KAUST科學家創造了優化水下無線傳感器網絡的新技術

位于沙特的研究團隊設計了一種混合傳感器網絡，可以克服聲波和光波的缺點，這是兩種最常用的水下無線通信系統。

阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)的四強團隊表示，該網絡能夠同時傳輸聲學和光學信號，并且是滿足高質量水下通信不斷增長的需求的潛在解決方案。

水下聲學無線通信系統長距離工作，但受到低數據速率(千比特/秒)，長延遲和高衰減的影響，電氣工程教授兼KAUST副院長Mohammed Slim-Alouini解釋道。

該研究小組之一Nasir Saeed表示，新研究發現，不同聲學通信系統產生的噪音正在損害魚類和海洋哺乳動物的健康。

Alouini解釋說，雖然光通信技術可以通過更高的可實現數據速率(千兆位/秒)，更低的延遲和更高的安全性來緩解這些聲學缺陷，但由于吸收，散射和海水的湍流，它們的范圍限制在幾十米。

“我們相信，可以將聲波用于指揮和控制服務的混合網絡，以及用于高速通信服務的光波將為現有的水下無線系統提供良好的替代方案，”他說。

在這個新模型中，傳播到水下網絡的傳感器將信號傳輸到數據采集表面浮標。對于大距離，傳感器傳輸聲學信號，但是在更近的范圍內，它傳輸光學信號。

由于海洋研究需要精確的定位技術，團隊使用數學建模來開發概念驗證定位技術，以確定在任何給定時間每個傳感器的精確位置。每個表面浮標收集多個信號測量值，然后對測量值進行加權，優先選擇最準確的讀數，以計算每個傳感器的位置。

Dimitris Pados是佛羅里達大西洋大學的教授和I-SENSE研究員，他的研究小組正在與KAUST團隊一樣努力，但通過高聲頻率，他說有效的本地化和高數據速率的遠程水下無線通信是研究界尚未滿足的挑戰令他們滿意。

“KAUST團隊以雄心勃勃但又非常有意義的方式解決這兩個問題，它們可以重塑我們在海底溝通的方式，”Pados說。

根據KAUST研究人員的說法，水下光學無線網絡的使用可以實現眾多應用，如水下觀測系統，儀器監測，氣候記錄，自然災害預測，石油勘探，搜索和救援任務，導航和海洋生物研究。

然而，有用性取決于克服水下傳感器網絡的高能耗。KAUST團隊已經提議為聲光節點增加能量收集功能，以降低功耗。這些節點可以使用微觀藻類或壓電(機械應力)能量有機地為燃料電池供電。

新模型有很大的潛力，但Alouini堅持認為需要進一步的分析。

“需要進一步研究新的理論模型，無論是分析還是計算開發，水下光學無線網絡的測試都需要在真實的水下環境中進行，”他解釋說。“迫切需要開發水下光學收發器，它可以克服鏈路未對準，低傳輸范圍，低帶寬，能耗和緊湊性的問題。”

Pados同意現有的水下調制解調器并不令人滿意，但警告說，惡劣的水下環境所帶來的挑戰使得新協議設計的測試和評估既昂貴又耗時。