برای میلیون‌ها نفری که هر ساله در فعالیت‌هایی مانند غواصی و غواصی شرکت می‌کنند، سیگنال‌های دستی تنها گزینه برای برقراری ارتباط ایمنی و اطلاعات جهت‌گیری در زیر آب است. در حالی که غواصان تفریحی ممکن است از حدود 20 سیگنال استفاده کنند، واژگان غواصان حرفه ای می تواند بیش از 200 سیگنال در موضوعات مختلف از سطح اکسیژن، نزدیکی گونه های آبزی، تا انجام وظایف مشترک باشد.
محققان دانشگاه واشنگتن نشان می‌دهند که چگونه می‌توان به پیام‌رسانی زیر آب روی میلیاردها تلفن هوشمند و ساعت هوشمند تنها با استفاده از نرم‌افزار دست یافت. این تیم AquaApp را توسعه دادند، اولین برنامه تلفن همراه برای ارتباطات مبتنی بر آکوستیک و شبکه سازی زیر آب که می تواند با دستگاه های موجود مانند تلفن های هوشمند و ساعت های هوشمند استفاده شود.
محققان یک پروتکل شبکه ای برای اشتراک گذاری دسترسی به شبکه زیر آب، شبیه به نحوه داوری شبکه های WiFi در ترافیک اینترنت، برای پشتیبانی از پیام رسانی بین چندین دستگاه ایجاد کردند. AquaApp می تواند تا 60 کاربر منحصر به فرد را در شبکه محلی خود به طور همزمان در خود جای دهد.
محققان مقاله خود را در توصیف AquaApp در 25 آگوست در SIGCOMM 2022 ارائه کردند.
شیام گولاکوتا، نویسنده ارشد، استاد UW در مدرسه آلن، گفت: «AquaApp ارتباطات زیر آب را برای توده‌ها به ارمغان می‌آورد. “وضعیت شبکه های زیر آب امروزی مشابه ARPANET، پیش درآمد اینترنت، در دهه 1970 است، جایی که تنها تعداد معدودی به اینترنت دسترسی داشتند. AquaApp این پتانسیل را دارد که با دموکراتیک کردن فناوری زیر آب و تبدیل آن به این وضعیت، وضعیت موجود را تغییر دهد. به آسانی دانلود نرم افزار در گوشی هوشمند خود است.”
ماهیت بصری این سیگنال های دستی کارایی آنها را در فاصله و در دید کم محدود می کند. پیام متنی دو طرفه یک جایگزین بالقوه است، اما جایگزینی است که به سخت افزار سفارشی گران قیمت نیاز دارد که به طور گسترده در دسترس نیست.
این تیم ابزار دنیای واقعی سیستم AquaApp را در شش مکان آزمایش کردند که شرایط آب و سطوح مختلف فعالیت را ارائه می‌کرد، از جمله زیر یک پل در آب آرام، در پارک محبوب ساحلی با جریان‌های قوی، در کنار اسکله ماهیگیری یک مکان شلوغ. دریاچه و در خلیجی با امواج قوی. محققان عملکرد اپلیکیشن را در فواصل تا 113 متر و عمق تا 12 متر ارزیابی کردند.
محققان توسط Moore Inventor Fellowship و بنیاد ملی علوم حمایت می شوند.
رابط AquaApp به کاربران این امکان را می‌دهد تا از فهرستی از 240 پیام از پیش تنظیم شده انتخاب کنند که مربوط به سیگنال‌های دستی است که توسط غواصان حرفه‌ای استفاده می‌شود، و 20 سیگنال رایج برای دسترسی آسان به صورت برجسته نمایش داده می‌شوند. کاربران همچنین می توانند پیام ها را بر اساس هشت دسته از جمله نشانگرهای جهت، عوامل محیطی و وضعیت تجهیزات فیلتر کنند.
Tuochao Chen، یکی از نویسندگان این مقاله، دانشجوی دکترای UW در دانشکده علوم کامپیوتر پل جی آلن، می گوید: “تلفن های هوشمند برای ارتباط بی سیم به سیگنال های رادیویی مانند WiFi و بلوتوث متکی هستند. این سیگنال ها در زیر آب به خوبی منتشر نمی شوند، اما سیگنال های صوتی منتشر می شوند.” & مهندسی. با AquaApp، ما پیام‌رسانی زیر آب را با استفاده از بلندگو و میکروفون به‌طور گسترده در تلفن‌های هوشمند و ساعت‌ها نشان می‌دهیم. به غیر از دانلود یک برنامه در تلفن خود، تنها چیزی که مردم به آن نیاز دارند یک قاب گوشی ضدآب است که برای عمق غواصی آنها درجه بندی شده است.»
در ساخت این اپلیکیشن، تیم باید بر انواع چالش‌های فنی غلبه می‌کرد که قبلاً در خشکی با آنها مواجه نشده بودند.
چالش‌های دیگر شامل رسیدگی به تمایل دستگاه‌ها به تغییر سریع موقعیت و مجاورت در جریان، و پروفایل‌های نویز مختلفی است که ممکن است برنامه به دلیل حضور کشتی‌ها، حیوانات و حتی هواپیماهای کم‌پرواز با آنها مواجه شود.
چن گفت: «بر اساس آزمایش‌های ما، تا 30 متر برد ایده‌آل برای ارسال و دریافت پیام در زیر آب و 100 متر برای انتقال بیکن‌های SoS است. این قابلیت ها باید برای اکثر سناریوهای تفریحی و حرفه ای کافی باشد.
جاستین چان، یکی از نویسندگان، دانشجوی دکترا در مدرسه آلن، گفت: «سناریوی زیر آب مشکلات جدیدی را در مقایسه با کاربردهای روی هوا نشان می‌دهد. به عنوان مثال، نوسانات در قدرت سیگنال به دلیل انعکاس از سطح، کف و خط ساحلی تشدید می‌شود. حرکت ناشی از انسان‌ها، امواج و اجسام اطراف می‌تواند در انتقال داده اختلال ایجاد کند. علاوه بر این، میکروفون‌ها و بلندگوها در مدل‌های تلفن هوشمند دارای ویژگی‌های متفاوتی هستند. برای تطبیق در زمان واقعی با این عوامل و سایر عوامل برای اطمینان از عملکرد AquaApp در شرایط دنیای واقعی.”
نحوه کار به این صورت است: هنگامی که یک کاربر می خواهد پیامی را به دستگاه دیگری ارسال کند، برنامه او ابتدا یک یادداشت سریع به نام مقدمه به دستگاه دیگر ارسال می کند. AquaApp در دستگاه دوم الگوریتمی را برای تعیین بهترین شرایط برای دریافت مقدمه اجرا می کند. سپس به دستگاه اول می گوید که از همان شرایط برای ارسال پیام واقعی استفاده کند.
داده های تیم و کد منبع باز اندروید در وب سایت AquaApp موجود است.
این تیم الگوریتمی ایجاد کرد که به AquaApp اجازه می‌دهد تا نرخ بیت و فرکانس‌های صوتی هر انتقال را بر اساس پارامترهای خاص، از جمله فاصله، نویز و تغییرات در پاسخ فرکانسی در دستگاه‌ها، در زمان واقعی بهینه کند.
