VT2021 Underwater wireless communication demo

=Démonstration=

AquaFI


Des chercheurs de Université des sciences et technologies du roi Abdallah en Arabie saoudite ont mis au point un système de Wi-Fi sous-marin basé sur des signaux lumineux, soit par LED ou laser. Lors de leurs tests effectués avec des plongeurs, ces scientifiques ont obtenu une vitesse de transfert d'environ 2 Mo par seconde.

Peu coûteux et simple à mettre en place, Aqua-Fi est un système sans fil sous-marin qui utilise des LED ou des lasers pour transmettre les données du plongeur vers le bateau. Le prototype présenté par l'université utilise des LED vertes ou un laser de 520 nm pour envoyer des données d'un simple ordinateur à un détecteur de lumière connecté à un autre ordinateur. La technologie diffère selon la distance. Les LED consomment très peu d'énergie et sont idéales pour une communication à courte distance (10 mètres et moins), tandis que les lasers sont plus gourmands en énergie mais ils peuvent doubler la puissance du signal et la distance (20 mètres).

Dans leur démonstration, les scientifiques ont équipé chaque plongeur d'un smartphone placé dans un étui hermétique et d'un mini-ordinateur. Après avoir pris une photo ou une vidéo sous-marine, le plongeur transfère en Wi-Fi la photo vers son ordinateur, en l'occurrence un Raspberry Pi qui pèse moins de 50 grammes. Ce premier ordinateur convertit les photos et vidéos en une série de 1 et de 0, qui sont traduits en faisceaux lumineux clignotant à grande vitesse. Le détecteur de lumière, placé sous l'embarcation, détecte cette variation et la retransforme en 1 et en 0, que l'ordinateur récepteur reconvertit en images originales.

Communication sans fil entre les avions et les sous-marins


Sous l'eau, les sonars sont chargés de diffuser les messages. Sur Terre, ce sont les ondes radio qui sont utilisées. Un sous-marin pourrait transmettre directement un message à un avion grâce à un ingénieux système utilisant la surface de l'océan comme canal de communication.

Des chercheurs du MIT Media Lab pensent avoir trouvé une solution pour diffuser un signal sans fil entre les deux milieux. Leur approche, nommée Translational acoustic-RF communication (TARF), se base sur un idée astucieuse : utiliser la surface de l'eau comme canal de communication. Le sonar envoie une onde acoustique qui génère de minuscules vaguelettes de quelques micromètres à la surface de l’eau. Chaque vaguelette « code » le message sous forme de 0 et de 1 grâce à des variations de fréquence. Pour coder un 0, le sonar va par exemple utiliser une onde de 100 hertz ; pour un 1, il utilisera un onde de 200 hertz. Ces micro vibrations sont alors captées par un radar haute fréquence situé en surface qui va pouvoir décoder le message en mesurant l'angle de réflexion. Il va ensuite le recoder sous forme d'ondes radio pour le transmettre dans l'air. Afin de transmettre une quantité suffisante de données, le système recourt à un procédé de codage appelé Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM), qui consiste à répartir le signal sur plusieurs ondes sous-porteuses. On peut ainsi générer un grand nombre de fréquences simultanément sans qu'elles ne se chevauchent.

Un problème principal se pose, capturer les micro vaguelettes au milieu des vagues naturelles de l'océan, beaucoup plus grosses, Pour contourner cet écueil, les chercheurs ont mis au point un algorithme qui ignore les vagues les plus lentes pour se concentrer sur les vibrations rapides de plusieurs centaines de hertz. Un peu comme des écouteurs intelligents qui éliminent les bruits de fond.

Téléphone dans la marmite
Cette démonstration a pour but de démontrer une perte de connectivité lorsque le téléphone est mis dans un sac hermétique et plongé dans une marmite sous 5cm d'eau uniquement, ce qui laisse facilement envisager la difficulté des communication sous de grande quantité d'eau.