Эксперименты по организации подводных коммуникаций, проведенные учеными из Италии, направлены на повышение пропускной способности сети и устранению взаимных помех, которые возникают в водной среде при использовании нескольких передатчиков.
Научно-исследовательская деятельность в сфере разработки беспроводных технологий не ограничивается только лишь изучением сценарием для коммуникаций на суше. Гидроакустические сети являются развивающейся областью исследований, которая привлекает к себе все больше и больше внимания.
Внедрение беспроводной связи в условиях водной среды является большой проблемой, поскольку под водой радиоволны сильно затухают и позволяют поддерживать связь только на расстояния до нескольких метров. Тем не менее, интерес к беспроводной связи в океане очень велик как по социальным (эффективные подводные сети могли бы применяться для мониторинга, ликвидации последствий стихийных бедствий, спасательных операций и т.д.), так и по экономическим причинам (повсеместное распространение кабельных подводных сетей сдерживается высокой стоимостью водонепроницаемых подводных кабелей).
По этой причине в течение последних 10-15 лет для беспроводной подводной передачи данных на большие расстояния были разработаны акустические методы. Тем не менее, использование звука для сферы связи является очень ограниченным средством, в том числе и из-за достаточно невысокой скорости в сравнении с наземной радиосвязью. Низкая пропускная способность (порядка нескольких килобит в секунду), малая скорость распространения (около 1500 м/с, что намного ниже, чем скорость распространения радиоволн в воздухе - около 300000 км/с), а также высокое потребление энергии требует правильного подхода к эффективной организации коммуникаций. Помимо всего прочего, это означает, что передача данных в разных направлениях должна учитывать возможность искажения сигнала из-за интерференции. Такое "наложение" происходит, когда два сигнала были получены одновременно и не могут быть восприняты отдельно друг от друга.
Одним из наиболее распространенных источников "наложения" в подводных сетях является так называемый "ближний-дальний" эффект ("near-far effect"). Это явление возникает, когда два передатчика посылают сигнал к одному приемнику с очень разных расстояний: сигнал от более близкого передатчика будет гораздо менее ослабленным, и, следовательно, будет создавать помехи для передачи более слабого сигнала, поступающего от дальнего передатчика. Этот сценарий является очень распространенным явлением в подводных сетях. На самом деле, ослабление на единицу расстояния, пройденного при помощи акустического сигнала достаточно велико, и, следовательно, почти в каждом случае развертывания сети, скорее всего, возникнет необходимость борьбы с "ближним-дальним" эффектом. Типовым методом решения проблемы является использование протокола управления доступом к среде (MAC - media access control), который дает возможность "ближнему" и "дальнему" узлу при передаче данных делить одну среду.
Паоло Casari, научный сотрудник, профессор и руководитель группы беспроводных сетей в IMDEA Networks дает нам краткое введение в некоторые из аспектов этой увлекательной области исследований.
Целью исследования, которое осуществляет группа повсеместных беспроводных сетей института IMDEA Networks в сотрудничестве с группой SIGNET из университета Падуи (Италия), является превращение "ближнего-дальнего" эффекта в ресурс, а не в источник проблем. Взаимодействие между этими двумя группами было сосредоточено на разработке двух протоколов MAC, один - на основе планирования передачи (или другими словами, на решение, с помощью которого приемопередатчики могут посылать свои сигналы в любой момент времени), а другой - на основе предварительных обменов сообщениями для установки соединения (процедура также известна, как handshaking - квитирование или подтверждение связи).
После "мокрого" испытания протоколов на подводном оборудовании связи в резервуаре (рис 1), пять устройств связи были развернуты в озере Гарда неподалеку от города Лацизе (Италия). Таким образом, была сформирована сеть из пяти узлов, два из которых развернуты вблизи берега у пирсов (рис 2), а три других - выведены в озеро на двух небольших рыболовных судах, (на рисунке 3 показана одна из лодок с инженером-исследователем Филиппо Кампаньяро). Эксперименты по организации сети связи с тремя подвижными источниками показали эффективность протоколов MAC для устранения "ближнего-дальнего" эффекта, что позволило повысить производительности сети в подводных условиях.
Рис. 1 – Эксперименты с передатчиками в емкости
Рис. 2 – Размещение узлов для передачи данных у пирса
Рис. 3 – Размещение узлов для передачи данных на лодке
