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Radio definida por software para poner al día las lentas comunicaciones subacuáticas

Funcionan con módems acústicos, a velocidades de los años 90


Ingenieros de la Universidad de Buffalo (Nueva York) han diseñado un sistema de hardware y software que mejora notablemente las comunicaciones subacuáticas, que transmiten datos a velocidades de módems de los años 90. Consiste en fundir la radio definida por software con los módems acústicos submarinos. Por Carlos Gómez Abajo.


Carlos Gómez Abajo
Carlos Gómez Abajo, redactor de Tendencias21, es máster en periodismo (El País-UAM), Experto en... Saber más del autor


El equipo de la Universidad de Buffalo, probando su sistema en el lago Erie. Imagen: Douglas Levere. Fuente: UB.
El equipo de la Universidad de Buffalo, probando su sistema en el lago Erie. Imagen: Douglas Levere. Fuente: UB.
Los sistemas que utilizamos para transmitir información a través del agua traen a la mente la década de 1990, porque la velocidad de las redes de comunicación subacuáticas actuales es comparable a los lentos módems de acceso telefónico de America Online. Esta deficiencia dificulta las operaciones de búsqueda y rescate, la detección de tsunamis y otros trabajos.

Pero eso está cambiando debido en parte a ingenieros de la Universidad de Buffalo (Nueva York, EE.UU.), que están desarrollando herramientas de hardware y software para ayudar a que las telecomunicaciones bajo el agua cacen a sus contrapartes de la superficie.

Su trabajo, incluyendo colaboraciones en curso con la Universidad del Noreste (Boston), se describe en un estudio publicado en la revista IEEE Communications.

"La notable innovación y crecimiento de los que hemos sido testigos en las comunicaciones inalámbricas terrestres todavía no ha ocurrido en las redes de sensores bajo el agua, pero eso está empezando a cambiar", dice Dimitris Pados, profesor de Ingeniería Eléctrica en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Buffalo, y co-autor del estudio.

La cantidad de datos que puede ser transmitida de manera fiable bajo el agua es mucho más baja que con las redes inalámbricas con base en tierra. Esto es porque las redes terrestres dependen de ondas de radio, que funcionan bien en el aire, pero no tanto bajo el agua.

Como resultado, las ondas de sonido (como los ruidos que hacen delfines y ballenas) son la mejor alternativa para la comunicación bajo el agua. El problema es que las ondas sonoras se encuentran con obstáculos tales como pérdida del trayecto, retardo y efecto Doppler, que limitan su capacidad de transmitir. La comunicación bajo el agua también se ve obstaculizada por la arquitectura de estos sistemas, que no están estandarizados, y no son energéticamente eficientes.

Desarrollos

Pados y su equipo están desarrollando hardware y software -desde módems que funcionan bajo el agua hasta protocolos con arquitectura abierta- para abordar estas cuestiones. Interesa especialmente la fusión de una plataforma de comunicación relativamente nueva, de radio definida por software, con módems acústicos submarinos.

Las radios tradicionales, de AM y FM, operan en un ancho de banda limitado. La única manera de captar señales adicionales, tales como ondas sonoras, es coger la radio y recablearla. La radio definida por software hace que este paso sea innecesario, porque es capaz de cambiar entre frecuencias del espectro electromagnético a través del ordenador. Es, en otras palabras, una radio "inteligente".

La aplicación de la radio definida por software a los módems acústicos podría mejorar enormemente las tasas de transmisión de datos bajo el agua. Por ejemplo, en experimentos realizados el pasado otoño en el lago Erie, al sur de Buffalo, estudiantes de posgrado demostraron que los módems acústicos definidos por software podían aumentar las tasas de transmisión de datos hasta 10 veces la que alcanzan los módems comerciales actuales.

Aplicaciones

Las aplicaciones potenciales para este tipo de tecnología incluyen:
-Vigilancia de la contaminación.
-Militar y policial; por ejemplo, los traficantes de drogas han desplegado submarinos caseros para transportar clandestinamente narcóticos a largas distancias bajo el agua. Una red robusta de sensores bajo el agua podría ayudar a detectarlos.
· La industria de buceo. Existen los walkie-talkies para buceadores, pero su utilidad está limitada por la distancia, la claridad del sonido y otros aspectos.
· La industria de la energía; una red mejorada podría hacer la búsqueda de petróleo y gas natural más fácil.

El hardware diseñado por los investigadores. Fuente: UB.
El hardware diseñado por los investigadores. Fuente: UB.
Sónar

En las comunicaciones subacuáticas los barcos y submarinos usan el sónar, mediante un estándar de la OTAN.

Además, durante muchos años Estados Unidos operó un gran conjunto de matrices de sonar pasivo en varios puntos de los océanos del mundo. Se cree que un sistema parecido fue operado por la Unión Soviética.

Al ser utilizadas matrices montadas permanentemente en el fondo del océano, se situaban en lugares muy silenciosos para lograr grandes alcances. El procesamiento de señales se realizaba utilizando grandes computadores en tierra. Con el final de la Guerra Fría una matriz SOSUS ha sido destinada a uso científico.

El sonar puede usarse también para detectar hombres-rana y otros buceadores, especialmente cerca de barcos o en las entradas de los puertos.

Referencia bibliográfica:

Emrecan Demirors, George Sklivanitis, Tommaso Melodia, Stella N. Batalama, Dimitris A. Pados: Software-defined underwater acoustic networks: toward a high-rate real-time reconfigurable modem. IEEE Communications Magazine (2015). DOI: 10.1109/MCOM.2015.7321973.


Lunes, 8 de Febrero 2016
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