La red de puentes líder en el espacio, aire y mar.

La última arquitectura de red utiliza una variedad de fuentes de luz para superar los obstáculos impuestos por el entorno.

Los científicos han creado una red de comunicaciones que depende exclusivamente de la luz, lo que permite una comunicación fluida en entornos espaciales, aéreos y submarinos. El nuevo diseño de red combina diferentes tipos de fuentes de luz para garantizar la conectividad independientemente del entorno.

«En el mundo actual, la transmisión de datos es crucial para las comunicaciones, la navegación, la respuesta a emergencias, la investigación y las actividades comerciales», dijo el líder del equipo de investigación Yongjin Wang de la Universidad de Correos y Telecomunicaciones de Nanjing y Suzhou Monolithic Lighting Chip Optoelectronics Co., Ltd. En China. «Esta nueva red inalámbrica permite la comunicación ininterrumpida entre entornos, facilitando la transferencia de datos bidireccional en tiempo real entre nodos de red que implementan comunicaciones e intercambio de datos dentro y entre redes».

En la revista Grupo Editorial Óptica Óptica ExpressLos investigadores describen una red de comunicaciones completamente basada en luz y demuestran la comunicación por vídeo en tiempo real entre nodos de la red. También muestran que puede admitir el acceso a dispositivos cableados e inalámbricos simultáneamente y puede implementar transferencia de datos bidireccional entre nodos de red. Ambas capacidades son esenciales para brindar varios servicios a diferentes usuarios simultáneamente.

«Las comunicaciones totalmente ópticas podrían usarse en océanos y lagos, por ejemplo, donde los sensores recopilan datos ambientales y se comunican con boyas de superficie», dijo Wang. «Los datos pueden luego enviarse de forma inalámbrica a través de la superficie del agua o a través de enlaces de transmisión de larga distancia entre ciudades. La red también puede conectarse a Internet a través de un módem, lo que brinda a las personas que se encuentran en un lugar remoto en el océano, por ejemplo, por ejemplo, acceso a la red troncal para compartir información”.

Construyendo una red integrada

Las redes de comunicaciones inalámbricas ligeras suelen estar diseñadas para escenarios específicos y carecen de interoperabilidad con otros sistemas de comunicaciones. Establecer vínculos entre el espacio, el aire y el mar requiere la difícil tarea de combinar múltiples tecnologías de manera que se cree una red de comunicaciones perfecta. Para lograrlo, los investigadores utilizaron cuatro espectros de luz para crear enlaces de comunicación óptica inalámbrica para cuatro entornos o aplicaciones diferentes.

Los investigadores llevaron a cabo experimentos que demostraron que una red de comunicación totalmente óptica puede lograr comunicación de video dúplex completo en tiempo real y transmisión orientable de sensores, imágenes y archivos de audio a través de acceso por cable e inalámbrico. Crédito: Yongjin Wang, Universidad de Correos y Telecomunicaciones de Nanjing

Utilizaron luz azul para las comunicaciones submarinas porque el agua de mar tiene una ventana de baja absorción de la luz azul-verde, lo que le permite viajar más lejos bajo el agua que otras longitudes de onda. Esto podría permitir que el sistema se utilice para controlar vehículos submarinos no tripulados o establecer comunicación entre dispositivos submarinos y boyas. Los LED blancos se utilizan para transmitir información entre objetos como boyas o barcos sobre el agua.

Para las comunicaciones con dispositivos aéreos como drones, se utiliza luz ultravioleta profunda. Esto proporciona una conexión solar ciega, eliminando la interferencia de la luz solar. Finalmente, para la comunicación punto a punto en el espacio libre se han utilizado diodos láser del infrarrojo cercano porque emiten luz direccional con alta potencia óptica. Los investigadores también diseñaron la red de manera que permita el acceso inalámbrico o por cable a Internet basado en el sistema TCP/IP, lo que la hace útil para aplicaciones de Internet de las cosas.

Conexión de fuentes de luz

«Era importante crear un modo de transmisión unificada de comunicación para luz azul, luz blanca, longitudes de onda UV profundas y diodos láser para que pudiéramos integrarlos mediante conmutadores Ethernet», dijo Wang. «Para hacer posible este trabajo, los LED y los sistemas de modulación limitan el rendimiento de la red, mientras que un fotodiodo de avalancha limita el rango de transmisión y un filtro óptico de paso de banda aísla las señales de luz deseadas de las de otros espectros».

Los investigadores demostraron que una red de comunicación totalmente óptica puede realizar comunicaciones de vídeo dúplex completo en tiempo real y transmitir datos de sensores, imágenes y archivos de audio mediante acceso por cable e inalámbrico. El vídeo full-duplex significa que el vídeo se puede enviar y recibir simultáneamente, lo cual es esencial para aplicaciones como las videoconferencias. Cuando se enviaron a la red vídeos en tiempo real de 2560 x 1440 y 1920 x 1080 píxeles a 22 fps, permanecieron claros con poca demora. Utilizando una herramienta de análisis de paquetes de red, se midió una tasa máxima de pérdida de paquetes del 5,80% y un retraso de transmisión de menos de 74 ms.

Ahora, los investigadores pretenden aumentar el rendimiento de toda la red de comunicaciones luminosas utilizando multiplexación por división de longitud de onda para eliminar el cuello de botella causado por los LED. Esto ayudará a mejorar la eficiencia y el rendimiento general de la red. También están trabajando para permitir nodos móviles, en lugar de solo nodos fijos, lo que requiere abordar el desafío de la alineación de la luz. Esto es especialmente crítico para el uso con equipos submarinos y drones.

Referencia: “Red de comunicación totalmente ligera para la interconexión integrada espacio-aire-mar” por Yongjin Wang, Zheng Shi, Hongbo Zhou, Ziqian Qi, Pingzhan Liu, Ying Liang y Lining Wang, 10 de marzo de 2024. Óptica Express.
doi:10.1364/OE.514930