Des chercheurs apportent la première application de messagerie sous-marine aux smartphones

Une équipe de chercheurs de l'Université de Washington a développé AquaApp, la première application mobile pour envoyer et recevoir des messages sous l'eau qui fonctionne sur les smartphones existants - aucun matériel spécial n'est requis. L'application surmonte un certain nombre de défis techniques liés à l'environnement sous-marin pour permettre une communication et une mise en réseau bidirectionnelles tout en se livrant à des activités sous-marines comme la plongée en apnée et la plongée sous-marine. Crédit :Université de Washington

Pour des millions de personnes qui participent à des activités telles que la plongée en apnée et la plongée sous-marine chaque année, les signaux manuels sont la seule option pour communiquer des informations de sécurité et de direction sous l'eau. Alors que les plongeurs récréatifs peuvent utiliser environ 20 signaux, le vocabulaire des plongeurs professionnels peut dépasser 200 signaux sur des sujets allant du niveau d'oxygène à la proximité des espèces aquatiques en passant par l'exécution de tâches coopératives.

La nature visuelle de ces signaux manuels limite leur efficacité à distance et par faible visibilité. La messagerie texte bidirectionnelle est une alternative potentielle, mais qui nécessite un matériel personnalisé coûteux qui n'est pas largement disponible.

Des chercheurs de l'Université de Washington montrent comment réaliser une messagerie sous-marine sur des milliards de smartphones et de montres connectées existants en utilisant uniquement un logiciel. L'équipe a développé AquaApp, la première application mobile pour la communication acoustique et la mise en réseau sous l'eau qui peut être utilisée avec des appareils existants tels que les smartphones et les montres connectées.

Les chercheurs ont présenté leur article décrivant AquaApp le 25 août au SIGCOMM 2022.

"Les smartphones s'appuient sur des signaux radio comme le WiFi et le Bluetooth pour la communication sans fil. Ceux-ci ne se propagent pas bien sous l'eau, mais les signaux acoustiques le font", a déclaré le co-auteur principal Tuochao Chen, doctorant à l'UW à la Paul G. Allen School of Computer Science. &Ingénierie. "Avec AquaApp, nous démontrons la messagerie sous-marine en utilisant le haut-parleur et le microphone largement disponibles sur les smartphones et les montres. Outre le téléchargement d'une application sur leur téléphone, la seule chose dont les gens auront besoin est un étui de téléphone étanche évalué pour la profondeur de leur plongée."

L'interface AquaApp permet aux utilisateurs de sélectionner parmi une liste de 240 messages prédéfinis qui correspondent aux signaux manuels utilisés par les plongeurs professionnels, avec les 20 signaux les plus courants affichés en évidence pour un accès facile. Les utilisateurs peuvent également filtrer les messages selon huit catégories, y compris les indicateurs directionnels, les facteurs environnementaux et l'état de l'équipement.

Lors de la création de l'application, l'équipe a dû surmonter divers défis techniques qu'elle n'avait jamais rencontrés auparavant sur la terre ferme.

"Le scénario sous-marin fait apparaître de nouveaux problèmes par rapport aux applications aériennes", a déclaré le co-auteur principal Justin Chan, doctorant à l'école Allen. "Par exemple, les fluctuations de la force du signal sont aggravées en raison des réflexions de la surface, du sol et du littoral. Les mouvements causés par les humains, les vagues et les objets à proximité peuvent interférer avec la transmission des données. De plus, les microphones et les haut-parleurs ont des caractéristiques différentes selon les modèles de smartphones. Nous avions de s'adapter en temps réel à ces facteurs et à d'autres pour s'assurer qu'AquaApp fonctionnerait dans des conditions réelles."

Parmi les autres défis, citons la tendance des appareils à changer rapidement de position et de proximité dans le courant, ainsi que les différents profils de bruit que l'application pourrait rencontrer en raison de la présence de navires, d'animaux et même d'avions volant à basse altitude.

L'équipe a créé un algorithme qui permet à AquaApp d'optimiser, en temps réel, le débit binaire et les fréquences acoustiques de chaque transmission en fonction de certains paramètres, notamment la distance, le bruit et les variations de réponse en fréquence entre les appareils.

Voici comment cela fonctionne :lorsqu'un utilisateur souhaite envoyer un message à un autre appareil, son application envoie d'abord une note rapide, appelée préambule, à l'autre appareil. AquaApp sur le deuxième appareil exécute l'algorithme pour déterminer les meilleures conditions pour recevoir le préambule. Ensuite, il indique au premier appareil d'utiliser ces mêmes conditions pour envoyer le message réel.

Les chercheurs ont développé un protocole de mise en réseau pour partager l'accès au réseau sous-marin, semblable à la façon dont les réseaux WiFi arbitrent le trafic Internet, pour prendre en charge la messagerie entre plusieurs appareils. AquaApp peut accueillir jusqu'à 60 utilisateurs uniques sur son réseau local en même temps.

L'équipe a testé l'utilité réelle du système AquaApp dans six endroits offrant une variété de conditions d'eau et de niveaux d'activité, y compris sous un pont en eau calme, dans un parc riverain populaire avec de forts courants, à côté du quai de pêche d'un lac et dans une baie avec de fortes vagues. Les chercheurs ont évalué les performances de l'application à des distances allant jusqu'à 113 mètres et à des profondeurs allant jusqu'à 12 mètres.

"Sur la base de nos expériences, jusqu'à 30 mètres est la portée idéale pour envoyer et recevoir des messages sous l'eau, et 100 mètres pour transmettre des balises SoS", a déclaré Chen. "Ces capacités devraient être suffisantes pour la plupart des scénarios récréatifs et professionnels."

Les chercheurs ont également mesuré l'impact d'AquaApp sur la durée de vie de la batterie en faisant fonctionner le système en continu sur deux smartphones Samsung Galaxy S9 au volume maximum et avec les écrans activés. L'application a réduit la puissance de la batterie des appareils de seulement 32 % en quatre heures, ce qui correspond au temps de plongée maximal recommandé pour la plongée sous-marine récréative.

"AquaApp apporte la communication sous-marine aux masses", a déclaré l'auteur principal Shyam Gollakota, professeur à l'UW à l'école Allen. "L'état des réseaux sous-marins aujourd'hui est similaire à ARPANET, le précurseur d'Internet, dans les années 1970, où seuls quelques privilégiés avaient accès à Internet. AquaApp a le potentiel de changer ce statu quo en démocratisant la technologie sous-marine et en la rendant aussi aussi simple que de télécharger un logiciel sur votre smartphone."

Les données de l'équipe et le code Android open source sont disponibles sur le site Web d'AquaApp. + Explorer plus loin