Aplikasi perpesanan bawah air untuk ponsel cerdas — ScienceDaily

Bagi jutaan orang yang berpartisipasi dalam aktivitas seperti snorkeling dan scuba diving setiap tahun, isyarat tangan adalah satu-satunya pilihan untuk menyampaikan informasi keselamatan dan arah di bawah air. Sementara penyelam rekreasi dapat menggunakan sekitar 20 sinyal, kosakata penyelam profesional dapat melebihi 200 sinyal pada topik mulai dari tingkat oksigen, kedekatan spesies air, hingga kinerja tugas kooperatif.

Sifat visual dari sinyal tangan ini membatasi keefektifannya pada jarak dan visibilitas rendah. Pesan teks dua arah adalah alternatif potensial, tetapi yang membutuhkan perangkat keras khusus yang mahal yang tidak tersedia secara luas.

Para peneliti di University of Washington menunjukkan bagaimana mencapai pesan bawah air pada miliaran smartphone dan jam tangan pintar yang ada hanya dengan menggunakan perangkat lunak. Tim mengembangkan AquaApp, aplikasi seluler pertama untuk komunikasi dan jaringan berbasis akustik di bawah air yang dapat digunakan dengan perangkat yang ada seperti smartphone dan jam tangan pintar.

Para peneliti mempresentasikan makalah mereka yang menjelaskan AquaApp 25 Agustus di SIGCOMM 2022.

“Smartphone mengandalkan sinyal radio seperti WiFi dan Bluetooth untuk komunikasi nirkabel. Mereka tidak menyebar dengan baik di bawah air, tetapi sinyal akustik melakukannya,” kata rekan penulis Tuochao Chen, seorang mahasiswa doktoral UW di Sekolah Ilmu Komputer Paul G. Allen & Rekayasa. “Dengan AquaApp, kami mendemonstrasikan pesan bawah air menggunakan speaker dan mikrofon yang tersedia secara luas di smartphone dan jam tangan. Selain mengunduh aplikasi ke ponsel mereka, satu-satunya yang dibutuhkan orang adalah casing ponsel tahan air yang sesuai dengan kedalaman menyelam mereka.”

Antarmuka AquaApp memungkinkan pengguna untuk memilih dari daftar 240 pesan yang telah ditentukan sebelumnya yang sesuai dengan sinyal tangan yang digunakan oleh penyelam profesional, dengan 20 sinyal paling umum yang ditampilkan secara jelas untuk akses yang mudah. Pengguna juga dapat memfilter pesan menurut delapan kategori, termasuk indikator arah, faktor lingkungan, dan status peralatan.

Dalam membangun aplikasi, tim harus mengatasi berbagai tantangan teknis yang sebelumnya tidak mereka temui di lahan kering.

“Skenario bawah air memunculkan masalah baru dibandingkan dengan aplikasi di udara,” kata rekan penulis Justin Chan, seorang mahasiswa doktoral di Allen School. “Misalnya, fluktuasi kekuatan sinyal diperparah karena pantulan dari permukaan, lantai, dan garis pantai. Gerakan yang disebabkan oleh manusia, gelombang, dan objek di sekitar dapat mengganggu transmisi data. Lebih lanjut, mikrofon dan speaker memiliki karakteristik yang berbeda di seluruh model ponsel cerdas. Kami memiliki untuk beradaptasi secara real time dengan faktor-faktor ini dan lainnya untuk memastikan AquaApp akan bekerja di bawah kondisi dunia nyata.”

Tantangan lain termasuk mengatasi kecenderungan perangkat untuk mengubah posisi dan kedekatan dengan cepat dalam arus, dan berbagai profil kebisingan yang mungkin dihadapi aplikasi karena keberadaan kapal, hewan, dan bahkan pesawat terbang rendah.

Tim membuat algoritme yang memungkinkan AquaApp untuk mengoptimalkan, secara real time, bitrate dan frekuensi akustik dari setiap transmisi berdasarkan parameter tertentu, termasuk jarak, kebisingan, dan variasi respons frekuensi di seluruh perangkat.

Begini cara kerjanya: Saat satu pengguna ingin mengirim pesan ke perangkat lain, aplikasi mereka terlebih dahulu mengirimkan catatan singkat, yang disebut pembukaan, ke perangkat lain. AquaApp pada perangkat kedua menjalankan algoritma untuk menentukan kondisi terbaik untuk menerima pembukaan. Kemudian memberitahu perangkat pertama untuk menggunakan kondisi yang sama untuk mengirim pesan yang sebenarnya.

Para peneliti mengembangkan protokol jaringan untuk berbagi akses ke jaringan bawah air, mirip dengan bagaimana jaringan WiFi mengarahkan lalu lintas internet, untuk mendukung pengiriman pesan di antara beberapa perangkat. AquaApp dapat menampung hingga 60 pengguna unik di jaringan lokalnya sekaligus.

Tim menguji utilitas dunia nyata dari sistem AquaApp di enam lokasi yang menawarkan berbagai kondisi air dan tingkat aktivitas, termasuk di bawah jembatan di air yang tenang, di taman tepi laut yang populer dengan arus yang kuat, di sebelah dermaga pemancingan yang sibuk. danau dan di teluk dengan ombak yang kuat. Para peneliti mengevaluasi kinerja aplikasi pada jarak hingga 113 meter dan kedalaman hingga 12 meter.

“Berdasarkan percobaan kami, hingga 30 meter adalah jarak ideal untuk mengirim dan menerima pesan di bawah air, dan 100 meter untuk mentransmisikan suar SoS,” kata Chen. “Kemampuan ini harus cukup untuk sebagian besar skenario rekreasi dan profesional.”

Para peneliti juga mengukur dampak AquaApp pada masa pakai baterai dengan terus menjalankan sistem pada dua smartphone Samsung Galaxy S9 pada volume maksimum dan dengan layar yang diaktifkan. Aplikasi ini mengurangi daya baterai perangkat hanya sebesar 32% selama empat jam, yang merupakan waktu menyelam maksimum yang disarankan untuk scuba diving rekreasi.

“AquaApp membawa komunikasi bawah air ke massa,” kata penulis senior Shyam Gollakota, seorang profesor UW di Allen School. “Kondisi jaringan bawah air saat ini mirip dengan ARPANET, pendahulu internet, pada 1970-an, di mana hanya segelintir orang yang memiliki akses ke internet. AquaApp berpotensi mengubah status quo itu dengan mendemokratisasi teknologi bawah air dan menjadikannya sebagai semudah mengunduh perangkat lunak di ponsel cerdas Anda.”

Data tim dan kode Android open-source tersedia di situs web AquaApp.

Para peneliti didukung oleh Moore Inventor Fellowship dan National Science Foundation.

Komputasi Seluler