Fraunhofer FKIE relie les capteurs sous-marins au rivage grâce à des bouées passerelles
Les signaux acoustiques se transforment en ondes radio à la surface pour relier les véhicules sous-marins autonomes aux opérateurs à terre.
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Les capteurs sous-marins et les navires sans équipage ne peuvent pas s'appuyer sur les réseaux Wi-Fi ou cellulaires classiques, car l'eau absorbe les ondes électromagnétiques. Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer de communication, de traitement de l'information et d'ergonomie FKIE ont conçu un réseau acoustique pour combler cette lacune, en utilisant des bouées passerelles flottantes pour transmettre les données critiques du fond marin aux postes de commandement à terre.
Les ondes sonores remplacent la radio en eau profonde
Le son se propage dans l'eau à environ 1 500 mètres par seconde, soit près de 200 000 fois plus lentement que la lumière dans l'air, selon des recherches rapportées par TechXplore. Contrairement à l'air libre ou à l'espace, les ondes radio, les connexions cellulaires et les signaux satellitaires s'atténuent rapidement sous la surface, laissant les ingénieurs dépendants de l'acoustique. La capacité de transmission chute fortement avec la distance. À des portées proches de 10 kilomètres, les débits nets de données tombent régulièrement sous 200 bits par seconde. Les variations de température, la salinité et les réflexions du fond marin comme de la surface introduisent un bruit acoustique constant, rendant les protocoles internet standards inutilisables.
« Notre objectif était de remplacer les liaisons point à point rigides par des réseaux acoustiques dynamiques. Comme les réseaux IP classiques ne conviennent pas aux canaux à bande extrêmement étroite, nous développons des architectures de protocoles entièrement nouvelles »
Dimitri Sotnik, chercheur au Fraunhofer FKIE
Des paquets de données compacts conçus pour la transmission acoustique
Fraunhofer FKIE a créé une architecture spécialisée en collaboration avec le Centre technique 71 de la Bundeswehr (WTD 71) pour gérer ces limites physiques. L'équipe a développé une innovation dans les protocoles réseau appelée GUWMANET, pour Gossiping in Underwater Acoustic Mobile Ad-hoc Networks, fonctionnant au-dessus d'un standard de formatage connu sous le nom de GUWAL (Generic Underwater Application Language). Comme le rapporte TechXplore, le standard GUWAL compresse les requêtes, les mesures des capteurs et les instructions de contrôle en paquets de données de seulement 128 bits chacun. Lors d'essais en mer, ce protocole allégé a enregistré un taux de livraison des paquets d'environ 90 pour cent.
Relayer les signaux du fond marin à la surface
Les longues distances dégradant les signaux acoustiques, les nœuds ne peuvent pas toujours communiquer directement avec leur cible finale. GUWMANET résout ce problème par relais multisaut, en acheminant les données à travers les nœuds du fond marin et les submersibles autonomes jusqu'à leur destination. Un prototype de bouée passerelle flottante sert de traducteur physique entre les environnements. Équipée d'un transducteur acoustique sous l'eau, la bouée reçoit les impulsions acoustiques des dispositifs du fond marin et les traduit en transmissions radio envoyées dans l'air vers des navires militaires ou des bases terrestres. Le chercheur du Fraunhofer FKIE Dimitri Sotnik a expliqué que le système intègre des contrôles de sécurité numériques directement dans le protocole pour se prémunir contre les interférences acoustiques, l'interception de signaux et la falsification de données, comme le documente TechXplore.
Essais en mer et tests navals internationaux
Le système de communication est passé de la modélisation théorique à des exercices opérationnels en eau libre. La bouée passerelle a été testée au large de Lisbonne, au Portugal, lors de manœuvres de l'OTAN à grande échelle, où elle a transmis des paquets GUWAL directement à un centre d'opérations à terre. Des partenaires européens de défense appliquent également l'invention au projet SWAT-SHOAL, une initiative organisant des robots sous-marins autonomes et des navires avec équipage en réseaux de reconnaissance coordonnés pour protéger les pipelines offshore, les parcs éoliens et les ports, selon TechXplore.
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