近期，南京郵電大學研究人員展示了一種通信網絡原型，該網絡可以完全以光波通過太空、空氣和水傳輸和接收數據……

太空、空中和海洋：全光通信網絡可實現不同環境之間的無縫連接。該技術結合了用于控制無人水下航行器 (UUV) 的藍光通信 (BLC)、白光通信 (WLC)、用于無人機 (UAV) 的深紫外通信以及與衛星的激光二極管通信 (LC)。(圖片來源：Optics Express)

南京郵電大學研究人員展示了一種通信網絡原型，該網絡可以完全以光波通過太空、空氣和水傳輸和接收數據。如果成功擴大規模，新的網絡設計可能會有多種應用，如導航、生態監測、遙感、緊急救援和連接所謂“物聯網”內的設備。

當今許多光通信網絡的設計只適用于一種介質：水下、陸地、太空或空中。創建一個可以在所有這些環境中運行的單一系統并非易事，因為每種環境的要求都不同。因此，滿足這些要求意味著結合多種技術。

現在，由南京郵電大學微電子專家王永進教授和蘇州照明芯單片光電技術有限公司領導的團隊已經實現了這一目標，他們采用四種不同的光源在任何環境中建立同步無線光通信鏈路。

“我們的新無線網絡實現了跨環境的不間斷連接，促進了在網絡內和網絡之間進行通信和數據交換的網絡節點之間的雙向實時數據傳輸。” 王永進表示 。

四個全雙工無線光通信鏈路

對于網絡的水下部分，研究人員選擇了藍光，因為海水對電磁波譜的這一部分的吸收較少，這意味著光可以傳播得更遠。為了與無人機等機載設備通信，他們使用了深紫外光，因為它可以提供“日盲”通信，不會受到陽光的干擾。

對于其他空中應用，他們使用無線白光通信，而對于自由空間中的點對點通信，他們選擇了近紅外激光二極管。這些二極管以高光功率向一個方向發射光，再次使信號傳播得更遠。

網絡運行情況原型：(a) 游泳池中藍光通信 (BLC) 鏈路形成的水下信道。(b) 白光通信 (WLC) 鏈路形成的照明期間通信。(c) 深紫外通信 (DUVC) 鏈路形成的日盲通信。(d) 激光二極管通信 (LC) 鏈路形成的自由空間通信。(e) 網絡照片展示 T1 和 T5 之間的全雙工實時視頻通信。(資料來源：Optics Express )

“我們的網絡由這四條全雙工無線光通信鏈路組成，它們通過以太網交換機串聯起來，” 王永進解釋道。“全光通信網絡既可以通過有線訪問，也可以通過無線訪問，從而提供靈活的連接選項。”

王永進還表示，分離不同的光帶還可以防止信號干擾，這意味著網絡可以同時傳輸許多信號而不會影響性能。網絡可以通過調制解調器連接到互聯網，例如，允許身處偏遠海洋地區的人們訪問骨干網絡以共享信息。而且，還允許通過廣泛使用的 TCP/IP(轉換控制協議/互聯網協議)套件進行視頻會議和其他傳輸，使其也適用于物聯網應用。

“例如，當一個 2560 × 1440 像素的在線視頻以每秒 22 幀的速度輸入網絡時，從任何節點訪問網絡的用戶都可以觀看此視頻，幾乎沒有延遲。”

從單一通信系統到網絡

王永進教授及其研究團隊認為，全光通信網絡是一項“重大突破”，它應該能夠實現從單一無線光通信系統到多個無線光通信系統的網絡過渡。這種網絡可以抵抗電磁干擾 (EMI)，因此特別適合與水下設備和無人機集群進行通信。

“這就是為什么我們要在網絡中集成移動節點，而不是像現在這樣集成固定節點，”王教授解釋道。“然而，這并不容易，因為它需要解決‘光校準’和網絡建立速度的挑戰。”

此外，研究團隊還計劃使用一種稱為波分復用的技術來提高通信網絡的吞吐量。他們表示，這將消除使用近紅外激光二極管帶來的延遲，從而提高網絡的整體效率和性能。