Aqua-Fi发明水下WiFi 将互联网带到海底

 

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Illustration: KAUSTThe Aqua-Fi system uses a Wi-Fi connection to wirelessly connect a device to a Raspberry Pi, which converts the signal into a laser to be beamed to a relay on the water’s surface.

互联网已经成为我们生活中必不可少的一部分。无论是空中还是地面,我们都希望保持与互联网的连接。但是当我们在水下时呢?在水下交流一直是件麻烦事。在无线电波完全被上述标准所吸收之前,无线电波是无法传输的。声波传输(比如声纳)是水下的首选,但它们的数据传输速率非常低。由于这个领域仍然是未触及的领域,我们如何在水下使用互联网?如果我们能在水下使用Wi-Fi不是很好吗?

水下Wi-Fi正是沙特阿拉伯图瓦尔阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的研究人员开发的。他们称之为Aqua-Fi的系统使用激光和现成组件的组合,为水下设备建立双向无线连接。该系统完全符合IEEE 802.11无线标准,这意味着它可以轻松地连接到更广泛的互联网并作为其一部分发挥作用。

它的工作原理如下:假设你在水下有一个需要传输数据的设备(KAUST的研究人员使用的是防水智能手机)。然后,他们用一个常规的旧Wi-Fi信号将这个设备连接到一个水下的“调制解调器”,特别是,他们使用了一个Raspberry Pi作为调制解调器。Raspberry Pi将无线信号转换为光信号(在本例中,是一个激光器),然后被发送到连接到浮标上的接收器。从那里,已经建立的通信技术被用来向轨道卫星发送信号。对于水下设备接收数据,这个过程简单地颠倒了。

Aqua-Fi源于2017年KAUST研究人员的工作,,当时他们使用蓝色激光在水下传输1.2千兆位的文件。更有趣的是,据KAUST的计算机科学副教授、Aqua-Fi项目的研究人员之一Basem Shihada说:“谁在乎传送一个文件呢?”他说。“让我们用它来做一点什么吧。”

正是这种想法促使团队开始研究双向通信,最终目标是建立一个能够传输高分辨率视频的系统。

研究小组在第一次设计中使用了LED而不是激光,但是他们发现LED的功率不足以满足高数据传输率的要求。使用LED,光束被限制在大约7米的距离内,数据传输速率约为每秒100千比特。当他们升级到蓝色和绿色激光器时,他们在20米的距离内达到了每秒2.11兆比特。

Shihada说,目前,该系统受到Raspberry Pi的能力的限制。研究小组烧毁了负责转换光和无线信号的定制电路,有两次,因为他们使用了功率过大的激光器。他说,为了使这种装置能集成更强大的激光器,既能进行更远的通信,又能传输更多的数据,Raspberry Pi需要换成专用的光调制解调器。
Photo: Basem Shihada/KAUSTTwo students at KAUST talk over Skype using Aqua-Fi. Each phone is connected to an underwater Raspberry Pi on each end of the black box, and a green laser is reflected down the length of the box several times to create a distance of 20 meters.即使有Raspberry Pi的局限性,KAUST的研究人员还是能够使用Aqua-Fi来拨打Skype电话和传输文件。

Aqua-Fi就像信号增强器一样,使用光束将数据传输到位于地面的计算机上。计算机通过卫星连接到互联网,通过01编排转换视频和照片,并将它们转换为以极高的速度打开和关闭的光束。

研究员Basem Shihada表示,使用该系统,勘探人员和工业部门都可以详细监控水下环境。这是同类行业中的第一个无线水下互联网系统,他们正在努力改善链接质量和传输范围。

你可能还在问自己,为什么有人甚至需要在水下上网?首先,在水下保护方面有很多需要,例如,对海洋生物和珊瑚礁进行远程监测。通过无线海底摄像机采集和传输的高清视频对自然资源保护主义者有很大的帮助。

同时,它对高科技世界也有帮助。像微软这样的公司正在探索将数据中心置于离岸和水下的可能性如果海浪的动能能够被收集并转化为电能,那么在海底安装数据中心或许可以节省设备冷却费用和能源成本。如果有数据中心在水下,那么互联网也需要在那里。
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