Usando ondas de sonido en la capa 1

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¿Es posible, en teoría, utilizar ondas de sonido como medio físico para transmitir datos a través de una red?

En otras palabras, ¿podría implementar la capa 1 del modelo de red OSI utilizando ondas de sonido o estoy entendiendo totalmente mal los conceptos de física / redes?

layer1  osi 
— driangle
fuente
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Bueno, los módems solían usar acopladores acústicos, que usaban ondas de sonido para transferir datos.
— Ron Maupin
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¿No sucede esto cada vez que dices palabras?
— user1686
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Bueno, puedes usar palomas como capa 1, por lo que las ondas de sonido deberían ser totalmente factibles.
— tenue fe perdida en SE
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Por otro lado, el hack original que rompió el iPod / iPhone original estaba reproduciendo el archivo ejecutable del sistema operativo como audio a través del auricular y modulando inversamente para descubrir / adivinar cuál era la clave privada para el cifrado de datos. El sistema se bloqueó digitalmente y cualquier intento de transferir datos (incluidos archivos mp3) solo obtuvo datos cifrados. Pero el subsistema de audio (en virtud de la necesidad de interactuar con el oído humano no encriptado) no estaba encriptado (el error de poder reproducir archivos aleatorios desde entonces se ha solucionado)
— slebetman
Se pueden usar muchas cosas para la Capa 1. ¿Tiene alguna razón para pensar que no podría?
— Mástil el

Respuestas:

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Es muy posible Incluso excluyendo los viejos módems acoplados acústicamente que eventualmente se convirtieron en una conexión directa a una línea telefónica, también hay programas que le permitirán usar una tarjeta de sonido como módem (he usado algunos antes para comunicaciones fuera de banda al depurar) un controlador Ethernet, aunque utilicé el cableado de audio directo en lugar de la señalización acústica real), y el concepto general se está volviendo bastante popular entre los dispositivos IoT para emparejar con una aplicación de control en un teléfono inteligente durante la configuración (aunque esto está más cerca de un enfoque de etiqueta RFID )

Sin embargo, este enfoque tiene varias desventajas bastante significativas:

  • Es muy bajo ancho de banda para los estándares modernos. Incluso con frecuencias ultrasónicas, todavía está viendo no más de unos pocos cientos de kilobits por segundo en buenas condiciones. Esto lo hace significativamente menos que útil, excepto para pasar cantidades muy pequeñas de datos (como con el uso de IoT que mencioné anteriormente, donde generalmente solo pasa una dirección de hardware 802.11 y alguna información de autenticación para que se pueda establecer una conexión Wi-Fi Direct) .
  • Fuera de situaciones muy limitadas, es realmente lento, incluso aparte de la frecuencia de la señal. La velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 340 m / s (más o menos una docena de m / s según la temperatura, la presión, la humedad y la calidad del aire), que es increíblemente lenta en comparación con las señales eléctricas u ondas electromagnéticas (que se propagan a aproximadamente la velocidad de la luz), lo que significa que, en comparación con Wi-Fi o Ethernet, la latencia de la señal es bastante alta. Esto no importa mucho para las comunicaciones de muy corto alcance, pero una vez que pasa unos pocos metros, la latencia comienza a ser notable (imagine que el enlace entre su computadora y su enrutador tuviera un RTT más largo que el resto de la red) camino a este sitio web combinado). Incluso los mejores conductores de sonido solo pueden obtener en el mejor de 35 a 40 veces la velocidad del sonido en el aire, que sigue siendo increíblemente lenta.
  • Es extremadamente sensible al medio ambiente. Ethernet es lo suficientemente sólido como para que ni siquiera necesite blindaje si tiene un cableado decente. El Wi-Fi puede ponerse mal a veces, pero aún así puede al menos detectar de manera confiable bandas de frecuencia específicas fácilmente, y EMI suele ser bastante fácil de encontrar y detener. Sin embargo, las vibraciones y el sonido están en todas partes . Nuevamente, esto es más un problema para las comunicaciones de mayor alcance, pero aún es más un problema que para el Wi-Fi, en parte debido al siguiente punto.
  • Los transmisores sónicos con una alta potencia de transmisión son bastante peligrosos, tanto para el medio ambiente como para las personas. Para obtener de manera confiable cualquier tipo de rango más allá de unos pocos metros antes de que el SNR llegue a ser tan alto que no tenga señal recuperable, debe operar a presiones de sonido lo suficientemente altas como para causar una pérdida auditiva permanente. Esa cantidad de energía también puede dañar fácilmente objetos delicados.
— Austin Hemmelgarn
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"unos pocos metros" en el último párrafo parece una exageración. Puedo hablar con alguien a pocos metros de distancia sin tener que gritar tan fuerte que me dañe el oído.
— user253751
@immibis, hablar con alguien a pocos metros de distancia tiene una velocidad de datos muy baja y enormes cantidades de corrección de errores.
— Mark
@Mark sí, pero " alcanza de manera confiable cualquier tipo de rango más allá de unos pocos metros antes de que el SNR llegue a ser tan alto que no tenga señal recuperable" sin "operar a presiones de sonido lo suficientemente altas como para causar una pérdida auditiva permanente".
— user253751
@immibis Necesitas usar frecuencias ultrasónicas para este tipo de cosas para minimizar la interferencia de personas que hablan, se mueven y solo existen en las cercanías. La frecuencia afecta la forma en que se propaga el sonido, y las más altas necesitan una presión de sonido más alta en la fuente para excitar de manera confiable una recolección a una distancia dada. Intente usar el emparejamiento acústico en un dispositivo IoT a más de unos pocos metros de distancia, y notará que no funciona de manera confiable, y eso es un uso de bajo ancho de banda.
— Austin Hemmelgarn el
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Cualquier cosa que pueda transportar información puede usarse como capa física: ondas de sonido y palomas .

Algunos ataques de espacio de aire usan sonido (ultra) para comunicarse a través del espacio de aire.

Sin embargo, dado que las frecuencias incluso para el ultrasonido son bastante bajas (algunos kHz), la velocidad de datos también sería baja (algunos kbit / s). Además, el alcance de las ondas de sonido limita el uso a una sola habitación.

— Zac67
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Sobre "habitación individual". No necesariamente es cierto, porque las ondas de sonido (como casi cualquier otra onda en principio) pueden amplificarse - eche un vistazo a SASER
— Agnius Vasiliauskas
@AgniusVasiliauskas Sí, por supuesto, pero prácticamente el alcance es muy limitado, al igual que el ancho de banda utilizable. Puede hacer mucho para mejorar la calidad de la transmisión pero, una vez más, ¿por qué no utilizar RF, cobre o fibra en primer lugar?
— Zac67
No estoy diciendo que debemos utilizar ondas sonoras para el transporte de la información. Por supuesto, nada superará la velocidad de la luz en la radiación electromagnética. Sin embargo, puede haber casos en los que otras opciones encajen mal, por ejemplo en campos EM externos fuertes (viento solar, etc.), de modo que el blindaje también puede ser poco práctico para que funcione la comunicación EM. ¿Quizás en este escenario podríamos intentar utilizar el transporte de información basado en ondas sonoras? (Piense en tener palomas en una isla deshabitada, cuando un barco cruza)
— Agnius Vasiliauskas
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Ciertamente. Algunas opciones no se analizan en otras respuestas, pero creo que están más cerca del núcleo de su pregunta:

  • Un receptor de micrófono de escopeta y un transmisor similar. Utiliza aire como medio.
  • Un receptor de sensor piezoeléctrico y un timbre similar. Utiliza una barra de (digamos) madera, fibra de carbono o barra de berilio como medio.

En ambos casos, un impulso eléctrico proporcionado al transmisor producirá un impulso mecánico a través del medio para ser detectado por el receptor, donde se convierte de nuevo en un impulso eléctrico.

En ambos ejemplos, no hemos usado electricidad para representar el sonido, sino que hemos usado ondas de sonido que viajan a través de diferentes medios.

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Una de las primeras computadoras usó ondas de sonido dentro de un medio de mercurio para almacenar datos, por lo que, aunque no era un medio de red, seguía siendo un método de retención de datos y el mismo concepto podría usarse para la transmisión y la conexión en red.

— Fi
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He hecho esto antes, no porque tuviera sentido, sino porque tenía ganas. La radioafición tiene todo tipo de cosas para esto, especialmente AX.25. Todo lo que envíe a través de una radio no digital es el audio que se codifica en ondas de radio y el receptor lo devuelve. Saque la radio de la ecuación y obtendrá lo que está buscando.

Eche un vistazo a AX.25, así como a otros módems digitales, como MT63 y PSK. fldigi es capaz de muchos, aunque está construido para texto, por lo que necesitaría basar 64 datos binarios.

— Duncan X Simpson
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Sin embargo, AX.25 no transmite utilizando ondas de sonido, a menos que esté utilizando el acoplamiento acústico de la señal en algún lugar. Todavía es una transmisión EM (más correctamente, AX.25 es un protocolo para codificar información digital en una señal analógica, no se necesita sonido ni está involucrado).
— Austin Hemmelgarn el
@Austin Hemmelgarn Está codificado de tal manera que se envía un dispositivo de audio. Entonces, aunque a menudo no se envían altavoces, tiene sentido pensar en ello como sonido.
— Duncan X Simpson
Pero todavía no suena hasta que se reproduce a través de altavoces, un elemento piezoeléctrico, una bobina de tesla o algún otro dispositivo que convierte la señal electrónica en vibraciones en el aire.
— Austin Hemmelgarn el
@Austin Sí. Y eso es posible. Y lo he hecho. ¿Qué hay de malo en mi respuesta?
— Duncan X Simpson
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AX.25 no es una capa física, y no son ondas sonoras. La señal que produce puede convertirse en ondas de sonido como una capa física, pero su respuesta realmente no lo deja claro.
— Austin Hemmelgarn el
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