando vídeos em tempo real de 2560 × 1440 e 1920 × 1080 pixels a 22 quadros por segundo foram alimentados na rede, eles permaneceram nítidos com pouco atraso. Usando uma ferramenta de análise de pacotes de rede, foi medida uma taxa máxima de perda de pacotes de 5,80% e um atraso de transmissão inferior a 74 milissegundos.
Agora, os pesquisadores pretendem melhorar o rendimento da rede de comunicação totalmente luminosa usando multiplexação por divisão de comprimento de onda para eliminar o gargalo causado pelos LEDs. Isso ajudará a melhorar a eficiência geral e o desempenho da rede. Eles também estão trabalhando para permitir nós móveis, em vez de apenas nós fixos, o que exige enfrentar o desafio do alinhamento de luz. Isto é particularmente crucial para uso com equipamentos subaquáticos e drones.
Referência: “Rede de comunicação totalmente leve para interconexão integrada espaço-ar-mar” por Yongjin Wang, Zheng Shi, Hongbo Zhu, Ziqian Qi, Pengzhan Liu, Yingze Liang e Linning Wang, 10 de março de 2024, Ótica Expressa.
DOI: doi:10.1364/OE.514930
