全光通信網絡實現跨空間、空中和水下環境的無縫連接!

最近，研究人員開發了一種全光通信網絡，可以實現跨空間、空中和水下環境的無縫連接。新的網絡設計結合了不同類型的光源，以確保在任何環境下都能連接。

來自中國南京郵電大學和蘇州蘇納光電科技有限公司的研究團隊負責人王永進表示：“在當今世界，數據傳輸對于通信、導航、應急響應、研究和商業活動至關重要。這種新的無線網絡可以實現跨環境的不間斷連接，促進網絡節點之間的雙向實時數據傳輸，從而在網絡內部和網絡之間進行通信和數據交換。”

在《光學快報》雜志上，研究人員描述了完全基于光的通信網絡，并演示了網絡節點之間的實時視頻通信。實驗還表明，它可以同時支持有線和無線設備接入，并可以在網絡節點之間進行雙向數據傳輸。這兩種功能都是同時向不同用戶提供各種服務的關鍵。

王永進說：“全光通信可以用于海洋和湖泊，例如傳感器收集生態數據并與水面浮標通信，然后這些數據可以通過水面或城市之間的長距離傳輸鏈路無線傳輸。該網絡還可以通過調制解調器連接到互聯網，例如允許在遙遠海洋位置的人訪問骨干網絡進行信息共享。”

構建一體化網絡

無線光通信網絡通常是為特定場景而設計的，缺乏與其他通信系統的互操作性。創建空間-空氣-海洋互聯需要將多種技術以一種創建無縫通信網絡的方式結合在一起，這是一項艱巨的任務。為了實現這一目標，研究人員使用了四種光譜的光，為四種不同的環境或應用建立了無線光通信鏈路。

他們使用藍光進行水下通信，因為海水對藍綠光的吸收較少，與其他波長的光相比可以在水下傳播得更遠。這允許系統用于控制無人水下航行器或在水下設備和浮標之間建立通信。白色LED用于在浮標或水面上的船只等物體之間傳輸信息。

與無人機等機載設備連接時，使用深紫外光。這提供了“solar-blind”通信，可以防止陽光的干擾。最后，在自由空間的點對點通信中，由于近紅外激光二極管發射出具有高光功率的定向光，因此被應用于近紅外激光二極管。研究人員還設計了一種基于TCP/IP方案的網絡，允許無線或有線訪問互聯網，可以應用于物聯網應用。

連接光源

王永進表示:“建立一個統一的傳輸模式，從藍光、白光、深紫外波長和激光二極管的通信中建立一個統一的傳輸模式是很重要的，這樣我們就可以使用以太網交換機將它們集成起來。為了使這項工作成為可能，LED和調制方案決定了網絡吞吐量，而雪崩光電二極管限制了傳輸范圍，光學帶通濾波器將所需的光信號與其他光譜中的光信號隔離開來。”

研究人員表明，全光通信網絡可以實現全雙工實時視頻通信，并通過有線和無線接入傳輸傳感器數據、圖像和音頻文件。全雙工視頻意味著視頻可以同時發送和接收，這對于視頻會議等應用是必要的。當以每秒22幀的速度將2560*1440和1920 *1080像素的實時視頻輸入網絡時，圖像可以保持清晰，并幾乎沒有延遲。使用網絡數據包分析工具，測量到最大丟包率為5.80%，傳輸延遲低于74毫秒。

現在，研究人員的目標是通過使用波分復用來消除LED造成的瓶頸，從而提高全光通信網絡的吞吐量。這將有助于提高網絡的整體效率和性能。他們還致力于允許移動節點，而不僅僅是固定節點，這需要解決光對齊的挑戰。這對于水下設備和無人機的使用尤其重要。