全光通信网络实现跨空间、空中和水下环境的无缝连接!

最近，研究人员开发了一种全光通信网络，可以实现跨空间、空中和水下环境的无缝连接。新的网络设计结合了不同类型的光源，以确保在任何环境下都能连接。

来自中国南京邮电大学和苏州苏纳光电科技有限公司的研究团队负责人王永进表示：“在当今世界，数据传输对于通信、导航、应急响应、研究和商业活动至关重要。这种新的无线网络可以实现跨环境的不间断连接，促进网络节点之间的双向实时数据传输，从而在网络内部和网络之间进行通信和数据交换。”

在《光学快报》杂志上，研究人员描述了完全基于光的通信网络，并演示了网络节点之间的实时视频通信。实验还表明，它可以同时支持有线和无线设备接入，并可以在网络节点之间进行双向数据传输。这两种功能都是同时向不同用户提供各种服务的关键。

王永进说：“全光通信可以用于海洋和湖泊，例如传感器收集生态数据并与水面浮标通信，然后这些数据可以通过水面或城市之间的长距离传输链路无线传输。该网络还可以通过调制解调器连接到互联网，例如允许在遥远海洋位置的人访问骨干网络进行信息共享。”

构建一体化网络

无线光通信网络通常是为特定场景而设计的，缺乏与其他通信系统的互操作性。创建空间-空气-海洋互联需要将多种技术以一种创建无缝通信网络的方式结合在一起，这是一项艰巨的任务。为了实现这一目标，研究人员使用了四种光谱的光，为四种不同的环境或应用建立了无线光通信链路。

他们使用蓝光进行水下通信，因为海水对蓝绿光的吸收较少，与其他波长的光相比可以在水下传播得更远。这允许系统用于控制无人水下航行器或在水下设备和浮标之间建立通信。白色LED用于在浮标或水面上的船只等物体之间传输信息。

与无人机等机载设备连接时，使用深紫外光。这提供了“solar-blind”通信，可以防止阳光的干扰。最后，在自由空间的点对点通信中，由于近红外激光二极管发射出具有高光功率的定向光，因此被应用于近红外激光二极管。研究人员还设计了一种基于TCP/IP方案的网络，允许无线或有线访问互联网，可以应用于物联网应用。

连接光源

王永进表示:“建立一个统一的传输模式，从蓝光、白光、深紫外波长和激光二极管的通信中建立一个统一的传输模式是很重要的，这样我们就可以使用以太网交换机将它们集成起来。为了使这项工作成为可能，LED和调制方案决定了网络吞吐量，而雪崩光电二极管限制了传输范围，光学带通滤波器将所需的光信号与其他光谱中的光信号隔离开来。”

研究人员表明，全光通信网络可以实现全双工实时视频通信，并通过有线和无线接入传输传感器数据、图像和音频文件。全双工视频意味着视频可以同时发送和接收，这对于视频会议等应用是必要的。当以每秒22帧的速度将2560*1440和1920 *1080像素的实时视频输入网络时，图像可以保持清晰，并几乎没有延迟。使用网络数据包分析工具，测量到最大丢包率为5.80%，传输延迟低于74毫秒。

现在，研究人员的目标是通过使用波分复用来消除LED造成的瓶颈，从而提高全光通信网络的吞吐量。这将有助于提高网络的整体效率和性能。他们还致力于允许移动节点，而不仅仅是固定节点，这需要解决光对齐的挑战。这对于水下设备和无人机的使用尤其重要。