Rede de comunicação por luz interliga espaço, ar e mar com conectividade perfeita

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/03/2024

A rede de comunicação totalmente por luz permite conectividade perfeita em ambientes espaciais, aéreos e subaquáticos. Ele combina comunicação por luz azul (BLC) para controlar veículos subaquáticos não tripulados (UUV), comunicação ultravioleta profunda, para veículos aéreos não tripulados (UAVs), comunicação de diodo laser (LC) com satélites, e comunicação de luz branca (WLC), para aplicações comuns do dia a dia.
[Imagem: Linning Wang et al. - 10.1364/OE.514930]

Comunicação por luz

A comunicação por luz visível acaba de romper um dos maiores empecilhos à sua adoção em larga escala: A capacidade de operar em qualquer ambiente.

Uma nova rede de comunicação totalmente por luz permite uma conectividade perfeita não apenas nos ambientes abertos comuns, como também nos ambientes subaquáticos e até espaciais.

Linning Wang e seus colegas da Universidade Nanjing, na China, combinaram diferentes tipos de fontes de luz para garantir a conectividade independentemente do ambiente - já existem lâmpadas especiais que transmitem dados 100 vezes mais rápido que o Wi-Fi, que usa ondas de rádio, mas a ideia é ir além das comunicações por ar aberto.

"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 a comunicação e a troca de dados intra e inter redes," disse Wang. "No mundo de hoje, a transmissão de dados é crítica para comunicação, navegação, resposta a emergências, pesquisa e atividades comerciais."

E o sistema é versátil, podendo operar nos modos inteiramente por luz ou por fiação, sendo que os dois modos podem funcionar simultaneamente.

"A comunicação totalmente luminosa poderia ser usada em oceanos e lagos, por exemplo, onde sensores coletam dados ecológicos e se comunicam com boias 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 de base para o compartilhamento de informações."

Demonstração das quatro modalidades de comunicação por luz.
[Imagem: Linning Wang et al. - 10.1364/OE.514930]

Interoperabilidade

Para garantir a interoperabilidade das redes de comunicação por luz, a equipe usou quatro espectros de luz para estabelecer links de comunicação de luz sem fio para quatro ambientes ou aplicações diferentes.

A luz azul é usada 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 permite que o sistema seja usado para controlar veículos subaquáticos não tripulados ou para estabelecer comunicação entre dispositivos subaquáticos e boias.

LEDs brancos são usados para transmitir informações entre objetos como boias ou navios, que estão acima da água. Para conexões com dispositivos aéreos, como drones, é usada luz ultravioleta profunda, o que evita a interferência do Sol, fornecendo comunicação imune à radiação solar. Finalmente, para comunicação ponto a ponto no espaço livre, foram aplicados diodos laser infravermelhos próximos, que emitem luz direcional com alta potência óptica.

Os pesquisadores também projetaram a rede de modo a permitir acesso sem fio ou com fio à internet com base no tradicional TCP/IP, o que a torna útil para aplicações da internet das coisas.

Esquema da rede de demonstração, composta por quatro links de comunicação.
[Imagem: Linning Wang et al. - 10.1364/OE.514930]

Vídeo em alta resolução

Os pesquisadores demonstraram que a rede de comunicação totalmente por luz realiza 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 de 2560 x 1440 e 1920 x 1080 píxeis, a 22 quadros por segundo, foram transmitidos pela rede, eles permaneceram nítidos com pouco retardo. Usando uma ferramenta de análise de pacotes de rede, foi medida uma taxa máxima de perda de pacotes de 5,8% e um atraso de transmissão inferior a 74 milissegundos.

Agora, os pesquisadores pretendem melhorar o rendimento da rede de comunicação óptica 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 da luz, mas é particularmente importante para o uso com equipamentos subaquáticos e drones.

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