Das Internet der Unterwasser-Dinge: Wie Forscher imitieren Wale, um die Meere zu vernetzen

Marco Mercola / Progetto Sunrise, Googles Projekt Loon will ein globales Netzwerk von Höhenballons nutzen, um Internet-Zugang in unverbundenen ländlichen und abgelegenen Gebieten bieten, und Facebook hat ein unbemanntes Flugzeug namens gebaut Aquila etwas Ähnliches unter seiner internet.org Initiative zu tun.

Während diese faszinierenden Projekte sind, versucht ein Konsortium von meisten europäischen Partnern, etwas Ehrgeizigeres zu erreichen: Aufbau eines Internet der Unterwasser-Dinge. Das Ziel: Seen, Seen und Flüsse in digitale Autobahnen zu verwandeln, die von unbemannten U-Boot-Fahrzeugen, die Daten an eine zentrale Zentrale übermitteln, und untereinander reisen.

In Venedig strebt ein neues Projekt mit offenen Daten, Sensorik und “Zivilhackerei” das Problem der Überschwemmung der Kanäle der Stadt an.

Die EU unterstützt die Bemühungen, genannt Projekt Sunrise, mit einem Budget von 4 Mio. EUR als Teil des siebten Rahmenprogramms. Die von der Universität La Sapienza in Rom geleitete und koordinierte Forschung begann im Jahr 2013 und läuft bis zum nächsten Jahr.

Mit Ozeanen und Seen, die 71 Prozent der Erdoberfläche abdecken, scheint es wie ein Nichts zu versuchen und digital zu verbinden dieses riesige Gebiet. Allerdings gibt es mehr als ein paar Gründe, warum niemand versucht hat, es so weit.

Die erste ist, dass Sie nicht senden können Signale Unterwasser so effektiv wie möglich durch die Luft. “Die Radiowellen reisen nicht weit unter Wasser, nur wenige Meter, so dass wir uns nicht auf die Kommunikationsprotokolle verlassen können, mit denen wir unser Smartphone und unsere Tablets in unserem täglichen Leben verbinden”, erklärte die Projektleiterin von La Sapienza, Chiara Petrioli .

Die beste Lösung? Mimicking die Art und Weise Tiere wie Wale oder Delfine zu kommunizieren, und die Übertragung von Daten und Informationen, obwohl Schallwellen, die für Kilometer fahren können. Es ist eine brillante Lösung, die im Nachhinein offensichtlich scheint, aber es ist schwieriger zu implementieren, als Sie sich vorstellen können.

“Die Einrichtung des Internet von Unterwasser-Sachen bedeutet, dass man mehrere Probleme meistern muss: von der Minimierung der Kosten für Sensoren und unterseeische AUV [autonome Unterwasserfahrzeuge], die in einem anspruchsvollen Umfeld zuverlässig und langlebig sein müssen, um ein System für die Überwachung der Kommunikation zu schaffen Mehrere Knoten und Sensoren “, sagt Petrioli.

Die Verwendung von Ton als Kommunikationskanal bedeutet auch, dass man mit mehreren physikalischen Einschränkungen umgehen muss. Im Wasser sind nur sehr niedrige Datenraten erreichbar – nur ein Drittel der 56Kbps von den dunklen Tagen der Dial-up. Ausbreitungsverzögerung ist auch ein Thema: Unterwassergeräusche propagieren fünf Größenordnungen langsamer als Radiowellen auf der Erde.

“Andere Faktoren können einen Einfluss auf die Kommunikationsfähigkeit haben: vom Salzgehalt bis zur Temperatur des Wassers, bis hin zu dem Wind, der die Oberfläche des Wassers kräuselt”, fügte der La Sapienza-Professor hinzu. Der Lärm, der von menschlichen Aktivitäten ausgeht, wie vorübergehende Schiffe oder Offshorebohrungen, könnte sich auch negativ auf das Getriebe auswirken.

All das bedeutet, dass es sehr schwer ist, sicherzustellen, dass ein Signal, das von Punkt A (zB ein AUV) gesendet wird, reibungslos und effizient zu Punkt B geht. Was das Sunrise-Team entwirft, ist daher ein System, das aus einem Netzwerk besteht Submarine-Knoten, die in der Lage, zu verstehen, was die Umstände, die der beste Weg, um die Daten zu senden und ist die beste Technologie, die in einer bestimmten Situation verwendet werden.

“In einigen Fällen könnte die beste Option optische Signale verwenden, deren Reichweite begrenzt ist: nur für ein paar Dutzend Meter, aber das kann nach einigen vorläufigen Studien, die wir gesehen haben, eine Geschwindigkeit von bis zu 10 Mbps erreichen, Sagt Petrioli. So wird in der Zwischenzeit ein Szenario Forscher vorstellen, mit optischen Signalen für Kurzstrecken-Datenpakete und Ton als Backbone für weitreichende diejenigen.

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Dennoch konzentrieren sie sich vor allem auf die Entwicklung einer Softwarearchitektur, die die Kommunikation zwischen einem Netzwerk heterogener Unterwasserressourcen ermöglichen und die Interoperabilität zwischen einer Anzahl verschiedener Protokolle und verschiedener Geräte sicherstellen.

Die in den Experimenten verwendeten akustischen Modems werden von einem deutschen KMU namens Evologic entwickelt, während das Interuniversitäre Zentrum für Integrierte Systeme für die Meeresumwelt (ISME) von Genua und die Scuola Superiore Sant’Anna von Pisa die optischen Geräte betreuen .

Weitere Partner des Sunrise-Konsortiums sind das NATO-Zentrum für maritime Forschung und Experimente, die portugiesische Universität Porto, die niederländische Universität Twente, die britische Universität Southampton und die Forschungsstiftung der Vereinigten Staaten von New York sowie eine Reihe von Start-ups und KMU Aus Griechenland, der Türkei, Italien und Großbritannien.

Die bisher in den Experimenten eingesetzten Submarinedrogen wurden mit mehreren Sensoren ausgestattet, die es ihnen ermöglichen, die Umgebungsbedingungen zu überwachen und Module für die Funk- und Satellitenkommunikation zu transportieren.

In einem der ersten Tests waren sie maßgeblich an der Rettung eines verlorenen Containers im Hafengebiet von Porto. Die möglichen zukünftigen Anwendungen sind nahezu grenzenlos: Von der Hilfe für Archäologen entdecken Sie alte Reliquien, die unter Wasser begraben werden, die Überwachung der Aktivität von U-Boot-Vulkanen, die Suche nach Öl- und Gasvorkommen oder das Patrouillieren der seichten Küstengewässer aus nationalen Sicherheitsgründen.

Natürlich könnte sich in anderen Gewässern – Ozeanen, Meeren oder Seen – das optimale Verhalten der angeschlossenen Geräte entsprechend den unterschiedlichen Bedingungen ändern. Deshalb ist eines der Hauptergebnisse von Sunrise – zusammen mit der Softwarearchitektur, die es Geräten ermöglicht, unter Wasser zu kommunizieren – die Schaffung einer Föderation von Versuchseinrichtungen für die verschiedenen Meeresumgebungen. Die Testszenarien decken das Mittelmeer, das Schwarze Meer, den Atlantik und einige heterogene flache Gewässer ab.

Forscher können auf die Prüfstände durch das Sunrise Gate, ein Web-Tool von La Sapienza Spin-off Nexse entwickelt zugreifen. Das Tool ermöglicht es ihnen, ihre Experimente remote auszuführen, ohne die Notwendigkeit, an den Standort zu reisen, zu kontrollieren und dynamisch anzupassen, wie die AUVs verhalten und kommunizieren miteinander. Die Kommunikation ist verschlüsselt, die Sicherheit der gesendeten Daten ist genauso wichtig wie das Unterwasser auf der Erde.

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