原型网络实现跨海陆空无缝全光移动通信

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研究人员展示了一款原型移动全光通信网络，为空中、陆地和水下环境的无缝连接铺平了道路——即使通信节点位于移动车辆上。这一进展可以在动态和具有挑战性的导航、应急响应、研究和商业运营环境中实现不间断的数据交换。
“我们的全光无线网络结合了不同的光源，以确保不间断的连接，同时还能动态调整移动节点之间的光路，”中国南京邮电大学研究团队负责人王永文表示。“这可以实现双向实时数据传输，确保无论在何种环境下，网络内和网络间都能实现可靠的通信和数据交换。”
在《光学快讯》杂志上，研究人员展示了分别部署在两辆移动车辆上的两个原型通信装置，可以在空中和水下环境中的移动网络节点之间建立双向光传输。
王先生表示：“我们的新型无线光通信系统可以为无人机、车辆和船舶等重要移动节点提供持续连接。”“这可能会改变移动网络的运行方式。”
在原型系统中，研究人员将移动绿光通信与蓝色激光水下通信、深紫外光无线数据传输和 850 纳米激光二极管通信系统相结合以接收数据。图片来源：南京邮电大学王永文
解决对齐难题
这项新研究以之前的实验为基础，研究人员在之前的实验中展示了基于固定通信节点的全光通信。
王教授表示：“在这项研究中，我们解决了动态光路对准这一难题，从而实现了移动全双工光通信。我们还提供了一种新的网络架构，确保所有部分之间均匀、准确的全面连接，同时支持快速的双向数据交换。”
新系统将传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）方案下的移动绿光通信与蓝色激光通信相结合，用于水下航行器之间的数据交换。
研究人员还利用深紫外光通信系统进行不受太阳辐射干扰的“日盲”无线数据传输，并利用 850 纳米激光二极管通信系统接收数据。所有通信系统都通过以太网交换机串联起来，可访问各种终端，包括传感器和个人电脑。
为了在移动网络节点之间建立跨空气和水下环境的双向光传输，需要各种通信系统之间的光学对准。研究人员通过构建一个图像识别模块和一个全双工光通信模块来实现这一点，这两个模块被封装在一起并固定在三轴万向稳定器上。
图像识别模块捕捉来自对方通信系统的光线图像，并提供实时反馈信号控制三轴云台稳定器，使装置动态保持两个光通信端之间的光路对准，实现TCP/IP方案下的移动双向数据传输。
研究人员还开发了完整的映射网络架构，实现所有节点之间无缝、平衡的数据流，确保实时、双向的数据传输，从而实现信息同时发送和接收，不会出现延迟或数据丢失。
空气-水连通性
研究人员通过开发两个带有图像识别模块的绿光通信设备展示了他们的新网络，每个设备都安装在三轴万向节稳定器上，并安装在单独的移动车辆上。
研究人员在室外草坪上（夜间、全日照）以及室内水箱中进行测试，展示了移动网络节点在空中和水下环境中的双向光传输，最大调制带宽为 4 Mbps，足以进行视频和音频传输。该系统还能够在两种环境中无缝传输视频通信，并通过 Wi-Fi 调制解调器提供互联网访问。
下一步，研究人员希望建立融合有线模式与无线移动和固定节点、不同波长光源的全光通信网络，并最终将移动式全光通信与无线电、声纳和气体通信技术相结合，建立未来的通信网络。
“未来我们可以将片上光通信与自由空间光通信结合起来，打造全光互联通信网络，实现跨空间和芯片环境的数据发送和接收，实现无缝连接。”王建军说。
“这种复杂的全光互连网络可用于开发先进的信息处理和计算系统。”