INTERNET SVIJET POD VODOM  ILI  IoUT – ULOGA 5G

0
4407

 

mr.sc Arna Šebalj -znanstvene teme
mr.sc Arna Šebalj -znanstvene teme

Samo rijetki među nama su upoznati s ulogom 5G i internet  svijeta pod vodom (senzora, bespilotnih vozila, brodova, podmornica). O tome je pisao i idstch.com (Internacional Security & Technology Inc. (CA, USA) News, Information and Analysis

Internet  podvodnih stvari (svijet senzora, podvodnih vozila, brodova i podmornica)  je revolucija u nastajanju i ITC sektoru u okviru kojeg dolazi do pomaka s „Interneta koji se koristi za međusobno povezivanje uređaja i krajnjih korisnika“ na „Internet koji se koristi za međusobno povezivanje fizičkih objekata koji komuniciraju jedni s drugima i/ili s ljudima kako bi se ponudila zadana usluga.“

Sve veća minijaturizacija elektronike omogućila je da se sićušni senzori i procesori integriraju u svakodnevne objekte, čineći ih „pametnima“, kao što su pametni satovi, proizvodi za praćenje fitnessa, prehrambeni artikli, kućanski aparati, sustavi upravljanja postrojenjima, senzori za nadzor i održavanje opreme, čak i cijele „pametne kuće“. Čak i industrijski roboti koji su već u funkciji.

Do 2025. predviđa se da može postojati čak 100 milijardi povezanih IoT uređaja ili mreže svakodnevnih objekata, kao i senzora koji će biti prožeti inteligencijom i računalnim sposobnostima.

Istraživači, znanstvenici razvijaju Internet podvodnih stvari (OoUT), svjetsku mrežu pametnih međusobno povezanih  podvodnih objekata koji bi prenosili podatke iz postojećih i planiranih roaminga, autonomnih vozila i mreža podvodnih senzora na mreže iznad površine u stvarnom vremenu.

„Vidjet ćemo akustične komunikacije koje prenose informacije AUV-ima na velike udaljenosti, dok optički modemi omogućuju prijenos podataka između senzora i vozila na kraćim udaljenostima. Cijela mreža omogućit će pruzanje ažuriranja u skoro realnom vremenu operaterima na površini.“

Južnokorejski SK Telecom i Sveučilište Hoseo  objavili su da su njihovi istraživači uspješno demonstrirali prvi podvodni prijenos podataka na svijetu preko zvučnog vala, za koji kažu da je glavna prekretnica prema novoj eri komercijalne podvodne komunikacije.

Cilj europske inicijative SUNRISE je osigurati nedostajuće alate za praćenje i istraživanje morskog okoliša vez presedana, proširenjem koncepta Interneta stvari na morska okruženja.

IoUT obećava istraživanje nafte i plina, praćenje provnih puteva i morskog okoliša, proizvodnju obnovljive energije putem vjetroturbina na moru i održivo korištenje oceanskih resursa.

 

Analogno IoT-u, očekuje se razvoj vojnog interneta stvari (MIOT) koji se sastoji od mnoštva platformi, od brodova do zrakoplova, kopnenih vozila do sustava oružja. Vojska je također zainteresirana za izgradnju vojnog interneta podvodnih stvari (IoUT) za komunikaciju sa svojim senzorima, bespilotnim podvodnim vozilima, brodovima i podmornicama. Visoko ciljana, dugo tražena, ali neuhvatljiva vojna sposobnost bila je ne-kabelirani, distribuirani, umreženi podmorski nadzor i sustavi naoružanja. Agencija za obrambene napredne istraživačke projekte objavila je poziv u kojem se identificiraju tehnološka otkrića koja će omogućiti potpuno integrirane i umrežene podmorske sustave.

 

Podvodni izazovi

Radio valovi se ne šire dobro pod vodom zbog velikog prigušenja. Zapravo, radio valovi se šire na velike udaljenosti kroz vodljivu slanu vodu samo na izuzetno niskim frekvencijama

(30 – 300 Hz), što zahtjeva velike antene i veliku snagu prijenosa. Akustični valovi su valovi niske frekvencije koji nude malu širinu pojasa, ali imaju velike valne duljine. Dakle, akustični valovi mogu putovati na velike udaljenosti i koriste se za prijenos informacija na kilometrima.

 

Akustične komunikacije također pate od velikog kašnjenja u širenju akustičnih valova i visoke stope bitnih grešaka podvodnog akustičnog kanala, višestaznog širenja i vremenskih varijacija kanala. Osim toga, na akustične valove utječu turbulencija uzrokovana plimskim valovima i suspendiranim sedimentima, akustična buka i gradijenti tlaka.

 

Optička komunikacvija između uređaja, na vrlo kratkom dometu, mogla bi biti moguća upotrebom visoko učinkovitih LED impulsa ili čak lasera, ali oceanska voda ima vrlo različita optička svojstva ovisno o lokaciji, dobu dana, organskom i anorganskom sadržaju ili vremenskim varijacijama kao što je turbulencija. Optički valovi ne pate od tako velikog prigušenja, ali na njih utječe raspršenje. Nadalje, prijenos optičkih signala zahtijeva visoku preciznost u usmjeravanju uskih laserskih zraka.

 

Dostupna propusnost je ozbiljno ograničena. Podvodne senzore karakterizira visoka cijena zbog malog relativnog broja dobavljača . Snaga baterije je ograničena i obično se baterije ne mogu puniti. Podvodni senzori su skloni kvarovima zbog onečišćenja i korozije.

 

Iako postoji mnogo razvijenih mrežnih protokola za bežične senzorske mreže, jedinstvene karakteristike podvodnog akustičkog komunikacijskog kanala, kao što su ograničen kapacitet i velika i promjenjiva kašnjenja širenja, zahtijevaju vrlo učinkovite i pouzdane nove protokole za prijenos podataka.

„Veliki izazov je to što imamo naslijeđene sustave koji ne mogu međusobno razgovarati. Dakle, glavni problem koji moramo riješiti u slijedećih nekoliko godina je standardizacija kako bismo omogućili da ta sredstva međusobno komuniciraju, kako bi postala potpuno interoperabilna“, izjavila je Chiara Petrioli, profesorica računalnih znanosti na Sveučilištu u Rimu „La Sapienza“. Projekt je koordinator projekta SUNRISE.

 

„Kad ovi sustavi postanu  sposobni komunicirati autonomnije, trebat će nam strogi propisi i zakonodavstvo kako bismo osigurali ukupnu sigurnost plovidbe i riješili potencijalne probleme koji bi se mogli pojaviti u gusto naseljenom morskom okruženju“, kaže dalje profesorica Petrioli. Trenutno postoji nedostatak međunarodnog pravnog okvira koji obuhvaća rad sustava bespilotnih vozila.

 

Južnokorejski SK Telecom i Sveučilište Hoseo, već  je rečeno, objavili su da su njihovi istraživači uspješno demonstrirali prvi podvodni prijenos podataka na svijetu preko zvučnog vala, za koji kažu da je glavna prekretnica prema novoj eri komercijalne podvodne komunikacije.

 

Koristeći OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), novu tehniku modulacije za bežičnu komunikaciju, istraživači su postavili LTE frekvenc ije na programirane zvučne valove za prijenos tekstualnih i foto podataka na 25 metara ispod mora od luke Incheonu.

Podaci su razmijenjeni između dva broda udaljena 800 metara. Tri uzorka fotografija u boji i skup podataka o moru kao što su temperatura vode i salinitet također su uspješno poslani, ali je njihova brzina prijenosa bila ograničena na 40 Kbps slično trenutnom žičanom telefonskom modemu, priopćio je SK Telecom.

 

Koreja je prva zemlja koja je pokazala ovu vrstu komunikacije temeljenu na podvodnim baznim stanicama, rekao je profesor sa Sveučilišta Hoseo, Ko Hak-lim, koji vodi zajednički istraživački tim.

Podvodna kontrolna mreža, koju će razviti konzorcij, prikupljat će različite podvodne informacije pomoću senzora i slati ih na kopno preko baznih stanica u vodi. Prikupljeni podaci mogu se koristiti za promatranje morskog vremena i analizu ekološkog okoliša, praćenje brodarstva uključujući informacije o rutama plovila, te za nacionalnu obranu teritorijalnih voda.

 

Također, ove će podvodne mreže omogućiti ne samo točnije predviđanje pomorskih klimatoloških promatranja i prirodnih katastrofa detekcijom temperature mora, struja i seizmičkih valova, već i brzu reakciju na brodske nesreće.

Nacionalni projekt općenito je podijeljen u tri područja:

–         razvoj podvodnih senzorskih čvorova koji mogu raditi duge sate pod vodom i komunikacijske tehnologije između postaja,

–         dizajn idealizirane podvodne mreže za precizno širenje valova u vodi i

–         izgradnja središnje integrativne mreže u nastojanju da ujedini komunikacijske mreže kopna i mora.

 

Europska inicijativa: SUNRISE

 

U Europi, europski R&D projekt naziva SUNRISE razvija federalne, Internet kompatibilne podvodne komunikacijske mreže, softverski definiran modem otvorene arhitekture i protokola. Tim razvija mini podmornice, koje imaju akustični modem, senzore okoliša, računalni sustav koji joj omogućuje navigaciju pod vodom, baterije koje ga održavaju osam sati te module za radio i satelitsku komunikaciju. U multinacionalnom projektu sudjeluju partneri iz Italije, Njemačke, Portugala, Nizozemske, Turske i SAD-a.

Podmornice prenose podatke u kontrolni centar na tlu. Radni prototipovi nedavno su testirani u Portugalu sa znanstvenicima koji su dokazali da roboti mogu komunicirati u vodenom okolišu i reagirati na upute koje su im poslane sa zemlje kako je dizajnirano.

 

Tim Sveučilišta Twente razvio je potpuno rekonfigurabilne podvodne senzorske čvorove za bežični nadzor i softverski definiran akustični modem koji omogućuje programerima i istraživačima da dinamički mijenjaju različite postavke modema. Sveučilište u Rimu, La Sapienza, i njegov spinoff  WSENSE usredotočili su se na SUNRISE softverski definiran komunikacijski stup i na alate za podršku pri implementaciji.

Razvijeni sustav također će biti usklađen s novim NATO standardima kao što je JANUS, protokol fizičkog sloja koji postaje standard za digitalne podvodne komunikacije koji omogućuje interoperabilnost među rješenjima više proizvođača.

Projekt je također razvio federaciju testnih ploča kojima se može pristupiti putem web alata, nazvanog SUNRISE GATE, koji je razvio NEXSE, talijanski integrator sustava. Omogućuje korisnicima pristup heterogenim resursima koje nude testne ploče na jedinstven način.

Pet testnih stanica bit će raspoređeno i spojeno kroz SUNRISE GATE kako bi pokrili najrelevantnije morske scenarije i okruženja (jezera, kanali, Sredozemno more, Atlanski ocean, Crno more).

 

SUNRISE: korištenje podvodnih robota za bolje razumijevanje podvodnog svijeta

 

Europski istraživački projekt SUNRISE razvija podvodne robote koji će moći raditi autonomno, nakon što su dobili upute.  Razgovaraju jedni s drugima pomoću zvučnih signala i šalju podatke natrag na računala putem interneta, bez obzira na okolnosti koje se brzo mijenjaju i izazove prijenosa podataka.

 

Dizajniranje robota koji mogu komunicirati u okruženjima koja se brzo mijenjaju

 

Promjenjiva okruženja  jedan su od ključnih izazova s kojima se projekt suočava. Roboti međusobno komuniciraju pomoću akustične signalizacije, kao i morski sisavci. No, dok će  dupin prilagoditi način na koji signalizira prema onome što ga okružuje, robote je potrebno programirati da to učine, dajući istraživačima zadatak razvoja strojeva sposobnih reagirati na skup varijabli koji se brzo mijenja.

„Salinitet, temperatura,smetnje u obliku valova ili prolaznog broda, sve će to promijeniti raspon učinkovite komunikacije.

Potreba da se pouzdano odgovori na promjenjivo okruženje znači da je potrebno više robota, pa ako jedan ne može privremeno komunicirati, drugi će preuzeti signalizaciju. Škole robota nosit će veći broj senzora i pokrivati veće područje, surađujući i komunicirajući zajedno.“

Oni koji njima upravljaju slat će poruke putem modema koji prenose akustične valove. Valovi su modulirani za slanje informacija – ali je propusnost ograničena što znači da su brzine prijenosa spore.

 

Nova tehnologija trebala bi nam omogućiti bolje razumijevanje tihog svijeta.

„Od otkrića podvodnih vulkana i arheoloških nalazišta do zaštite naših obala, infrastrukture i luka. Ova tehnologija će nam dati puno dublje razumijevanje našeg svijeta. A to je bitan element za budućnost čovječanstva.“  Jeli baš sve tako?

 

Europska inicijativa: Izlaganje suncu

 

Jeftina podvodna bespilotna autonomna vozila (UUV) trebaju skenirati ocean i prikupljati informacije o okolišu za upravljanje jednom od najprometnijih europskih luka koristeći revolucionarnu tehnologiju europskih istraživača.

Tehnički voditelj projekta, profesor Michael Boniface, tehnički direktor na Sveučilištu Southampton IT Inovation Centre, UK, izjavio je: „Dionici u pomorskoj industriji će surađivati kako bi stvorili novi lanac vrijednosti podataka koji se temelji na jeftinim dronovima i naprednoj analitici podataka za besprijekorno povezivanje geodeta, pomorskih analitičara i vlasti. Ove bespilotne letjelice dovoljno su male da ih može pokrenuti jedna osoba i koštaju manje od 100.000 eura, što im omogućuje da se unaprijed konfiguriraju za pomorske primjene, kao što su analiza ispadanja i transporta sedimenata. Mi to zovemo internetom podvodnih stvari.“

 

„Kombiniranjem dronova s internetskom vezom, fuzijom geoprostornih podataka i povezanim pristupom podacima, pomorski analitičari imat će informacije koje su im potrebne za procjenu prijetnji kao što su pomorske nesreće, ekstremni vremenski događaji i periodična degradacija“, izjavila je profesorica Chiara Petrioli.

 

Novi jezik podvodnih robota, JANUS akustični signal će povezati vodene robote i senzore u „Internet podvodnih stvari“

 

JANUS je prvi standard za podvodnu komunikaciju koji stvara zajednički protokol za akustični signal s kojim se podvodni sustavi mogu povezati. Glavna uloga JANUS-a je uskladiti današnje akustičke sustave jedan s drugim. Djelomično to čini definiranjem zajedničke frekvencije – 11,5 kiloherca – preko koje svi sustavi mogu najaviti svoju prisutnost. Nakon što dva sustava uspostave kontakt putem JANUS-a, mogu odlučiti prijeći na drugu frekvenciju ili protokol koji bi mogao pružiti veće brzine prijenosa podataka ili putovati dalje.

 

Standard JANUS razvio je Alvesov tim u NATO-ovom Centru za pomorska istraživanja i eksperimente u La Spezii, Italija, a sponzoriralo ga je Savezničko zapovjedništvbo NATO.a za transformaciju. To je prvi standard podvodne komunikacije koji je definiralo međunarodno tijelo. Kako bi stvorio JANUS, Alvesov se tim oslonio na Mrežu opservatorija LittoralOcean Observatory, zbirku akustičnih stativa koje su istraživači NATO-a postavili na morsko dno u luci La Spezia u Italiji.

Jednom postavljeni, vodeni sustavi mogli bi koristiti JANUS za slanje podataka izravno jedan drugome ili za „gateway bove“ koje skakuću po površini vode. Plutače bi tada mogle koristiti radio valove za prenošenje tih podataka u obližnje kontrolne centre.

 

SAD: Buffalo Lab je razvio TCP/IP protokol za akustičnu komunikaciju

 

U SAD-u, Buffalo R&D Lab razvio je varijaciju TCP/IP protokola prikladnu za akustičnu komunikaciju.

„Potopljena bežična mreža pružit će nam neviđenu sposobnost prikupljanja i analize podataka iz naših oceana u stvarnom vremenu“, rekao je Tommaso Melodia, izvanredni profesor elektrotehnike i vodeći istraživač projekta.

„Učiniti ove informacije dostupnim svakom tko ima pametni telefon ili računalo, posebno kada se dogodi tsunami ili druga vrsta katastrofe, moglo bi pomoćiu spašavanju života“. Melodia je nedavno testirao sustav u jezeru Erie, nekoliko milja južno od centra Buffala koristeći dva senzora za vodu.

 

DARPA zahtijeva potpuno integrirane i umrežene podmorske sustave

 

Brzi svjetski rast komunikacijskih sustava i mrežne infrastrukture i kapaciteta potaknut je i komercijalnim i vojnim potrebama. To je olakšalo vojne sposobnosti kao što su daljinski upravljane, bespilotne zračne i površinske platforme sposobne za obavljanje misija koje su u prošlosti bile moguće samo platformama s posadom. Za mnoge, ako ne i za većinu misija, nadzor u stvarnom vremenu od strane ljudskog operatera ključan je za postizanje uspjeha misije, npr. potvrda cilja i dopuštenja za oslobađanje oružja.

 

Kao primjer, današnje operacije bespilotnih letjelica Predator pokazuju učinkovitost ove sposobnosti koja se brzo razvija. Slični dobici učinkovitosti i korisnosti traže se za podmorsko područje.

Visoko cijenjena, dugo tražena, ali neuhvatljiva vojna sposobnost bila je ne-kabelirani, distribuirani, umreženi podmorski nadzor i sustavi naoružanja. U posljednjem desetljeću, implementacija zračnih i svemirskih RF i elektro komunikacijskih sustava učinila je sveobuhvatnu, širokopojasnu, umreženu komunikaciju širom svijeta stvarnošću i za komercijalne i za vojne sustave. Kako bi u potpunosti integrirao vojne podmorske platforme i sustave i poboljšao njihovu taktičku učinkovitost, DARPA je zainteresirana za identificiranje otkrića koja će omogućiti potpuno integrirane i umrežene podmorske sustave.

Točnije, agencija DARPA želi informacije o tehnologijama koje bi mogle omogućiti:

–         ovlaštenje za ciljanje oružja i oslobađanje za naprijed raspoređene podmorske platforme i oružane sustave

–         emitiranje podataka o situacijskoj svijesti velike propusnosti u stvarnom vremenu iz zračnih i svemirskih mreža na podmorske platforme

–         eksfiltracija podmorskih senzora i platforme SA i senzorskih podataka u taktičke zračne i senzorske mreže

–         podmorska mrežna infrastruktura za podršku integriranim operacijama na širokom području s mobilnim i fiksnim platrofmama, senzorima i sustavima – kao što su podmornice koje djeluju s autonomnim podvodnim vozilima – dok su umrežene sa svemirskim i zračnim vojnim taktičkim i strateškim mrežama.

 

Zaključak

 

Internet podvodnih stvari obećava da će povezati 72 % našeg planeta koji je još uvijek nepovezan s našim kopnenim živim povezanim svijetom i mogao bi dovesti do poboljšanja u otkrivanju tsunamija povezivanjem mreža plutača koje otkrivaju tsunamije, istraživanje nafte i prirodnog plina na moru, nadzor, oceanografske podatke te praćenje onečišćenja, pa čak i praćenje riba i morskih sisavaca.

Međutim, očekuje se da će IoUT izazvati istu zabrinutost za hakiranje, krađu identiteta, prekide i druge zlonamjerne aktivnosti koje utječu na ljude, infrastrukturu i gospodarstvo kao što se postavlja za IoT.

 

Nakon svega istraženog  i svih saznanja osobno se – zbog svih saznanja koja više godina pratim – ne mogu složiti kako će projekt  IoUT , tj. „potopljena bežična mreža pružit će nam neviđenu sposobnost prikupljanja i analize podataka iz naših oceana u stvarnom vremenu“. Sve ovo je dio velike agende koja traje – a ovaj projekt uz „asistenciju“ DAPRE, CIE, NASA-e i nekoliko dobro plaćenih Sveučilišta kao i stručnjaka – provodi se od 2017. Osobito zabrinjava činjenica da nitko nije i ne radi nikakva istraživanja o utjecaju na floru i faunu mora, a govorimo o velikim prostranstvima: jezerima, kanalima, Sredozemnom moru, Atlanskom oceanu, Crnom moru).

Kao i da nikoga nije ni briga što će biti s podvodnim svijetom bilja i životinja. Svjetskim megalomanima i neviđenim zločincima to je ionako nebitno.

Reference i izvori: u redakciji.