„AquaApp macht Unterwasserkommunikation für die breite Masse zugänglich.“ Das ist die kühne Behauptung des Tauchers Prof. Shyam Gollakota. „Der Zustand der Unterwassernetzwerke ähnelt heute dem ARPANET, dem Vorläufer des Internets, in den 1970er Jahren, als nur wenige Auserwählte Zugang zum Internet hatten.
„AquaApp hat das Potenzial, diesen Status quo zu ändern, indem es die Unterwassertechnologie demokratisiert und sie so einfach macht wie das Herunterladen von Software auf Ihr Smartphone.“
Es sei denn, Sie verwenden einen Vollgesichtsschutz Maske" Mit dem Kommunikationssystem sind für die meisten Taucher Handzeichen die einzige praktische Möglichkeit, Sicherheits- und Richtungsinformationen unter Wasser zu kommunizieren, wie die jüngsten Ergebnisse zeigen Divernet -Funktion Tauchen Sie wie ein Profi: Lernen Sie, unter Wasser zu kommunizieren.
Nun hoffen Forscher der University of Washington, dies zu ändern, indem sie „die erste mobile App für akustisch basierte Kommunikation und Vernetzung unter Wasser entwickelt haben, die mit den vorhandenen Geräten von Tauchern wie Smartphones und Smartwatches verwendet werden kann“.
„Das Projekt ist teilweise durch Erfahrungen beim Tauchen mit meinen Freunden sowie beim Schnorcheln motiviert, wo die Kommunikation eine Herausforderung darstellt, da man gleichzeitig mit der anderen Person den Kopf heben muss, was schwer zu koordinieren ist“, sagt Prof. Gollakota erzählt Divernet.
Handzeichen können fehlinterpretiert werden und Verwirrung stiften, insbesondere über große Entfernungen und bei schlechten Sichtverhältnissen, sagt das Team, und obwohl bidirektionale Textnachrichten eine Lösung darstellen könnten, sind dafür kostspielige und schwer zugängliche kundenspezifische Hardware erforderlich.
„Smartphones sind für die drahtlose Kommunikation auf Funksignale wie WLAN und Bluetooth angewiesen. Diese breiten sich unter Wasser nicht gut aus, akustische Signale hingegen schon“, sagt Tuochao Chen, gemeinsam mit Justin Chan Hauptautor der AquaApp-Studie. Die beiden Doktoranden der Paul G Allen School der Universität arbeiteten an dem Projekt mit Prof. Gollakota, dem Direktor des Mobile Intelligence Lab der Schule.
„Mit AquaApp demonstrieren wir Unterwasser-Nachrichtenübermittlung mithilfe von Lautsprechern und Mikrofonen, die auf Smartphones und Uhren weit verbreitet sind“, sagt Chen. „Abgesehen davon, dass sie eine App auf ihr Handy herunterladen müssen, brauchen die Leute nur eine wasserdichte Handyhülle, die für die Tiefe ihres Tauchgangs geeignet ist.“
Wie es funktioniert
Über die AquaApp-Schnittstelle können Taucher aus einer Liste von 240 voreingestellten Nachrichten auswählen, die den von professionellen Tauchern verwendeten Handzeichen entsprechen, wobei die 20 häufigsten (die wahrscheinlich von Sporttauchern verwendet werden) für einen einfachen Zugriff gut sichtbar angezeigt werden. Nachrichten können auch in acht Kategorien gefiltert werden, z. B. Richtungsanzeiger, Umgebungsfaktoren oder Gerätestatus.
„Das Unterwasserszenario wirft im Vergleich zu Anwendungen über der Luft neue Probleme auf“, sagt Chan. „Zum Beispiel werden Schwankungen der Signalstärke durch Reflexionen von der Oberfläche, dem Boden und der Küste verstärkt. Bewegungen durch Menschen in der Nähe, Wellen und Gegenstände können die Datenübertragung beeinträchtigen. Darüber hinaus weisen Mikrofone und Lautsprecher je nach Smartphone-Modell unterschiedliche Eigenschaften auf.
„Wir mussten uns in Echtzeit an diese und andere Faktoren anpassen, um sicherzustellen, dass AquaApp unter realen Bedingungen funktioniert“, sagt er. Zu diesen „anderen Faktoren“ gehören die Tendenz der Geräte, ihre Position und Nähe in der Strömung schnell zu ändern, sowie Lärm von in der Nähe befindlichen Schiffen und Meerestieren.
AquaApp verwendet einen Algorithmus, um die Bitrate und akustischen Frequenzen jeder Übertragung in Echtzeit zu optimieren, basierend auf Parametern wie Entfernung, Rauschen und Frequenzgangschwankungen.
Wenn Taucher A eine Nachricht an das Gerät von Taucher B senden möchte, übermittelt die App von A zunächst eine kurze Notiz, die „Präambel“ genannt wird. AquaApp führt auf dem Gerät von Taucher B den Algorithmus aus, um die besten Bedingungen für den Empfang der Präambel zu ermitteln, und weist das Gerät von A an, die Nachricht unter Verwendung dieser Bedingungen zu senden.
Unterwassernetzwerk
Das Team hat ein Netzwerkprotokoll für den gemeinsamen Zugriff auf das Unterwassernetzwerk entwickelt und sagt, dass AquaApp bis zu 60 einzelne Benutzer gleichzeitig in seinem lokalen Netzwerk aufnehmen kann.
Anschließend bewerteten die Forscher die Leistung von AquaApp bei Entfernungen von bis zu 113 m und Tiefen von bis zu 12 m. „Zwölf Meter war die maximale Tiefe, in der wir testen konnten, da wir die Entfernung genau messen müssen“, sagt Prof. Gollakota. „Kommerzielle wasserdichte Smartphone-Hüllen können größere Tiefen von bis zu 40 m überstehen.“
Die sechs Teststandorte repräsentierten unterschiedliche Wasserbedingungen und Aktivitätsniveaus und umfassten unter einer Brücke in ruhigem Wasser, in einem beliebten Uferpark mit starken Strömungen, neben dem Angelsteg eines belebten Sees und in einer Bucht mit starken Wellen.
„Basierend auf unseren Experimenten sind bis zu 30 m die ideale Reichweite zum Senden und Empfangen von Nachrichten unter Wasser und 100 m zum Senden von SOS-Beacons“, sagt Chen. „Diese Fähigkeiten sollten für die meisten Freizeit- und Berufsszenarien ausreichen.“
Das Team ließ das System außerdem kontinuierlich auf zwei Samsung Galaxy S9-Smartphones bei maximaler Lautstärke und aktivierten Bildschirmen laufen, um die Auswirkungen von AquaApp auf die Akkulaufzeit zu messen. Sie berichten, dass die Leistung innerhalb von vier Stunden um nicht mehr als 32 % reduziert wurde.
„Wir haben den Code und die App auf GitHub zur Verfügung gestellt, damit die Leute sie testen können“, sagte Prof. Gollakota Divernet. „Wir sind derzeit auf der Suche nach Industriepartnern, um dies kommerziell verfügbar zu machen. Die gute Nachricht ist, dass die Hürden und der Zeitaufwand im Vergleich zu herkömmlicher Tauchausrüstung geringer sein sollten, da es sich nur um Software und nicht um Hardware handelt.“
Daten und Open-Source-Android-Code sind ebenfalls verfügbar AquaApp-Website, und es gibt auch a Demonstrationsvideo. Nun stellt sich die Frage, inwieweit Taucher diese Entwicklung annehmen werden.
