在第1层中使用声波


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从理论上讲,可以使用声波作为物理介质通过网络传输数据吗?

换句话说,您是否可以使用声波实现OSI网络模型的第1层,或者我完全误解了物理/网络概念?


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嗯,调制解调器曾经使用声耦合器,后者使用声波来传输数据。
罗恩·莫平

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每次您说单词时都会发生这种情况吗?
user1686 '19

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好了,您可以将鸽子用作第1层,因此声波应该是完全可行的。
黯淡了对SE

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顺便说一句,越狱原始iPod / iPhone的原始黑客正在通过耳机播放OS可执行文件作为音频,并对其进行反向调制以弄清楚/猜出数据加密的私钥是什么。该系统已被数字锁定,任何试图传输数据(包括mp3文件)的尝试都只能得到加密数据。但是音频子系统(由于需要连接到未加密的人耳接口)未加密(此后已经能够播放随机文件的错误已得到修复)
slebetman

第1层可以使用很多东西。您有理由认为自己做不到吗?
桅杆

Answers:


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这很有可能。即使不包括最终演变成直接连接到电话线的旧的声学耦合调制解调器,也有一些程序可以让您将声卡用作调制解调器(调试时,我以前曾使用过一些带外通信功能)以太网驱动程序,尽管我使用直接音频布线而不是实际的声音信号),并且一般概念在物联网设备中非常流行,可在设置过程中与智能手机上的控制应用程序配对(尽管这更接近于RFID标签方法) )。

但是,这种方法有很多明显的缺点:

  • 按照现代标准,这是非常低的带宽。即使使用超声波频率,在良好的条件下,您仍然可以看到每秒不超过几百个千比特的速度。除了传递非常少量的数据(例如上面提到的IoT使用情况,它通常仅传递802.11硬件地址和一些身份验证信息,以便可以建立Wi-Fi Direct连接)之外,这使其远远没有用处。 。
  • 在非常有限的情况下,除了信号频率之外,它的速度确实很慢。空气中的声音速度约为340 m / s(根据温度,压力,湿度和空气质量,给出或取几十m / s),与电信号或电磁波(以大约是光速),这意味着与Wi-Fi或以太网相比,信号延迟非常高。对于非常短距离的通信而言,这无关紧要,但是一旦超过几米,延迟就会开始变得明显(想象一下,如果您的计算机和路由器之间的链路的RTT比整个网络的其余部分更长)此网站的路径总和)。即使是最好的声音导体,最多也只能达到空气中声速的35-40倍,而这仍然是疯狂的缓慢。
  • 它对环境极为敏感。以太网足够坚固,如果您拥有良好的电缆连接,甚至不需要屏蔽。Wi-Fi有时可能会变坏,但是至少仍然能够轻松可靠地筛选特定频段,并且EMI通常非常容易找到和停止。振动和声音无处不在。同样,对于远程通信来说,这更是一个问题,但与Wi-Fi相比,这仍然是一个更大的问题,部分原因在于下一点。
  • 具有高发射功率的声波发射器对环境和人员都非常危险。为了在SNR变高到没有可恢复信号之前可靠地获得超过几米的任何范围,您需要在足够高的声压下工作以导致永久性听力损失。这么多的能量也很容易损坏精致的物体。

最后一段中的“几米”似乎有点夸张。我可以和几米外的人说话,而不必大声喊叫,以免损害自己的听力。
user253751 '19

@immibis与几米外的人通话具有非常低的数据速率和大量的错误纠正。
马克

@Mark是的,但它确实 “在SNR变高到您没有可恢复的信号之前,可靠地获得了超过几米的任何范围”,而没有“在足够高的声压下造成永久性听力损失”。
user253751 '19

@immibis您几乎需要对此​​类事物使用超声波频率,以最大程度地减少附近谈话,移动和刚出现的人们的干扰。频率会影响声音的传播方式,较高的声音会在声源处需要较高的声压,以在给定距离可靠地激发拾音器。尝试在距离几米远的IoT设备上使用声学配对,您会发现它无法可靠工作,并且带宽使用率较低
奥斯汀·海默加恩


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任何可以传输信息的东西都可以用作物理层,如声波和鸽子

一些气隙攻击使用(超)声音在气隙之间进行通信。

但是,由于即使是超声波的频率也很低(约kHz),因此数据速率也很低(约kbit / s)。而且,声波的传播范围限制了单个房间的使用。


关于“单人间”。不一定正确,因为声波(原则上几乎像其他任何波一样
Agnius Vasiliauskas,

@AgniusVasiliauskas是的,当然可以,但是实际上可用的带宽非常有限。您可以做很多事情来改善传输质量,但又为什么不首先使用射频,铜缆或光纤呢?
Zac67

我并不是说我们必须使用声波来进行信息传输。当然,没有任何东西会在电磁辐射中击败光速。但是,在某些情况下,其他选项可能不合适,例如在强外部EM场(太阳风等)中,因此屏蔽对于EM通信也可能是不切实际的。也许在这种情况下,我们可以尝试使用基于声波的信息传输?(想想当有人穿过船时,在一个无人居住的岛上放鸽子)
Agnius Vasiliauskas


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当然。一些选项未在其他答案中讨论,但我认为更接近您问题的核心:

  • shot弹枪麦克风接收器和类似的发射器。以空气为媒介。
  • 压电传感器接收器和类似的蜂鸣器。使用(例如)木棒,碳纤维棒或铍棒作为介质。

在这两种情况下,提供给发射器的电脉冲都会通过要由接收器检测到的介质产生机械脉冲,然后将其转换回电脉冲。

在这两个示例中,我们都没有使用任何电能来表示声音,而是实际使用了通过不同媒体传播的声波。


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首批计算机之一使用汞介质中的声波来存储数据,因此尽管它不是网络介质,但仍是一种数据保留方法,并且可以将相同的概念用于传输和网络


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我以前这样做过,不是因为这样做有意义,而是因为我喜欢它。Ham无线电为此具有各种功能,尤其是AX.25。您通过非数字无线电发送的任何内容都是将音频编码为无线电波,然后由接收器返回。将收音机从方程式中剔除,您就会找到想要的东西。

看一下AX.25以及其他数字调制解调器,例如MT63和PSK。尽管fldigi是为文本构建的,但它具有多种功能,因此您需要对任何二进制数据进行base64处理。


除非您在某处使用信号的声耦合,否则AX.25不会使用声波进行传输。它仍然是一种EM传输(更正确地说,AX.25是用于在模拟信号上编码数字信息的协议,不需要或不需要声音)。
奥斯汀·海默加恩

@Austin Hemmelgarn以一种可以发送到音频设备的方式进行编码。因此,尽管通常不会让扬声器发出声音,但将其视为声音是有道理的。
邓肯X辛普森

但是,直到通过扬声器,压电元件,特斯拉线圈或其他将电子信号转换为空气振动的其他设备进行实际演奏后,它才能发出声音。
奥斯汀·海默加恩

@奥斯汀是的。那是可能的。我已经做到了。我的答案怎么了?
邓肯X辛普森

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AX.25不是物理层,也不是声波。它产生的信号可以转换为物理层的声波,但是您的答案并不清楚。
奥斯汀·海默加恩

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