Всесвітня оптична мережа: чи є перспектива у зв’язку за допомогою світла
Китайські вчені представили концепцію глобальної системи зв’язку, де передавання даних у різних середовищах здійснюватиметься за допомогою світлових сигналів. Ідея доволі цікава, а плани авторів винаходу амбітні. Проте чи життєздатна вона? SPEKA спробувала розібратися.
Про що йдеться?
Наприкінці минулого місяця профільний журнал Optics Express повідомив, що китайські вчені з Нанкінського університету пошти і телекомунікацій та фахівці компанії Suzhou Lighting Chip Monolithic Optoelectronics Technology розробили бездротову комунікаційну мережу, яка забезпечує безперебійний зв'язок у космосі, повітрі та під водою. Автори зазначають, що новий дизайн мережі поєднує різні типи джерел світла, щоб забезпечити зв'язок незалежно від навколишнього середовища.
Простіше кажучи, передавання даних відбувається бездротовим шляхом за допомогою передавання сигналів у видимому, інфрачервоному та ультрафіолетовому діапазонах світла.
Мета — створити безшовну мережу бездротового оптичного зв’язку, яка б об'єднувала космос, повітря і море. За задумом вчених, для цього використовуватимуть чотири спектри світла і набір датчиків та вузлів, що об’єднають все це в єдину мережу.
За словами авторів розробки, для різних середовищ використовуватимуться різні діапазони світла.
Підписуйтеся на наші соцмережі
- Для підводного зв'язку вони використовували синє світло, оскільки морська вода має зменшений показник поглинання світла у спектрі від синього до зеленого кольору (довжина хвиль — 450-570 нм), що дозволяє сигналу поширюватися під водою на більшу відстань порівняно з іншими довжинами хвиль. Це може дозволити використовувати систему для управління безпілотними підводними апаратами або встановлення зв'язку між підводними пристроями і буями.
-
Для зв’язку між надводними об’єктами (кораблями, буями, поверхневими датчиками тощо) вчені використали білі світлодіоди.
-
Для зв'язку з повітряними пристроями, як-от дрони чи літаки, пропонують використовувати глибоке ультрафіолетове світло. За словами авторів розробки, цей спектр запобігає перешкодам від сонячного світла у повітрі.
-
Для зв'язку між об’єктами у відкритому космосі пропонують використовувати лазерні діоди ближнього інфрачервоного діапазону, оскільки вони випромінюють спрямоване світло з високою потужністю.
Поєднуючи ці різні джерела світла, мережа пропонує універсальні можливості підключення, зберігаючи при цьому сумісність з наявними системами зв'язку. Зокрема, вона забезпечує доступ до інтернету на основі стандартної схеми TCP/IP, що робить її придатною для використання, зокрема, для пристроїв інтернету речей.
Дослідники продемонстрували, що така мережа може забезпечити відеозв'язок у реальному часі, а також передавання інших даних, зокрема зображень та аудіофайлів. При цьому приймання та передавання даних може йти одночасно, що, наприклад, необхідно для проведення відеоконференцій.
Наразі про повноцінний запуск цієї мережі зв’язку не йдеться. Вчені продовжують працювати над технологією, зокрема хочуть підвищити її пропускну здатність, використовуючи різні довжини хвиль. Вони також працюють над створенням мобільних вузлів мережі, що особливо важливо для роботи з підводними апаратами та повітряними безпілотниками.
Де ця система оптичного зв’язку може принести користь
Плани вчених по-справжньому наполеонівські: вони вважають, що ця система зрештою може стати всесвітньою мережею зв’язку і забезпечуватиме його у найвіддаленіших місцях планети. Поки що вони наголошують, що на початковій стадії мережа може бути корисною для наукових досліджень або для зв’язку в океані та інших віддалених місцях.
Чи можливо побудувати таку систему
Дослідження бездротового оптичного зв’язку, зокрема підводного, тривають доволі давно. Зокрема, у 1976 році науковці проводили дослідження зі встановлення лазерного зв’язку між супутниками та підводними човнами. У 2017 році вчені досягли швидкості передавання даних 10 Гбіт/с на відстані 10 м під водою за допомогою синього лазера з довжиною хвилі 405 нм. У 2019 році вдалося досягти швидкості 18,09 Гбіт/с за допомогою алгоритмів дискретної багатотональної модуляції. Того ж року науковці налагодили підводний оптичний зв'язок на відстані 100 м зі швидкістю 500 Мбіт/с за допомогою лазера з довжиною хвилі 520 нм у водопровідній воді.
Тож сама ідея передавання інформації за допомогою оптичних сигналів без дротів не є чимось надзвичайним чи нездійсненним. Проте варто зазначити, що більшість успішних досліджень проводили у лабораторних умовах.
Реалізувати на практиці подібні системи зв’язку заважає чимало чинників. Це, зокрема, неоднорідність середовища, особливо водного, через який планують передавати сигнал.
В атмосфері різна температура повітряних мас, хмарність та пил також можуть перешкоджати проходженню оптичного сигналу без спотворень.
Немає питань лише до космічного середовища, де супутники, що розташовані у прямій видимості, дійсно можуть обмінюватися інформацією за допомогою оптичного зв’язку.
Зважаючи на це, досі не створено жодної ефективної системи оптичного зв’язку, яка б працювала на великих відстанях у різних середовищах, хоча дослідження у цьому напрямі ведуть постійно. Чи вдасться китайським вченим реалізувати свій проєкт, покаже час.
