A hang alapú víz alatti hálózatoké a jövő

Egy víz alatti hálózat elvi felépítése a fix és a mobil (automata tengeralattjáró) eszközökkel

A vezeték nélküli technológiák szinte mindenütt elterjedtek a szárazföldön. Hétköznapi tevékenység az üzenetek megnézése a mobilon, a laptop csatlakoztatása a wifihez az internetes böngészéshez vagy a zenehallgatás a Bluetooth fülhallgatóval. Ez a fajta vezeték nélküli kommunikáció azonban lehetetlen víz alatt, ezért kísérleteznek a hang alapú hálózatok kifejlesztésével.

Az elektromágneses hullámok nagyon rosszul terjednek a vízben, ezért szinte teljesen használhatatlanok a kommunikációra. Holott nagy igény lenne a vezeték nélküli víz alatti hálózatokra. Segítségükkel le lehetne fülelni az orvhalászokat, észlelni és követni lehetne a védett területekre behatoló illegális hajókat, illetve monitorozni lehetne az olajvezetékeket.

A most használt szenzorok zömét vízhatlan – és nagyon drága – kábelek kötik össze a központokkal, és ez behatárolja a használhatóságukat.

A hosszúszárnyú bálnák éneke kilométerekre elhallatszik Forrás: wikimedia.org

Szükség lenne a vezeték nélküli kommunikációra

A vezeték nélküli víz alatti kommunikáció révén jelentősen csökkennének az infrastrukturális és a telepítési költségek, így hozzájárulhatna a távoli érzékelések és mérések elterjedéséhez.

Fényjeleket ugyan lehet –nagyon korlátozottan (nagyjából 20 méter távolságra) – használni a víz alatti kommunikációra, de az igazán életképes megoldás a nyomáshullámok, azaz a hang kiaknázása lehet.

A természetben bevált

Az óceáni állatfajok közül sok használ hangot a kommunikációhoz vagy a zsákmány behatárolásához.

Közismert, hogy a bálnák éneke sok kilométer távolságban is észlelhető. Ez például azt is jelenti, hogy a hosszú olaj- és gázvezetékek, valamint a védett tengeri területek néhány szenzorral lefedhetők lennének.

A hang ráadásul eléggé támogatja a digitális kommunikációt ahhoz, hogy lehetséges legyen vele továbbítani a víz alatti felhasználásokhoz jellemzően szükséges adatmennyiséget. Ebből következően lehetséges lenne a szárazföldi rádióhálózatokhoz hasonló rendszer kiépítése. Ez már a 20. század elején nyilvánvalóvá vált, amikor megtervezték az első hang alapú jégérzékelő rendszert (a Titanic 1912-es katasztrófájának következményeként), illetve megjelent az első szonár.

A hang hátrányai

A mérnökök számára azonban hamar nyilvánvalóvá vált, hogy a hangnak sok hátránya van. Nagyon lassan terjed (nagyjából 1,5 km/másodperc, az elektromágneses hullámok levegőben fénysebességű, 300 000 km/másodperc haladásával szemben).

Vízben összetett a terjedési mintázata, ami sok visszhangot és jelentős visszaverődést okoz, ami még ráadásul földrajzi helytől és az évszaktól is függ. E miatt összetett jelfeldolgozó rendszer szükséges az adatok dekódolásához.

Végül az adatok névleges továbbítási sebessége jelenleg csupán néhány kbps, lassabb, mint a telefonos modemeké volt az 1990-es években.

Egy olajvezetéket monitorozó víz alatti hálózat elvi felépítése a fix és a mobil (automata tengeralattjáró) eszközökkel Forrás: IMDEA

Lehetséges megoldások

A hátrányok legyőzése érdekében a kutatók figyelme

az autonóm, önszervező víz alatti hálózatok tervezése felé irányult.

Legfontosabb a heterogenitás. Az ábrán is látható jellemző hálózat fix és mozgó csomópontokból állhat.

Az egyes alkotóelemeknek elég önállóaknak kell lenni ahhoz, hogy felfedezzék a szomszédaikat és keressék az együttműködésüket, amikor az érzékelt adatokat az adó hatókörén kívül, nagy távolságba kell továbbítani.

A hálózatnak reagálnia kell a specifikus körülményekre (például behatolás vagy káros környezeti esemény érzékelése), és elsőbbséget kell adnia az ezzel kapcsolatos adatok továbbításának.

Egyelőre csak kísérletek folynak az ilyen hálózatok megvalósítására, de az eredmények bíztatóak. A kutatók szerint nemsokára élesben is alkalmazhatók lesznek a hanggal működő tenger alatti vezeték nélküli hálózatok, olvasható az IMDEA Networks Institute közleményében.