آینده اینترنت و گذار از امواج الکترومغناطیس به پرتوهای نوری - مجله پیکورو

زومیت نوشت: اینترنت برخلاف تصور رایج، تنها در دسترس نیمی از جمعیت دنیا واقع شده است. اتصالی که امروزه به قابلیتی پیش فرض و عادی در اکثر کشورهای دنیا تبدیل شده است، برای بسیاری در دسترس نیست. در واقع میلیاردها نفر در سرتاسر دنیا هنوز به اینترنت پایه و اتصالی پایدار به جامعه دنیای دسترسی ندارند. وضعیت موجود نشان می دهد که اگر به دنبال برابری دیجیتال در کل دنیا باشیم، ابتدا باید دسترسی جامعه باقی مانده را به اینترنت ممکن کنیم.

علاوه بر کوشش برای اتصال جمعیت باقی مانده از دنیا به اینترنت، پدیده ای به نام اینترنت اشیاء هم تأثیر قابل توجهی در آینده دنیای فناوری دارد. ده ها میلیارد دستگاه هوشمند در صف فراوری قرار دارند و تقریبا همه آن ها با پیش فرض اتصال دائمی به اینترنت طراحی می شوند. در نتیجه برنامه های مذکور و بسیاری برنامه های توسعه ای دنیا امروز، فشار عظیم بر زنجیره تأمین انرژی بیش از همه محتمل به نظر می رسد.

تحقیقات جدید نشان می دهد که استفاده دنیای از اینترنت تا سال 2020، سهمی برابر با 20 درصد از مصرف انرژی را به خود اختصاص خواهد داد. با نگاهی به آمارهای این چنینی به این نتیجه می رسیم که توسعه اینترنت دنیای یا هرگونه زیرساخت فناوری دیگر تنها در صورتی ممکن و مقرون به صرفه خواهد بود که روشی با حداقل مصرف انرژی (یا حتی مصرف انرژی صفر) برای آن تدوین گردد.

فناوری LiFi

هارالد هاس استاد دانشگاه ادینبرا در سال 2011 یک سخنرانی تد انجام داد که توجه مخاطبان را به فناوری جدیدی جلب کرد. او گفت که چراغ های LED بی شمار موجود در دنیا را می توان علاوه بر تأمین نور برای توزیع داده هم به کار گفت. فناوری مورد نظر هاس به نام LiFi شناخته می گردد و علاوه بر زنجیره تأمین بسیار قدرتمند، سرعت قابل توجهی را هم در اختیار مردم قرار می دهد. کارشناسان سرعت انتقال داده با استفاد از LiFi را به یک گیرنده استاندارد قدرت گرفته از سلول خورشیدی، نزدیک به 50 مگابایت بر ثانیه بیان می نمایند.

صحبت های هاس پیشنهادی برای یک اینترنت بی سیم با بازدهی بالاتر، سرعت بیشتر و ارزان تر بود. دنیای فناوری در واکنش به پیشنهاد این استاد دانشگاه به تکاپویی عجیب افتاد و استارتاپ های متنوع برای پیاده سازی فناوری وارد عمل شدند؛ اما آیا برنامه های آن ها با پیروزیت همراه بود؟ ژورنال علمی Binary District برای آنالیز پیشرفت فناوری با یکی از محققان دانشگاه ادینبرا در بخش تحقیق و توسعه R&D به نام محمد سفیان اسلیم مصاحبه کرد که در ادامه به بخش هایی از آن می پردازیم.

LiFi چگونه کار می نماید؟

فناوری WiFi از نگاه علم طیف شناسی الکترومغناطیس در نقطه ای بین موج های رادیویی و مایکروویو عمل می نماید. این محدوده باریک از طیف موج را می توان در میان شبکه های متعدد به اشتراک زمانی گذاشت. LiFi در طیفی دیگر عمل و از طیف نور مرئی برای جابه جایی داده استفاده می نماید. نور مرئی محدوده ای تقریبا 10 هزار برابر طیفی دارد که توسط موج های رادیویی اشغال می گردد. در نتیجه این موج می تواند پهنای باندی 100 برابر بیشتر از WiFi ارائه کند.

در فرایند LiFi، ابتدا داده ها در نور ساطع شده از LED کدگذاری می شوند. کدگذاری یعنی داده ها به تغییر شدت نور در لامپ اصلی تبدیل می شوند که البته از دید انسان مخفی خواهد بود. داده یاد شده تنها توسط گیرنده های مخصوص قابل دریافت و تفسیر خواهد بود. البته هاس و تیم تحت مدیریتش پیروز به توسعه روش هایی برای دریافت داده ها توسط سلول های خورشیدی عادی شده اند.

نور مرئی پهنای باند گسترده تری نسبت به امواج رادیویی دارد

در روش جدید دریافت داده های LiFi، زیرساخت ارسال و دریافت کاملا موجود است. در واقع نیروی محرکه برای توسعه انرژی پایدار در سال های گذشته باعث شد تا چنین فناوری هایی امروز در سرتاسر دنیا به وفور دیده شوند. همان طور که گفته شد اجرای فناوری جدید تقریبا در هر نقطه ای که لامپ LED وجود داشته باشد، ممکن خواهد بود. در نتیجه می توان ادعا کرد که در حال حاضر در نقاط گسترده ای از دنیا، زیرساخت لازم توسعه یافته است.

در تصوری از آینده مجهز به فناوری LiFi، بسیاری از روینمودهای موجود در دنیا تغییر می نمایند. تبلیغات محلی در فروشگاه ها با دقت و قدرت بیشتری پخش می شوند. هر فرد حاضر در یک محیط شهری شلوغ تقریبا همواره به اینترنت فوق سریع دسترسی خواهد داشت. حتی ماشین ها نیز با استفاده از LEDهای جلو و عقب خود قابلیت ارتباط با هم را پیدا می نمایند که منجر به کاهش تصادفات هم می گردد. مکان هایی که توزیع اینترنت WiFi در آن ها سخت بود، با استفاده از فناوری جدید نوری به اینترنت پرسرعت مجهز می شوند. از میان چنین مکان هایی می توان به کابین هواپیما یا مکان های شهری باز اشاره نمود.

مثال های بالا تنها نمونه هایی محدود از قابلیت های اینترنت LiFi بودند. علاوه بر آن ها می توان به قابلیت قطعی و اولیه اینترنت نوری اشاره نمود که به عنوان امکانی مکمل در کنار اینترنت وای فای و داده موجود در دنیا کار می نماید.

توسعه فناوری LiFi

لای فای از سال 2011 و زمانی که هاس آن را معرفی کرد، تغییر و توسعه های متعددی را پشت سر گذاشته است. نیکولا سرافیموفسکی، معاون ارشد استانداردسازی و توسعه کسب وکار در شرکت PureLiFi در سال 2017 ارائه مهمی درباره فناوری اینترنت نوری داشت. در آن ارائه، اولین دانگل کاربردی اینترنت نوری شرکت، معرفی گردید. نیکولا در ارائه خود دانگل شرکتش را اولین قدم در راستا تبدیل کردن LiFi به محصولی عمومی و جامع بیان نمود. در واقع او کاربردی بودن فناوری و همچنین قابلیت جابه جایی اتصال از یک نور به نوری دیگر را در ارائه خود نشان داد.

محمد سفیان اسلیم به عنوان دستیار تحقیقات در کنار هارالد هاس فعالیت می نماید. او در مصاحبه ای پیرامون روند توسعه فناوری و ارتباط آن با فناوری های موجود مانند وای فای صحبت کرد. LiFi در قدم اول احتیاج به اتصالی دائمی و بدون وقفه دارد تا با ظرفیت کامل به فعالیت ادامه دهد. در نتیجه فعالیت هایی همچون جابه جایی یک دستگاه حتما منجر به قطع شدن اتصال می گردد. در چنین شرایطی چگونه می توان به لای فای در شرایط سخت عملکردی اطمینان کرد؟ محمد در مصاحبه پیرامون کاربرد روزمره فناوری مذکور می گوید: گوشی های هوشمند کنونی ما مجهز به حسگرهای دریافت نماینده نور همچون حسگرهای مجاورت و دوربین هستند. ما پیش بینی می کنیم که در آینده حسگرهای تشخیص نور پرسرعت به بازار خواهند آمد که LiFi را به راحتی در دستگاه ها فعال می نمایند.

تحقیقات متعددی پیرامون تأثیر حرکت کاربر و حفظ اتصال در دستگاه های در حال حرکت منتشر شده است که راهکارهایی همچون جابه جایی اتصال به نقطه اتصال دیگر را پیشنهاد می دهند. از تحقیقات مذکور می توان نتیجه گرفت که جهت دستگاه موبایل و جابه جایی کاربر احتمالا تأثیری منفی روی کارایی LiFi خواهد داشت. به هر حال پیش بینی می گردد که با استفاده از مجموعه ای از گیرنده ها می توان کیفیت سرویس را افزایش داد و همچنین مانع از قطعی های مکرر به خاطر حرکت یا مسدود شدن راستا شد. در واقع اکنون هم محصولاتی تجاری در حوزه LiFi وجود دارند که از جابه جایی دستگاه پشتیبانی می نمایند.

علاوه بر شرحات بالا، جابه جایی کاربر را می توان با مواردی همچون جابه جایی اتصال از LiFi به اتصال های دیگر همچون WiFi جبران کرد. به عنوان مثال وقتی کاربر پس از جابه جایی به محیطی وارد گردد که فناوری اتصال نوری در آن پشتیبانی نمی گردد، از اینترنت وای فای یا داده موبایل استفاده خواهد نمود.

با نگاهی به شرحات محمد این سؤال ایجاد می گردد که برای رسیدن به راهکاری کاربردی از جنس LiFi چه مقدار دیگر زمان احتیاج داریم؟ ارائه نیکولا و نمایش محصول شرکتش نشان داد که به فناوری کاربردی نزدیک شده ایم. البته تبلتی که او در ارائه خود استفاده کرد، مجهز به قطعاتی اضافه بود که در دستگاه های مرسوم امروزی نمی بینیم. محمد در شرح این رخداد می گوید که دستیابی به فناوری کاربردی آن چنان دور نیست و تنها به استانداردسازی و ادغام بهینه فناوری ها احتیاج دارد.

محمد درباره احتیاجهای فرایند استانداردسازی می گوید: اخیرا در بحث تحقیقات و فعالیت های تجاری مرتبط با LiFi شاهد افزایش فعالیت بوده ایم. گروهی مخصوص برای تدوین پیش نویس استاندارد LiFi تشکیل شد که به عنوان زیرمجموعه ای از گروه IEEE 802.11 مبتنی بر LiFi فعالیت کردند. استاندارد جدید فعلا ارجاع IEEE 802.11bb را دریافت نموده است. مشکل ادغام و هماهنگی هم به وضعیت فراورینماینده های دستگاه های مخصوص مصرف نماینده بستگی دارد. درواقع سرعت آن ها در به کارگیری LiFi به عنوان یک فناوری ارتباطی، سرعت پیاده سازی فناوری را معین می نماید.

فناوری LiFi در خدمت اینترنت اشیاء

سلول های خورشیدی که برای دریافت داده های LiFi استفاده می شوند، توانایی انجام وظایف اصلی خود یعنی جذب انرژی را هم خواهند داشت. در واقع نوری که برای ارسال داده استفاده می گردد هم توسط سلول ها جذب خواهد شد و در نتیجه فرایند را از لحاظ انرژی کاملا مقرون به صرفه می نماید. در واقع اگر سلول های خورشیدی به المانی الزامی در زیرساخت اینترنت تبدیل شوند، شاهد افزایش شدید تعداد آن ها خواهیم بود. روندی که نه تنها به توسعه اینترنت سریع، بلکه به افزایش استفاده از انرژی های تجدیدپذیر هم منجر خواهد شد.

ترکیب LiFi و اینترنت اشیاء آینده فناوری را شکل می دهد

یکی از نقاط مزیت مهم LiFi، کاهش انرژی مورد احتیاج برای کاربردهای مرتبط با داده خواهد بود. LiFi توانایی تأمین اتصال همه انواع دستگاه های حاضر در اکوسیستم اینترنت اشیاء را دارد. البته وای فای نیز چنین توانایی را دارد، اما احتیاجهای پهنای باند و هزینه های مرتبط انرژی در آن، بسیار بیشتر خواهد بود. طبق صحبت های محمد درباره ظرفیت های LiFi، فناوری نوری توانایی اتصال با حسگرهای اینترنت اشیاء را دارد تا در کنار قابلیت های متعدد، انواع کنترل را نیز به کاربر ارائه کند. او در ادامه می گوید:LiFi را می توان یک فناوری کاربردی برای سیستم های IoT دانست. زیرساخت موجود نوری را می توان به عنوان نقاط اتصال ارتباطی مورد استفاده قرار داد. در نهایت LiFi می تواند پلی بین ارتباطات و صنعت نورپردازی باشد و به ظهور پدیده ای به نام نور به عنوان سرویس (LaaS) یاری کند. حضور دائمی منابع نوری امکان ایجاد شبکه ای مملو از نقاط اتصال را ایجاد می نماید. در نتیجه تعداد کاربران و مکان های متصل به اینترنت نیز بیشتر می گردد که در نهایت کاربردهای متنوعی را ایجاد خواهد نمود.

به عنوان مثال می توان از چراغ های وضعیت دستگاه های IoT برای انتقال داده استفاده کرد و حسگرهای نوری نیز به مرور با دستگاه ها ادغام شوند. از میان کاربردهای جذاب می توان به استفاده از سلول های فتوولتاییک اشاره نمود تا به عنوان دریافت نماینده در دستگاه های متصل به اینترنت به کار گرفته شوند. چنین رویکردی منجر به ایجاد یک اتصال LiFi بدون احتیاج به انرژی اضافه می گردد که در دستگاه های IoT به کار گرفته خواهد شد.

LiFi برای جایگزینی WiFi توسعه می یابد؟

قطعا سؤال بالا پاسخ منفی دارد. در واقع رویکرد صحیح درباره LiFi آن را به عنوان یک لایه اتصالی دیگر در کنار WiFi و اینترنت داده معرفی می نماید. در حالت ایده آل وقتی کاربر مثلا در خیابان حرکت می نماید، اتصال LiFi به صورت گسترده در اختیار او خواهد بود. اتصالی که به لطف حضور منابع بی شمار نوری همچون چراغ های ترافیکی یا ابزارهای دیگر فراهم می گردد. در چنین حالتی وقتی گوشی هوشمند را درون جیب خود قرار می دهید یا به منطقه تاریک وارد می شوید، قطع ارتباط ناگذیر خواهد بود.

در زمان قطع شدن از اینترنت LiFi به خاطر عدم حضور منبع نوری، اتصال وای فای یا داده به یاری کاربر می آید. اکنون نیز وای فای و اینترنت داده به نوعی مکمل هم هستند و در زمان عدم حضور یکی، دیگری ارتباط اینترنتی را فراهم می نماید. در نهایت LiFi هم با چنین رویکردی به اتصالات قدیمی اضافه می گردد. محمد در ادامه مصاحبه می گوید: LiFi با هدف جایگزینی WiFi توسعه نمی یابد. این یک برداشت عمومی غلط است. ما پیش بینی می کنیم که LiFi به عنوان یک فناوری یاریی با قابلیت هماهنگی و همکاری با WiFi و ارتباطاتی همچون 5Gوارد عمل خواهد شد. در چنین رویکردی LiFi می تواند قابلیت های اضافه ای همچون اتصال سریع تر و امنیت بیشتر در سطح فیزیکی را به کاربر ارائه کند. اتصال نوری بی سیم از یک نقطه اتصال LiFi هیچ گاه قابل ردگیری یا نفوذ توسط عامل خارجی نخواهد بود. به علاوه اینترنت نوری در مکان هایی همچون بیمارستان ها یا مراکز دیگر کاربرد بیشتری خواهد داشت که اتصال WiFi در آن ها محدودیت دارد.

شرحات محمد به مزیت مهم دیگری برای اینترنت نوری اشاره می نماید. سرعت اتصال که قبلا در موارد متعدد بیان شده بود؛ اما LiFi در کنار آن امنیت ذاتی را هم به کاربر ارائه می نماید. نور مرئی برخلاف وای فای یا دیگر امواج رادیویی از دیوار عبور نمی نماید. در نتیجه می توان نور را با روش هایی همچون بستن منافذ در محیطی معین حبس کرد. چنین رویکردی امکان هک ارتباط از بیرون را غیر ممکن می نماید.

شرحات بالا نشان داد که دلایل مناسبی برای پذیرفتن LiFi به عنوان فناوری کاربردی وجود دارد. البته قطعا به کارگیری فناوری جدید به زمان بیشتری احتیاج خواهد داشت. به عنوان مثال، هنوز هیچ دستگاه مخصوص مصرف نماینده کاربردی با قابلیت دریافت سیگنال های LiFi در بازارها وجود ندارد. وقتی فناوری به اندازه کافی توسعه پیدا کند و عموم جامعه هم به آن علاقه مند شوند، قطعا سرمایه گذاری های بزرگی از سوی غول های فناوری در آن رخ خواهد داد.

زیرساخت کنونی لامپ های LED در دنیا نشان می دهد که LiFi را می توان به مناطقی گسترش داد که اکنون از اتصال WiFi بی بهره مانده اند. به علاوه اینترنت اشیاء نیز امکاناتی بسیار بیشتر از اتصالات موبایل را به کاربران ارائه می نماید.

2121