Korzystanie z fal dźwiękowych w warstwie 1

11

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?

layer1  osi 
— zwisać
źródło
9
Modemy używają sprzęgaczy akustycznych, które wykorzystują fale dźwiękowe do przesyłania danych.
— Ron Maupin
5
Czy to się nie zdarza za każdym razem, gdy wypowiadasz słowa?
— user1686,
7
Cóż, możesz użyć gołębi jako warstwy 1, więc fale dźwiękowe powinny być całkowicie wykonalne.
— słaba utrata wiary w SE
4
Nawiasem mówiąc, oryginalny hack, który złamał jail oryginalnego iPoda / iPhone'a, odtwarzał plik wykonywalny systemu operacyjnego jako dźwięk przez słuchawki i odwracał modulowanie tego, aby dowiedzieć się / odgadnąć, jaki był prywatny klucz do szyfrowania danych. System został zablokowany cyfrowo, a każda próba przesłania danych (w tym plików mp3) została zaszyfrowana. Ale podsystem audio (z powodu konieczności połączenia się z nieszyfrowanym ludzkim uchem) nie został zaszyfrowany (błąd związany z odtwarzaniem losowych plików został już naprawiony)
— slebetman
W Warstwie 1. można zastosować wiele rzeczy. Czy masz powody, by sądzić, że nie możesz?
— Maszt

Odpowiedzi:

10

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.
— Austin Hemmelgarn
źródło
„kilka metrów” w ostatnim akapicie wydaje się przesadą. Mogę porozmawiać z kimś kilka metrów dalej, nie krzycząc tak głośno, że uszkodzę sobie słuch.
— user253751,
@immibis, rozmowa z kimś kilka metrów dalej ma bardzo niską szybkość transmisji danych i ogromne ilości korekcji błędów.
— Mark
@Mark tak, ale to nie „niezawodnie uzyskać jakiekolwiek zakresie poza o kilka metrów przed SNR dostaje tak wysokie, że nie masz sygnał odzyskiwanej” bez „działa na tyle wysoki poziom ciśnienia akustycznego spowodować trwałą utratę słuchu”.
— user253751,
@immibis Prawie musisz używać częstotliwości ultradźwiękowych do tego rodzaju rzeczy, aby zminimalizować interferencje ludzi rozmawiających, poruszających się i po prostu istniejących w pobliżu. Częstotliwość wpływa na to, jak rozchodzi się dźwięk, a wyższe potrzebują wyższego ciśnienia dźwięku u źródła, aby niezawodnie wzbudzać odbiór z danej odległości. Spróbuj użyć parowania akustycznego na urządzeniu IoT z odległości większej niż kilka metrów, a zauważysz, że nie działa niezawodnie, a to jest niskie wykorzystanie przepustowości.
— Austin Hemmelgarn
8

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.

— Zac67
źródło
O „pokoju jednoosobowym”. Niekoniecznie prawdziwe, ponieważ fale dźwiękowe (jak prawie każdy innych fal w zasadzie) mogą być wzmacniane - przyjrzeć Saser
— Agnius Vasiliauskas
@AgniusVasiliauskas Tak, oczywiście - ale praktycznie zasięg jest bardzo ograniczony, podobnie jak użyteczna przepustowość. Możesz wiele zrobić, aby poprawić jakość transmisji, ale z drugiej strony, dlaczego nie po prostu użyć RF, miedzi lub światłowodu?
— Zac67
Nie mówię, że musi używać fal dźwiękowych do transportu informacyjnym. Oczywiście nic nie przebije prędkości światła w promieniowaniu elektromagnetycznym. Mogą się jednak zdarzyć przypadki, gdy inne opcje źle się pasują - na przykład w silnych zewnętrznych polach elektromagnetycznych (wiatr słoneczny itp.), Tak że ekranowanie może być również niepraktyczne dla komunikacji EM. Może w tym scenariuszu moglibyśmy spróbować użyć transportu informacji opartego na falach dźwiękowych? (Pomyśl o gołębiach na bezludnej wyspie, kiedy jakiś statek
— przepłynie
1

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.

0

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

— Phi
źródło
0

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.

— Duncan X Simpson
źródło
AX.25 nie transmituje za pomocą fal dźwiękowych, chyba że gdzieś używasz akustycznego sprzężenia sygnału. Nadal jest to transmisja EM (bardziej poprawnie, AX.25 jest protokołem do kodowania informacji cyfrowej na sygnale analogowym, dźwięk nie jest potrzebny ani zaangażowany).
— Austin Hemmelgarn
@Austin Hemmelgarn Jest zakodowany w taki sposób, aby można było wysłać urządzenie audio. Więc chociaż często nie są wysyłane głośniki, warto myśleć o tym jak o dźwięku.
— Duncan X Simpson
Ale nadal nie brzmi, dopóki nie zostanie odtworzony przez głośniki, element piezoelektryczny, cewkę tesli lub inne urządzenie, które przekształca sygnał elektroniczny na wibracje w powietrzu.
— Austin Hemmelgarn
@Austin Tak. I to jest możliwe. I zrobiłem to. Co jest nie tak z moją odpowiedzią?
— Duncan X Simpson
1
AX.25 nie jest warstwą fizyczną i nie jest falami dźwiękowymi. Sygnał, który wytwarza, można przekształcić w fale dźwiękowe jako warstwę fizyczną, ale twoja odpowiedź tak naprawdę nie wyjaśnia tego.
— Austin Hemmelgarn
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.