Korzystanie z fal dźwiękowych w warstwie 1

Czy teoretycznie możliwe jest wykorzystanie fal dźwiękowych jako medium fizycznego do przesyłania danych przez sieć?

Innymi słowy, czy możesz wdrożyć warstwę 1 modelu sieciowego OSI za pomocą fal dźwiękowych, czy też całkowicie nie rozumiem koncepcji fizyki / sieci?

To bardzo możliwe. Nawet z wyłączeniem starych modemów sprzężonych akustycznie, które ostatecznie przekształciły się w bezpośrednie połączenie z linią telefoniczną, istnieją również programy, które pozwolą ci używać karty dźwiękowej jako modemu (wcześniej używałem niektórych do komunikacji poza pasmem podczas debugowania sterownik Ethernet, chociaż użyłem bezpośredniego okablowania audio zamiast faktycznej sygnalizacji akustycznej), a ogólna koncepcja staje się dość popularna wśród urządzeń IoT do łączenia z aplikacją sterującą na smartfonie podczas konfiguracji (choć jest to bliższe podejściu do tagu RFID ).

Podejście to ma jednak szereg dość znaczących wad:

• Jest to bardzo niska przepustowość według nowoczesnych standardów. Nawet przy częstotliwościach ultradźwiękowych nadal w dobrych warunkach patrzysz nie więcej niż kilkaset kilobitów na sekundę. To sprawia, że ​​jest znacznie mniej niż przydatny, z wyjątkiem przekazywania bardzo małych ilości danych (takich jak wspomniane powyżej użycie Internetu Rzeczy, gdzie zwykle przekazuje jedynie adres sprzętowy 802.11 i niektóre informacje uwierzytelniające, aby można było ustanowić połączenie Wi-Fi Direct) .
• Poza bardzo ograniczonymi sytuacjami jest naprawdę powolny, nawet poza częstotliwością sygnału. Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi około 340 m / s (daj lub weź kilkadziesiąt m / s w oparciu o temperaturę, ciśnienie, wilgotność i jakość powietrza), co jest niesamowicie wolne w porównaniu do sygnałów elektrycznych lub fal elektromagnetycznych (które rozprzestrzeniają się w z grubsza prędkość światła), co oznacza, że ​​w porównaniu do Wi-Fi lub Ethernet opóźnienie sygnału jest raczej wysokie. Nie ma to większego znaczenia w przypadku komunikacji o bardzo krótkim zasięgu, ale po przekroczeniu kilku metrów opóźnienie zaczyna być zauważalne (wyobraź sobie, że połączenie między komputerem a routerem miało dłuższy czas RTT niż cała reszta sieci ścieżka do tej strony połączona). Nawet najlepsze przewodniki dźwięku mogą osiągnąć w najlepszym wypadku tylko 35-40-krotną prędkość dźwięku w powietrzu, która wciąż jest niesamowicie wolna.
• Jest niezwykle wrażliwy na środowisko. Ethernet jest na tyle solidny, że nie potrzebuje nawet ekranowania, jeśli masz przyzwoite okablowanie. Czasami Wi-Fi może się zepsuć, ale nadal jest w stanie przynajmniej niezawodnie łatwo sprawdzać określone pasma częstotliwości, a EMI jest zwykle dość łatwe do znalezienia i zatrzymania. Wibracje i dźwięk są jednak wszędzie . Znowu jest to większy problem w komunikacji na większe odległości, ale nadal stanowi większy problem niż w przypadku Wi-Fi, częściowo z powodu następnego punktu.
• Nadajniki dźwiękowe o wysokiej mocy nadawania są raczej niebezpieczne, zarówno dla środowiska, jak i dla ludzi. Aby niezawodnie uzyskać zasięg przekraczający kilka metrów, zanim SNR osiągnie tak wysoki poziom, że nie będzie można odzyskać sygnału, musisz pracować z wystarczająco wysokim ciśnieniem dźwięku, aby spowodować trwałą utratę słuchu. Tyle energii może łatwo uszkodzić delikatne przedmioty.

To zostało zrobione. Kiedyś miałem urządzenie z warstwą akustyczną 1 o prędkości 300 bodów .

Wszystko, co może przenosić informacje, może być wykorzystane jako warstwa fizyczna - fale dźwiękowe, a także gołębie .

Niektóre ataki w szczelinie powietrznej wykorzystują (ultra) dźwięk do komunikowania się przez szczelinę powietrzną.

Ponieważ jednak częstotliwości nawet dla ultradźwięków są raczej niskie (niektóre kHz), szybkość przesyłania danych również byłaby niska (niektóre kbit / s). Ponadto zasięg fal dźwiękowych ogranicza użycie do jednego pomieszczenia.

Tak, to możliwe. W rzeczywistości przyciski Amazon Dash używają ultradźwięków jako medium.

Na pewno. Niektóre opcje nie zostały omówione w innych odpowiedziach, ale myślę, że bliżej sedna pytania:

• Odbiornik mikrofonu ze strzelbą i podobny nadajnik. Wykorzystuje powietrze jako medium.
• Odbiornik z czujnikiem piezo i podobny brzęczyk. Jako medium wykorzystuje pręt z (powiedzmy) drewna, włókna węglowego lub pręta berylowego.

W obu przypadkach impuls elektryczny dostarczony do nadajnika wytworzy impuls mechaniczny przez medium wykrywane przez odbiornik, gdzie zostanie przekształcony z powrotem w impuls elektryczny.

W obu tych przykładach nie wykorzystaliśmy żadnej energii elektrycznej do przedstawienia dźwięku, ale faktycznie wykorzystaliśmy fale dźwiękowe przemieszczające się przez różne media.

Jeden z pierwszych komputerów używał fal dźwiękowych w medium rtęciowym do przechowywania danych, więc chociaż nie był to nośnik sieciowy, nadal był to sposób zatrzymywania danych i ta sama koncepcja może być wykorzystana do transmisji i sieci

Robiłem to już wcześniej, nie dlatego, że miało to sens, ale dlatego, że tak czułem. Radio Ham ma na to wszystko, w szczególności AX.25. Wszystko, co wysyłasz za pośrednictwem nie-cyfrowego radia, to dźwięk zakodowany w falach radiowych z powrotem przez odbiornik. Wyjmij radio z równania, a otrzymasz to, czego szukasz.

Spójrz na AX.25, a także inne modemy cyfrowe, takie jak MT63 i PSK. fldigi jest zdolny do wielu, chociaż jest zbudowany na tekst, więc musisz bazować na64 dowolnych danych binarnych.

Był projekt TCP / IP over bongodrum. Ale strona główna aktualnego projektu wydaje się teraz martwa.

Oto odniesienie do projektu