تحولی شگرف در ارتباط بی سیم در زیر آب
امروزه به کار گیری زیردریایی‌ها، پهباد‌ها و حسگرهای زیردریایی در نیروی دریایی افزایش پیدا کرده است و به تبع آن برقراری ارتباط سریع و قابل اعتماد رادیویی در زیر آب به عنوان یک چالش مطرح می‌شود.
به گزارش کلیک، امواج رادیویی با آب سازگار نیستند. ارتباط‌های رادیویی معمولا از طریق فرکانس‌هایی ایجاد می‌شوند که در هوا، زمین و در برقراری ارتباطات فضایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مشکل اینجا است که این فرکانس‌ها پس از طی چندین متر در آب محو می‌شوند؛ پس نمی‌توان از آن‌ها برای برقراری ارتباط در زیر آب به صورت کارآمد استفاده کرد. نیروی دریایی برای افزایش این میزان امواج، مدت زمان زیادی است که به روش انتقال امواج با فرکانس بسیار پایین و طیف الکترومغناطیسی با میزان امواج بسیار پایین، متوسل شده است. اگر چه این فعالیت‌های ارسال و دریافت بسیار قوی و کارآمد هستند، اما به میزان زیادی به آنتن‌های زمینی نیاز دارند و همچنین انتقال اطلاعات نیز با سرعت بسیار کمی در حد مودم‌های دیال آپ دهه ۱۹۹۰ است.
در اعماق بسیار زیاد، برقراری ارتباط رادیویی به امری غیر ممکن تبدیل می‌شود. به همین دلیل وسایل رباتیک زیر دریایی که برای تحقیق در مورد کشتی‌های غرق شده در اعماق دریا و همچنین حیات در اعماق دریا به کار گرفته می‌شوند، به قرقره‌ای سنگین و گران قیمت کابل‌های فیبر نوری مجهز می‌شود که به کشتی‌هایی که در سطح آب قرار دارند، متصل می‌شوند.
هنوز هم ممکن است راه‌هایی برای کمک به بهتر شدن برقراری ارتباط توسط حسگرهای زیر دریایی و همچنین زیردریایی‌ها وجود داشته باشد. محققان دانشگاه دولتی آمریکا در بوفالو در حال حاضر در حال تحقیق برای تقویت ارتباط در زیر دریا هستند. هدف آن‌ها دستیابی به سرعت فزاینده میزان انتقال داده‌ها در هوا است.
دیمبتریس پادوس، استاد مهندسی الکتریک در دانشکده الکترونیک و علوم کاربردی دانشگاه دولتی آمریکا در بوفالو اذعان کرد فنوری‌های مبتکرانه باور نکردنی و پیشرفت‌هایی که در چند دهه اخیر در مورد ارتباطات بی سیمی زمینی صورت گرفته است، هنوز در مورد ارتباطات دریایی به کار گرفته نشده‌اند. اما تیم تحقیقاتی دانشگاه مذکور به دنبال اعمال تغییرات است.
پادوس و چندین نفر از اعضای تیم تحقیقاتی که پیشرفت‌های اخیر نظریه پردازش امواج و به کار گیری این نظریه و همچنین توسعه نرم افزار برای سیستم عامل‌های قابل برنامه ریزی ارسال کننده و دریافت کننده، به آن‌ها انگیزه تحقیق و پژوهش داده است، در حال توسعه انواع جدیدی از فناوری‌های برقراری ارتباط برپایه نرم افزار و سخت افزار هستند که شامل مودم‌های ضد آب و پروتکل‌هایی با معماری بازهستند که برای افزایش سرعت انتقال در زیر آب طراحی شده‌اند.
این پروژه تحقیقاتی در اواخر سال ۲۰۱۱ با حمایت موسسه ملی علوم و با مشارکت تِلِداین بنتُث ، یک نهاد تامین کننده فناوری‌های ارتباطات دریایی که دفتر مرکزی آن در فالموث شمالی در ایالت ماساچوست قرار دارد، آغاز شد.
پاندوس و تیم تحقیقاتی او هم اکنون در تلاش هستند تا امواج رادیویی تعریف شده به وسیله نرم افزار را با مودم‌های زیر زمینی ترکیب کنند. نمونه اولیه سیستم برقراری ارتباط در زیر آب که توسط محققان طراحی و ایجاد شده است، بر پایه یک فناوری شناختی با قابلیت خود بهینه سازی طراحی شده است که به وسیله شبه امواج مشترک و مرتبط با یکدیگر و مسیرهای شبکه‌ای برای به حداکثر رساندن توان عملیاتی شبکه و میزان انتقال اطلاعات در یک پهنا باند مشخص، تحت شرایط عملیاتی گسترده عمل می‌کند.
پادوس متذکر شد که این فناوری بر پایه نظریه‌ای ایجاد شده است که همه ابعاد آن به خوبی درک شده است.
او توضیح داد یک پالس ابتدایی برای اشغال پهنا باند در دسترس سخت افزار، انتخاب و شکل داده شده است.
تعداد مشخصی از نشانه‌ها و فازهای تغییر یافته که از این پالس تکرار می‌شوند، شکل نهایی طراحی شبه موجی را که حامل اطلاعات است، تشکیل می‌دهند. پادوس اذعان کرده است که مقادیر خاصی از توالی تغییر نشانه و فاز، که ما آن را کد حامل شبه موج می‌دانیم، تفریبا هم زمان با فناوری تحلیل مؤلفه‌های اصلی موج که برای محاسبه کدی که دارای بیشترین خصوصیات اجتناب از تداخل در هر زمانی است و دریافت محل تلاقی مورد استفاده قرار می‌گیرد، تعیین می‌شود.
پادوس اذعان کرد که او و اعضای تیم تحقیقاتی او در حال طراحی شکل موجی‌های خود (امواج) هستند. بنابر این آن‌ها می‌توانند به میزان گسترده‌تری از فرکانس‌ها دست یابند و شکل امواج به گونه‌ای هستند که می‌توان از هر فرصتی استفاده کرد و می‌توان از هر حفره و شکافی که در طیف مشاهده می‌شود، فرکانسی را دریافت کرد. پادوس در ادامه توضیح داد که این کار فقط فعال کردن فرکانس‌ها نیست و در واقع ما با این کار به میزان گسترده‌ای از ارتباط دست پیدا می‌کنیم.
گروه تحقیقاتی برای نخستین بار این فناوری را مورد آزمایش قرار دادند که نتیجه آن موفقیت آمیز بود. آن‌ها توانستند با حجم داده ۲۰۰ کیلوبیت در هر ثانیه در عمق ۲۰۰ متری در آب، ارتباط برقرار کنند. این سیستم شامل دو ماژول تحقیقاتی اِتوس (Ettus) است که از یک مبدل Teledyne RESON مدل TC4013 با میزان فرکانس عملیاتی بین یک هرتز تا ۱۷۰ کیلو هرتز، استفاده می‌کند. بعدها نیز در نزدیکی همان محل، آزمایشاتی برای بررسی و آزمایش تکنیک‌های مدلاسیون انجام شد.
بازگشت به دهه ۱۹۹۰
پادوس اذعان کرد احتمالا تحقیقات بیشتر به این فناوری کمک خواهد کرد که به سرعت عملیاتی بیشتر از سرعت کنونی دست پیدا کند و در نهایت این فناوری به عنوان پایه و اساسی برای به کارگیری در ارتباطات گسترده‌تر در زیر آب، مورد استفاده قرار می‌گیرد. پادوس پیش بینی کرده است که این فناوری علاوه بر زیردریایی‌ها و پهبادهای زیر دریایی، در سیستم نظارت بر بنادر، ارتباط بی سیم غواص با غواص و ارتباط بی سیم غواص با وسایل ارتباطی زیر آب نیز مورد استفاده قرار گیرد.
وی افزود که در حال حاضر نیز میزان انتقال اطلاعات از نظر کیلوبیت بر ثانیه، با سال‌های میانی دهه ۱۹۹۰ یکسان است، اما تیم تحقیقاتی قصد دارد با استفاده از این فناوری میزان انتقال اطلاعات را افزایش دهد.
اعضای تیم تحقیقاتی هنوز با دستیابی به میزان سرعت انتقال اطلاعات در حد گیگابیت در ثانیه فاصله بسیار زیادی دارند؛ اما آزمایشات نشان داده است که درحال حاضر اطلاعات می‌توانند با سرعت ۲۰۰ کیلوبیت یا ۳۰۰ کیلوبیت در هر ثانیه در عمق ۳۰۰ متری در زیر آب انتقال داده شوند. پادوس امیدوار است روزی برسد که او و تیم تحقیقاتی بتوانند به میزانی از انتقال اطلاعات دست یابند که برای پشتیبانی از حداقل کیفیت یک فایل ویدویی کافی باشد.
سرعت انتقال اطلاعات برای پشتیبانی از برقراری ارتباط در محیط‌های پیچیده زیر آب، باید بیش از ۳۰۰ کیلوبیت در ثانیه باشد. پادوس اذعان کرد هنگامی که دامنه عملیات گسترش پیدا کند، ممکن است ده وسیله به طور همزمان در آب فعالیت کنند و شما می‌خواهید آن‌ها را به صورت یک شبکه به یکدیگر متصل کنید، در این صورت حتی اگر نخواهید فیلمی را هم رد و بدل کنید، باز هم به چنین سرعتی نیاز خواهید داشت.
با وجود اینکه پادوس معتقد است انتقال اطلاعات در اعماق بیشتر نیز امکان پذیر است، اما باید گفت برقراری ارتباط وسایل زیر دریایی که در فاصله زیادی از یکدیگر قرار دارند، حقیقتاً امکان پذیر نیست. او توضیح داد که ماهیت آب به گونه‌ای است که انرژی را سریعا جذب می‌کند، بنابر این انتقال امواج اطلاعاتی در مسافت‌های طولانی عملا امکان پذیر نیست. اما برقراری ارتباط بین وسایل تا فاصله ۵۰۰ متری برای تیم تحقیقاتی امکان پذیر است.
پادوس اذعان می‌کند که نیروی دریایی علاقه بسیار زیادی به فناوری دارد و تیم تحقیقاتی در حال همکاری نزدیک با چندین سازمان دفاعی است. او افزود اعضای تیم تحقیقاتی در حال ارائه اطلاعاتی به سازمان پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته در مورد مشکلات موجود و همچنین چالش‌هایی برقراری ارتباط در زیر آب توسط این تیم هستند. وی افزود که تیم تحقیقاتی با نیروی دریایی و آزمایشگاه‌های نیروی هوایی نیز در حال همکاری است.
منبع: c4isrnet