О.П. Куркова1, В.И. Казаков2, К.В. Сердюк3

1-3Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (Санкт-Петербург, Россия)

1aljaskaolga@mail.ru, 2vasilykazakov@mail.ru, 3kserdiuk@yandex.ru

Постановка проблемы. Основная задача создания приложений подводных сетей интернета вещей (UIoT) – выбор подходящего типа коммуникационной системы, который должен учитывать уникальные условия подводной среды и требования к передаче данных. В отличие от наземных систем, где широко применяются радиочастотные каналы, подводные условия требуют других решений, поскольку радиоволны в воле значительно ослабевают, существенно ограничивая дальность передачи. Специфическим и малоизученным аспектом подводных коммуникаций является использование оптической беспроводной связи под водой (UWOC). На основании вышесказанного необходимо исследовать влияния характеристик водной среды на эффективность UWOC.

Цель. Изучить влияние параметров водной среды на характеристики канала UWOC в интересах прогнозирования эффективности его применения в составе сетей UIoT, предназначенных для эксплуатации на подводных объектах, располагаемых в различных видах акваторий, и обосновать возможность и перспективность использования подводной оптической беспроводной связи в составе распределенных информационно-измерительных систем.

Результаты. Представлены результаты исследований взаимосвязи параметров водной среды и канала подводной оптической беспроводной связи. Показана взаимосвязь оптических характеристик водной среды с показателями эффективности и качества подводной оптической беспроводной связи: нормированной мощностью, дальностью связи, коэффициентом битовых ошибок, в свою очередь, влияющими на точность и достоверность получаемой потребителем информации на выходе информационно-измерительной системы. Дана оценка влияния турбулентности водной среды на показатели связи. Установлено, что изменения солености водной среды как одного из факторов, вызывающих турбулентность, отрицательно влияет на основные показатели подводной оптической беспроводной связи. Отмечено, что оценка целесообразности применения подводной оптической беспроводной связи должна производиться на основании детального анализа параметров водной среды акватории, в которой планируется ее реализация.

Практическая значимость. Полученные результаты подтверждают возможность и перспективность использования подводной оптической беспроводной связи в составе распределенных информационно-измерительных систем на подводных объектах, располагаемых в различных видах акваторий.

Куркова О.П., Казаков В.И., Сердюк К.В. Влияние параметров водной среды на функционирование беспроводных каналов оптической подводной связи в информационно-измерительных системах // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2024. Т. 22. № 4. С. 45−52. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700814-202404-05

1. Власов А.А., Родионов А.Ю. Перспективы использования систем подводной коммуникации на основе магнитной индукции (обзор) // Вестник инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2021. № 2(47). С. 36−49.
2. Мартынов В.Л., Голосной А.С., Егоров С.В. Беспроводной оптический канал связи в водной среде как альтернатива связи по кабелю // Известия Российской Академии ракетных и артиллерийских наук. 2016. № 4(94). С. 126−130.
3. Мартынов В.Л., Дорошенко В.И., Божук Н.М., Ксенофонтов Ю.Г. Лазерные технологии передачи данных в водной среде в вопросах организации подводных беспроводных сетей связи // Морские интеллектуальные технологии (научный журнал). 2021. № 2(1). С. 80−85.
4. Широков И.Б., Головин В.В., Редькина Е.А., Сердюк И.В., Овчаров П.П. Практические аспекты построения систем беспроводной подводной оптической связи для телекоммуникационных приложений // РЭНСИТ: Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2024. № 16(1). С. 31−42.
5. Ксенофонтов Ю.Г. Подводная оптическая беспроводная связь как средство повышения эффективности информационно-телекоммуникационного обеспечения глубоководных исследований // Современные инновации, системы и технологии. 2023. № 3(3). С. 132−145.
6. Куркова О.П. Имитационная модель приемника лазерного излучения системы обнаружения и предупреждения о лазерном облучении беспилотных летательных аппаратов // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 4. С. 36−62. URL: https://sccs.intelgr.com/archive/2023-04/02-Kurkova.pdf (дата обращения 25.03.2024).
7. Кузнецов С., Огнев Б., Поляков С. Система оптической связи в водной среде // Первая миля. 2014. № 2. С. 46−51.
8. Sun K., Li Y., Han Z. Research on Underwater Wireless Optical Communication Channel Model and Its Application // Journal Applied Sciences. 2023. V. 14. 15 p. DOI: 10.3390/ app14010206. URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/14/1/206/pdf (дата обращения 17.04. 2024).
9. Маньковский В.И. Основы оптики океана: методическое пособие. Севастополь: Морской гидрофизический институт. 1996. 119 с.
10. Ali M.F., Jayakody D.N.K., Li Y. Recent trends in underwater visible light communication (UVLC) systems // IEEE Access. 2022. V. 10. Р. 22169−22225.
11. Jiang H., He N., Liao X., Popoola W., Rajbhandari S. The BER Performance of the LDPC-Coded MPPM over Turbulence UWOC Channels // Photonics. 2022. V. 9. 349 p.
12. Xu X., Li Y., Huang P., Ju M., Tan G. BER Performance of UWOC with APD Receiver in Wide Range Oceanic Turbulence // IEEE Access. 2022. V. 10. P. 25203−25218.
13. Jamali M.V., Nabavi P., Salehi J.A. MIMO Underwater Visible Light Communications: Comprehensive Channel Study, Performance Analysis and Multiple-Symbol Detection // IEEE Trans. Veh. Technol. 2018. V. 67. Р 8223−8237.
14. Deng B., Wang J., Wang Z.; Qasem Z.A.H., Li Q., Tang X., Chen C., Fu H.Y. Polarization Multiplexing Based UOWC Systems Under Bubble Turbulence // Journal of Lightwave Technology. 2023. V. 41. P. 5588−5598.