KAUST科学家创造了优化水下无线传感器网络的新技术

位于沙特的研究团队设计了一种混合传感器网络，可以克服声波和光波的缺点，这是两种最常用的水下无线通信系统。

阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的四强团队表示，该网络能够同时传输声学和光学信号，并且是满足高质量水下通信不断增长的需求的潜在解决方案。

水下声学无线通信系统长距离工作，但受到低数据速率(千比特/秒)，长延迟和高衰减的影响，电气工程教授兼KAUST副院长Mohammed Slim-Alouini解释道。

该研究小组之一Nasir Saeed表示，新研究发现，不同声学通信系统产生的噪音正在损害鱼类和海洋哺乳动物的健康。

Alouini解释说，虽然光通信技术可以通过更高的可实现数据速率(千兆位/秒)，更低的延迟和更高的安全性来缓解这些声学缺陷，但由于吸收，散射和海水的湍流，它们的范围限制在几十米。

“我们相信，可以将声波用于指挥和控制服务的混合网络，以及用于高速通信服务的光波将为现有的水下无线系统提供良好的替代方案，”他说。

在这个新模型中，传播到水下网络的传感器将信号传输到数据采集表面浮标。对于大距离，传感器传输声学信号，但是在更近的范围内，它传输光学信号。

由于海洋研究需要精确的定位技术，团队使用数学建模来开发概念验证定位技术，以确定在任何给定时间每个传感器的精确位置。每个表面浮标收集多个信号测量值，然后对测量值进行加权，优先选择最准确的读数，以计算每个传感器的位置。

Dimitris Pados是佛罗里达大西洋大学的教授和I-SENSE研究员，他的研究小组正在与KAUST团队一样努力，但通过高声频率，他说有效的本地化和高数据速率的远程水下无线通信是研究界尚未满足的挑战令他们满意。

“KAUST团队以雄心勃勃但又非常有意义的方式解决这两个问题，它们可以重塑我们在海底沟通的方式，”Pados说。

根据KAUST研究人员的说法，水下光学无线网络的使用可以实现众多应用，如水下观测系统，仪器监测，气候记录，自然灾害预测，石油勘探，搜索和救援任务，导航和海洋生物研究。

然而，有用性取决于克服水下传感器网络的高能耗。KAUST团队已经提议为声光节点增加能量收集功能，以降低功耗。这些节点可以使用微观藻类或压电(机械应力)能量有机地为燃料电池供电。

新模型有很大的潜力，但Alouini坚持认为需要进一步的分析。

“需要进一步研究新的理论模型，无论是分析还是计算开发，水下光学无线网络的测试都需要在真实的水下环境中进行，”他解释说。“迫切需要开发水下光学收发器，它可以克服链路未对准，低传输范围，低带宽，能耗和紧凑性的问题。”

Pados同意现有的水下调制解调器并不令人满意，但警告说，恶劣的水下环境所带来的挑战使得新协议设计的测试和评估既昂贵又耗时。