Feasibility study of an onboard free-space optical backbone aimed at in-flight high-speed Internet distribution

The ever-increasing dependency of everyday activities on web connectivity is reflected in a growing people expectation to rely on Internet services, wherever they are. Aircraft make no exception and airlines and avionics manufacturers are at work to provide reliable high-speed connections to passengers on board. At present, IEEE 802.11-based Wi-Fi is the standard protocol which allows all user devices currently available on the market to communicate within a wireless local area network (WLAN) and all commercial-off-the-shelf (COTS) airborne access points are based on this technology. In the following work, with a forward-looking mindset, promising emerging data transmission methods such as free space optics (FSO), visible light communication (VLC) and power line communication (PLC) have been exploited to propose an innovative system architecture to provide connectivity aboard commercial aircraft. A feasibility study has been conducted applying the conceived system topology to a reference case. The fundamental component being an FSO backbone running along the passengers cabin, the aim was to assess its applicability to the harsh aeronautical environment and to propose viable solutions for its implementation. Eventually, a preliminary system sizing has been performed and strengths and weak points have been highlighted when compared to currently adopted solutions.

Al giorno d’oggi, molte attività quotidiane richiedono una connessione alla rete per poter essere svolte al meglio e questo si riflette nella crescente aspettativa delle persone di poter contare su un veloce ed affidabile accesso ad Internet, ovunque si trovino. Anche a bordo degli aerei, le compagnie e le aziende produttrici di componenti avionici lavorano per garantire un esperienza di volo che, sempre di più, includa la possibilità di una stabile e veloce navigazione in rete. Allo stato dell’arte, il protocollo IEEE 802.11 rappresenta lo standard per la connessione wireless da parte dei dispositivi attualmente in commercio e tutte le soluzioni messe a disposizione dall’industria di settore, per l’applicazione a bordo di velivoli commerciali, sono basati su access point Wi-Fi. Nel seguente elaborato, con un’ottica rivolta al futuro, sono state prese in considerazione alcune tecnologie emergenti nel campo della trasmissione dati, come le comunicazioni ottiche in aria libera (free space optics, FSO), le comunicazioni tramite luce visibile (visible light communication, VLC) e le onde convogliate (power line communication, PLC), per metter insieme un sistema innovativo atto a fornire l’accesso ad Internet per i passeggeri a bordo degli aerei. Applicando la topologia ipotizzata ad un caso di riferimento, è stato condotto uno studio di fattibilità con lo scopo di valutarne l’applicabilità in un ambiente come quello aeronautico, notoriamente complesso. Particolare attenzione è stata rivolta alla backbone ottica che costituisce l’elemento principale del sistema e sulla base dei risultati sono state proposte alcune soluzioni per la sua realizzazione. Infine, è stato effettuato un dimensionamento di massima dei componenti e, attaverso una comparazione con le soluzioni attualmente in campo, ne sono stati evidenziati i punti di forza e le criticità.