Uso delle onde sonore nel livello 1

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È possibile, in teoria, utilizzare le onde sonore come mezzo fisico per trasmettere dati su una rete?

In altre parole, potresti implementare il livello 1 del modello di rete OSI usando le onde sonore o sto completamente fraintendendo i concetti di fisica / rete?

layer1  osi 
— driangle
fonte
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Bene, i modem utilizzavano accoppiatori acustici, che utilizzavano onde sonore per trasferire dati.
— Ron Maupin
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Non succede questo ogni volta che pronunci parole?
— user1686
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Bene, puoi usare i piccioni come livello 1, quindi le onde sonore dovrebbero essere totalmente fattibili.
— fioca fiducia persa in SE
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Per inciso, l'hack originale che ha effettuato il jailbreak dell'iPod / iPhone originale stava riproducendo il file eseguibile del sistema operativo come audio attraverso l'auricolare e invertendo la modulazione per capire / indovinare quale fosse la chiave privata per la crittografia dei dati. Il sistema è stato bloccato in modo digitale e qualsiasi tentativo di trasferimento di dati (inclusi file mp3) ha ottenuto solo dati crittografati. Ma il sottosistema audio (in virtù della necessità di interfacciarsi con l'orecchio umano non crittografato) non era crittografato (il bug di poter riprodurre file casuali da allora è stato risolto)
— slebetman
Molte cose possono essere usate per il Livello 1. Hai un motivo per pensare di non poterlo fare?
— Albero

Risposte:

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È molto possibile Anche escludendo i vecchi modem accoppiati acusticamente che alla fine si sono evoluti in una connessione diretta a una linea telefonica, ci sono anche programmi che ti permetteranno di utilizzare una scheda audio come modem (ne ho già usati alcuni per comunicazioni fuori banda durante il debug un driver Ethernet, anche se ho usato il cablaggio audio diretto anziché la segnalazione acustica effettiva) e il concetto generale sta diventando piuttosto popolare con i dispositivi IoT per l'associazione con un'app di controllo su uno smartphone durante l'installazione (anche se questo è più vicino a un approccio con tag RFID ).

Questo approccio presenta tuttavia alcuni aspetti negativi piuttosto significativi:

  • È una larghezza di banda molto bassa secondo gli standard moderni. Anche con le frequenze ultrasoniche, stai ancora osservando non più di qualche centinaio di kilobit al secondo in buone condizioni. Ciò lo rende significativamente meno utile se non per il passaggio di quantità molto ridotte di dati (ad esempio con l'utilizzo dell'IoT di cui sopra, in cui di solito passa solo un indirizzo hardware 802.11 e alcune informazioni di autenticazione in modo da poter stabilire una connessione Wi-Fi Direct) .
  • Al di fuori di situazioni molto limitate, è davvero lento anche a parte la frequenza del segnale. La velocità del suono nell'aria è di circa 340 m / s (dare o prendere alcune dozzine di m / s in base a temperatura, pressione, umidità e qualità dell'aria), che è follemente lenta rispetto ai segnali elettrici o alle onde elettromagnetiche (che si propagano a all'incirca la velocità della luce), il che significa che rispetto al Wi-Fi o Ethernet, la latenza del segnale è piuttosto elevata. Questo non importa molto per le comunicazioni a corto raggio, ma una volta superati alcuni metri, la latenza inizia a diventare evidente (immagina se il collegamento tra il tuo computer e il tuo router avesse un RTT più lungo rispetto all'intero resto della rete percorso a questo sito Web combinato). Anche i migliori conduttori del suono possono ottenere al massimo 35-40 volte la velocità del suono nell'aria, che è ancora follemente lenta.
  • È estremamente sensibile all'ambiente. La rete Ethernet è abbastanza solida da non necessitare nemmeno di schermatura se si dispone di un cablaggio decente. Il Wi-Fi a volte può andare male, ma è ancora in grado di schermare in modo affidabile per specifiche bande di frequenza facilmente, e l'IME è di solito abbastanza facile da trovare e interrompere. Le vibrazioni e il suono sono ovunque però. Ancora una volta, questo è più un problema per le comunicazioni a lungo raggio, ma è ancora più un problema che per il Wi-Fi, in parte a causa del punto successivo.
  • I trasmettitori sonici con un'alta potenza di trasmissione sono piuttosto pericolosi, sia per l'ambiente che per le persone. Per ottenere in modo affidabile qualsiasi tipo di raggio oltre circa alcuni metri prima che il SNR sia così alto da non avere alcun segnale recuperabile, è necessario operare a pressioni sonore abbastanza elevate da causare la perdita permanente dell'udito. Quella tanta energia può anche danneggiare abbastanza facilmente oggetti delicati.
— Austin Hemmelgarn
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"pochi metri" nell'ultimo paragrafo sembra un'esagerazione. Posso parlare con qualcuno a pochi metri di distanza senza dover urlare così forte da danneggiare l'udito.
— user253751
@immibis, parlare con qualcuno a pochi metri di distanza ha una velocità di dati molto bassa e enormi quantità di correzione degli errori.
— Segna il
@ Mark sì, ma non "in modo affidabile ottenere qualsiasi tipo di gamma al di là di un paio di metri prima del SNR diventa così alta che non si è raggiungibili recuperabili" senza "che operano a pressioni sonore sufficientemente elevati da causare la perdita permanente dell'udito".
— user253751
@immibis È praticamente necessario utilizzare le frequenze ultrasoniche per questo tipo di cose per ridurre al minimo le interferenze delle persone che parlano, si muovono e si trovano solo nelle immediate vicinanze. La frequenza influenza il modo in cui il suono si propaga e quelli più alti hanno bisogno di una pressione sonora più elevata alla sorgente per eccitare in modo affidabile un pickup a una determinata distanza. Prova a utilizzare l'associazione acustica su un dispositivo IoT a più di qualche metro di distanza e noterai che non funziona in modo affidabile e che è un utilizzo a bassa larghezza di banda.
— Austin Hemmelgarn,
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Tutto ciò che può trasportare informazioni può essere usato come strato fisico - onde sonore e piccioni .

Alcuni attacchi air gap utilizzano il suono (ultra) per comunicare attraverso il gap aereo.

Tuttavia, poiché le frequenze anche per gli ultrasuoni sono piuttosto basse (alcuni kHz), anche la velocità dei dati sarebbe bassa (alcuni kbit / s). Inoltre, la portata delle onde sonore limita l'uso di una singola stanza.

— Zac67
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A proposito di "camera singola". Non necessariamente vero, perché le onde sonore (come quasi tutte le altre onde in linea di principio) possono essere amplificate - dai un'occhiata a SASER
— Agnius Vasiliauskas,
@AgniusVasiliauskas Sì, certo - ma praticamente la portata è molto limitata così come la larghezza di banda utilizzabile. Puoi fare molto per migliorare la qualità della trasmissione ma, di nuovo, perché non usare RF, rame o fibra?
— Zac67,
Non sto dicendo che noi dobbiamo usare le onde sonore per il trasporto delle informazioni. Naturalmente nulla batterà la velocità della luce nelle radiazioni elettromagnetiche. Tuttavia, potrebbero esserci casi in cui altre opzioni si adattano male, ad esempio in campi EM esterni forti (vento solare, ecc.), In modo che la schermatura possa essere anche poco pratica per il funzionamento della comunicazione EM. Forse in questo scenario potremmo provare a utilizzare il trasporto di informazioni basato sulle onde sonore? (Pensa di avere piccioni in un'isola disabitata, quando una nave attraversa)
— Agnius Vasiliauskas,
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Certamente. Alcune opzioni non discusse in altre risposte, ma più vicino penso al cuore della tua domanda:

  • Un ricevitore microfonico per fucile da caccia e un trasmettitore simile. Usa l'aria come mezzo.
  • Un ricevitore con sensore piezoelettrico e un cicalino simile. Usa una bacchetta di (diciamo) legno, fibra di carbonio o beryllium come mezzo.

In entrambi i casi, un impulso elettrico fornito al trasmettitore produrrà un impulso meccanico attraverso il mezzo per essere rilevato dal ricevitore, dove viene riconvertito in un impulso elettrico.

In entrambi questi esempi, non abbiamo usato l'elettricità per rappresentare il suono, ma abbiamo effettivamente utilizzato onde sonore che viaggiano attraverso media diversi.

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Uno dei primi computer ha usato onde sonore all'interno di un mezzo di mercurio per archiviare i dati, quindi sebbene non fosse un mezzo di rete, era comunque un metodo di conservazione dei dati e lo stesso concetto poteva essere usato per la trasmissione e la rete

— Phi
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L'ho già fatto prima, non perché avesse senso, ma perché ne avevo voglia. La radio Ham ha ogni genere di cose per questo, in particolare AX.25. Tutto ciò che si invia attraverso una radio non digitale è l'audio che viene codificato in onde radio e viceversa dal ricevitore. Prendi la radio dall'equazione e ottieni ciò che stai cercando.

Dai un'occhiata ad AX.25, così come ad altri modem digitali, come MT63 e PSK. fldigi è in grado di molti, anche se è costruito per il testo, quindi dovresti basare64 su qualsiasi dato binario.

— Duncan X Simpson
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AX.25 non sta trasmettendo utilizzando le onde sonore, a meno che non si stia utilizzando l'accoppiamento acustico del segnale da qualche parte. È ancora una trasmissione EM (più correttamente, AX.25 è un protocollo per codificare le informazioni digitali su un segnale analogico, nessun suono necessario o coinvolto).
— Austin Hemmelgarn,
@Austin Hemmelgarn È codificato in modo tale da essere inviato un dispositivo audio. Quindi, sebbene spesso non vengano inviati altoparlanti, ha senso pensarlo come suono.
— Duncan X Simpson,
Ma non è ancora suono fino a quando non viene effettivamente riprodotto attraverso altoparlanti, un elemento piezoelettrico, una bobina di tesla o qualche altro dispositivo che converte il segnale elettronico in vibrazioni nell'aria.
— Austin Hemmelgarn,
@Austin Sì. E questo è possibile. E l'ho fatto. Cosa c'è di sbagliato nella mia risposta?
— Duncan X Simpson,
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AX.25 non è un livello fisico e non sono onde sonore. Il segnale che produce può essere convertito in onde sonore come un livello fisico, ma la tua risposta non è molto chiara.
— Austin Hemmelgarn,
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