بهينه ساز فناوري اطلاعات و ارتباطات دكتر امين گلستاني
نسل بعدی فناوری ارتباطات بی‌سیم، از طریق تابش نور است. در این تکنولوژی، داده‌ها روی امواج نور قرار می‌گیرند و با امواج نورانی منتقل می‌شوند.
سرعت انتقال داده در شبکه نوری بسیار بالا بوده و مقدار مصرف انرژی در آن بسیار پایین است، همچنین این شبکه از امنیت بالایی برخوردار است و امکان تداخل الکترومغناطیسی در آن وجود ندارد.
به نظر می رسد «لای فای» (LiFi) یکی از بهترین گزینه ها برای جایگزینی وای فای باشد. لای فای ( کوتاه شده ی اصطلاح Light Fidelity است)، برای انتقال اطلاعات به صورت بی سیم، از نور به جای امواج رادیویی استفاده می کند. سخت افزار موردنیاز این فناوری هم، نیمه رساناهایی هستند که برای تولید لامپ های ال ای دی معمولی کاربرد دارند. ممکن است کمی عجیبب به نظر رسد،اما با بهره گیری و تشخیص تغییرات در میزان روشنایی (مثلا با روشن و خاموش شدن های لامپ های ال ای دی با سرعت بسیار بالا و به صورت برنامه ریزی شده)، می توان اطلاعاِت دودویی تولید و سپس این اطلاعات را از طریق دستگاهی مجهز به گیرنده ی مناسب دریافت کرد. نتیجه این که با استفاده از این روش، می توان لپ تاپ ها، تبلت ها و گوشی های هوشمند را به اینترنت متصل کرد. برخی آزمایش ها نشان می دهد سرعت انتقال اطلاعاتی که این فناوری در اختیار ما می گذارد، می تواند به چیزی حدود ۱۰ گیگابایت برسد ۲۵۰ بار بیشتر از پنهای باند معمولی ما است. لای‌فای، جدیدترین فناوری انتقال بی‌سیم اطلاعات سرعت بالا با استفاده از ارتباطات نور مرئی(VLC) است. بدین طریق دانشمندان توانسته‌اند در سال جاری موفق به ارسال اطلاعات در محیط آزمایشگاه با سرعت‌های بالاتر از ۲۲۴ گیگابیت برثانیه (معادل دانلود ۱۸ تا فیلم ۱٫۵GB در هر ثانیه) شوند. مخترع این فناوری در سال ۲۰۱۱، «هاروارد‌هاس» از دانشگاه ادینبورگ بود.
«لای‌فای» (Li-Fi) اصطلاحی اختصاری برای عبارت «Light Fidelity» است که از امواج نوری (در محدوده ۴۰۰ الی ۸۰۰ تراهرتز) برای انتقال اطلاعات از نقطه‌ای به نقطه دیگر بهره می‌گیرد. هر منبع نوری، می‌تواند اطلاعات باینری(دودویی) را به صورت رشته‌ای از «خاموش»ها و «روشن»ها منتقل نماید، اما LEDها سرعت بالایی در تبدیل وضعیت از حالت روشن به خاموش و بالعکس داشته و در نتیجه می‌توانند سرعت زیادی برای انتقال اطلاعات در اختیارمان بگذارند.
در مقایسه با فناوری «وای‌فای» که برای انتقال اطلاعات از امواج رادیویی بهره می‌گیرد، در عمل سرعت انتقال اطلاعات در فناوری «لای‌فای» می‌تواند به حدود ۱۰ گیگا بیت بر ثانیه برسد که ۲۵۰ برابر بیشتر از میانگین سرعت پهنای باند معمولی (بعبارتی هزار بارسریعتر از سرعت متوسط وای‌فای) است. شبکه وای‌فای پهنای باند محدودی داشته و اگر چند دستگاه همزمان به این شبکه وصل باشد، امکان بالایی در بروز مشکلات از قبیل افت سرعت پیش‌بینی می‌شود. وای‌فای در برابر نفوذ هکرها نیز آسیب‌پذیر است؛ به ویژه اگر امواج شبکه‌ای وای‌فای فراتر از محدوده خانه و یا دفتر کارتان برود و افراد بیگانه بتوانند به این امواج دسترسی یابند. با افزایش تعداد دستگاه‌های متصل به شبکه وای‌فای، امکان تداخل امواج بیشتر و بیشتر می‌شود.
سخت‌افزار مورد نیاز برای فناوری لای‌فای هم، نیمه رساناهایی هستند که در تولید لامپ‌های LED معمولی کاربرد دارند. با بهره‌گیری و تشخیص تغییرات در میزان روشنایی (مثلا” با روشن و خاموش شدن‌های لامپ‌های LED با سرعت بسیار بالا و برنامه ریزی شده) می‌توان اطلاعات دودویی تولید و سپس این اطلاعات را از طریق دستگاهی مجهز به گیرنده مناسب دریافت نمود. لذا با استفاده از این روش می‌توان لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها و گوشی‌های هوشمند را به اینترنت وصل کرد.
روش انتقال اطلاعات از طریق نور سریع و آسان است، زیرا نور سریع‌ترین حامل انتقال دادهاست.
در این شبکه، نور در جهات مختلف پخش می‌شود و دستگاه دریافت کننده، امواج نور را گرفته و آنها را تبدیل به داده‌هایی می‌کند که قابل استفاده در کامپیوتر و قابل دیدن در صفحه مونیتور باشد.
پیش از این نیز از امواج نور برای انتقال اطلاعات استفاده شده بود ولی آنچه در این پروژه اهمیت دارد تبدیل نور به زبان رايج داده‌هاست.
در این تکنولوژی از لامپ‌هایLight Emitting Diodes (LED) استفاده می‌شود زیرا اینگونه لامپ‌ها نور را در جهات مختلف پخش کرده و به همین دلیل شبکه گسترده‌ای از ارتباطات مبتنی بر نور را امکان‌پذیر می‌کنند.
هنگامی که یک دستگاه بی‌سیم بسیار کوچک در لامپ LED قرار گیرد در محدود روشنایی این لامپ اطلاعات بسادگی ارسال و دریافت می‌شود.
هم اکنون سرعت تبادل داده‌ها از ۱ تا ۱۰ مگابایت در ثانیه محاسبه شده است.
پيش‌بينی مي‌شود که در آزمایشگاه‌های پیشرفته، میزان سرعت انتقال داده‌ها از طریق امواج نور افزايش یابد و به ۸٠٠ مگابايت در ثانيه یا حتی به يک گيگابايت در ثانيه هم برسد.
یکی از کلیدی ترین مولفه های این فناوری، این است که نیاز به زیرساخت خاصی ندارد و در واقع، چیزی است که به زیرساخت های موجود اضافه می شود. برای استفاده از لای فای، شرایط کارکرد لامپ های ال ای دی -به دلیل سرعت بالای خاموش و روشن شدن هایشان، دائما روشن به نظر می رسند- عوض نمی شود. به عبارت دیگر، کاربران متوجه هیچ تغییری در وضعیت نوردهی لامپ ها نخواهند شد، جز این که برای دسترسی به اتصالا ینترنت، لامپ ها باید همیشه روشن بمانند. البته می توان نور لامپ ها را به قدری کم کرد که برای چشم انسان تشخیص پذیر نباشد و اتصال هم چنان برقرار بماند. به نظر می رسد این فناوری راه حلی تمیز تر باشد و شرکت های فعال در حوزه ی روشنایی نیز، علاقه ی زیادی برای ورود این فناوری به حوزه ی کسب و کار خود نشان دهند. از سوی دیگر، چشم انداز آینده ی این فناوری هیجان انگیز به نظر می رسد. با تولید نیمه رساناهایی که بتوانند با سرعت بیشتری کار کنند، سرعت انتقال اطلاعات در فناوری لای فای هم افزایش می یابد. به عبارت دیگر، لای فای این ظرفیت را دارد که به یکی از سریع ترین روش های انتقال اطلاعات تبدیل شود.
هر شعاع LED برای دسترسی به یک نقطه از شبکه تعبیه می‌شود. چنین شبکه‌ای دارای پتانسیل بالایی است که پهنای باند بیشتری را نسبت به تکنولوژی RF به کاربران ارائه دهد.
نقل و انتقال داده از طریق نور مرئی شامل فوتون‌های نورانی است که چشم انسان می‌تواند آنها را ببیند.
در این شبکه لامپ‌هایی از نوع LED بکار می‌رود که بجای رشته‌ها و گازهای داغ که در لامپ‌های ساده موجود است، از دیودهای پخش کننده نور یا نور جامد استفاده شده است، با این تفاوت که روشنایی LED حالت جامد به سرعت به حالت اعتدال می‌رسد و خارج می‌شود، ولی چشم انسان نمی‌تواند این تغییر حالت را ببیند، داده‌ها روی سیگنال‌های به حالت تعادل رسیده سوار شده و انتقال می‌یابد در این شرایط چشم انسان تنها از روشنایی محیط استفاده می‌کند و متوجه انتقال داده‌ها نمی‌شود.
لامپ‌های LED از نوع دیود پخش کننده نور با اندازه استاندارد و نور ثابت، کد‌های باینری را منتقل می‌کنند این نقل و انتقال از طریق مودم مخصوصی که نسبت به امواج نورانی واکنش نشان می‌دهد انجام می‌گیرد.
کلید استفاده از این تکنولوژی در خاموش و روشن کردن چراغ‌های LED است.
نور کم، که اصطلاحا به آن سوسو می‌گویند هم قادر به انتقال داده‌هاست و لازم نیست که نور اتاق حتما زیاد باشد
این تکنولوژی محدود به داخل اتاق یا محیط‌های بسته نیست بلکه در فضا‌های باز هم قابل استفاده می‌باشد بعنوان نمونه در کارخانه اتومبیل‌سازی این تکنولوژی آزمایش شده است.
تصور کنید با روشن کردن کلید برق اتاقتان کامپیوتر، آی‌فون، تلویزیون، رادیو و ترموستات‌های گوناگونی که در طول روز استفاده می‌کنید بخوبی کار کنند. پروفسور Thomas Little بیان می‌کند که شبکه ارتباطی مبتنی بر LED که نور و روشنایی هم تولید می‌کند انرژی بسیار کمی مصرف کرده و نیز از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار است، این در شرایطی است که تداخل الکترومغناطیسی در این سیستم وجود ندارد، بعبارتی در این سیستم تنها لامپ LED است که عمل روشنایی و مبادله اطلاعات را انجام می‌دهد.
پژوهشگران در این پروژه در صدد هستند که قابلیتی ایجاد کنند تا داده‌ها از طریق لامپ‌هایLED یا دیودهای ساطع نور ضعیف هم منتقل شوند، زیرا سوسو زدن یا کم زیاد شدن نور چراغ‌های سقف اتاق‌ها آنقدر سریع اتفاق می‌افتد که چشم انسان قادر به درک آن نیست در این شرایط امکان انتقال کدها با سرعتی بالا از طریق حسگرهای نوری به کامپیوتر وجود دارد.
روش انتقال اطلاعات از طریق نور هوشمند به مراتب سریع‌تر ودارای امنیت بیشتری نسبت به تکنولوژی ارتباطات شبکه در حال حاضر می‌باشد.
به گفته پروفسور Thomas Littleاین تکنولوژی فرصتی استثنایی را فراهم می‌کند تا با استفاده از انرژی نهفته در امواج نورانی نسل جدیدی در ارتباطات بی‌سیم که از امنیت بالایی نیز برخوردار است فراهم شود.
او بیان کرد که در سال آینده همزمان با خاموش و روشن کردن نوعی از لامپ‌های LEDمی توانیم ارتباطات سریع‌تر و امن‌تری داشته باشیم که هزینه کمتری نسبت نمونه‌های فعلی دارد و بطور حتم باعث ایجاد تحولاتی گسترده و امکان بروز دستاوردهای غیرمنتظره خواهد شد.
او پیش‌بینی کرده است که ارتباطات شبکه نوری بی‌سیم تنها با استفاده از نور سفید لامپ LED در یک اتاق انجام می‌شود و نحوه عملکرد آن شبیه به دستگاه کنترل تلویزیون یا دستگاه برقرار کننده ارتباط با اینترنت، ارتباطات تلفنی، امواج رادیویی و تلویزیونی و ترموستات‌های کنترل درجه حرارات محیط می باشد.
تحقیقات در رابطه اینترنت نوری از سال ۲۰۰۸ میلادی درکالج مهندسی دانشگاه بوستون شروع شد.
بدلیل حساسیت و اهمیت این موضوع تاکنون سرمایه‌گذاری‌های زیادی در این رابطه صورت گرفته است، بعنوان نمونه این پروژه تحت حمایت مالی بنیاد ملی علوم می‌باشد و محققان در تلاشند تا هر چه زودتر نسل بعدی تکنولوژی ارتباطات بی‌سیم که مبتنی برنور مرئی است را جایگزین ارتباطات با امواج رادیویی فعلی نمایند.
هم اکنون این پروژه در مرکز تحقیقات مهندسی روشنایی هوشمند در دانشگاه بوستون درحال انجام است. اینترنت نوری با سرمایه‌گذاری اولیه ۵/۱۸میلیون دلار و با همکاری مؤسسه پلی‌تکنیک Rensselaer و دانشگاه نیومکزیکو آغاز بکار کرد.
هدف از این پروژه، جایگزینی نورLED با شبکه بی‌سیم فعلی اعلام شده، این جایگزینی نوآورانه ممکن است در دستگاه‌های نورپردازی امروزی، تحولی اساسی ایجاد کند.
در مراکز تحقیقاتی دانشگاه بوستون، اپلیکشن‌هایی با تکنولوژی نور خالص، که ستون فقرات شبکه‌های نوری است طراحی و پیاده‌سازی می‌شود. بودجه این پروژه در دانشگاه بوستون بطور تقریبی ۱میلیون دلار در سال تخمین زده شده و بازه زمانی آن را ۱۰سال پیش‌بینی کرده‌اند.
این پروژه از نظر سرمایه‌گذاری‌های صنعتی و کار آفرینی بسیار مهم ارزیابی شده است.
مصرف انرژی در تکنولوژی LED به مراتب کمتر از تکنولوژی بی‌سیم RFاست، بنابراین فرصت‌های تازه‌ای در جهت ایجاد شبکه‌های ارتباطی بوجود می‌آورد بدون اینکه هزینه زیادی از لحاظ مصرف انرژی داشته باشد و نیز باعث کاهش کربن منتشر شده در طول زمان می‌شود که از جهت زیست محیطی بسیار حائز اهمیت است.
این تکنولوژی باعث می‌شود تا دسترسی به اینترنت بی‌سیم در همه مکان‌ها یا محیط‌ها امکان‌پذیر شود بویژه در مناطقی که امکان اتصال به اينترنت در آنها وجود ندارد یا به سختی امکان‌پذیر است.
طبق گزارشات اعلام شده در چندین مرکز با نصب لامپ‌های سقفی در اتاق‌ها و تجهیز کامپیوتر‌ها به حسگرهای ویژه، داده‌ها از طریق امواج نورانی با موفقیت منتقل شده است.
InderMonga مدیر بخش تحقیقات شبکه‌های پیشرفته در نورتل(Nortel) می‌گوید ایده نوآورانه شبکه هوشمند روشنایی، ERC ظرفیت بسیار بالایی در جهت تحولات گسترده در زمینه‌های گوناگون را دارد.
او معتقد است که با این تکنولوژی نوین فرصت‌های بالقوه‌ای بوجود می‌آید و در آینده، کاربران هم از کیفیت بالا و هزینه پایین انرژی و هم از دسترسی آسان و امنیت اطلاعات در این شبکه رضایت کامل خواهند داشت.
از آنجا که نور سفید در سطوح تیره مانند دیوار نفوذ نمی‌کند، بنابراین سطح بالایی از امنیت در این روش وجود دارد مانند استراق سمع که از پشت دیوار امکان‌پذیر نیست.
طبق بررسی‌های بعمل آمده با استفاده از این روش ۳۰ تا ۸۰ در صد در مصرف انرژی، صرفه‌جویی می‌شود. در این تکنولوژی هوشمند، هنگامی که افراد مشغول بکار هستند محیط پیرامون آنها روشن شده و هنگامی که افراد حاضر در محیط مشغولیتی ندارند روشنایی بطور خودکار کم می‌شود.
این تکنولوژی بمنظور ایمنی در خودروهای آینده بکار مي‌رود. امروزه چراغ‌های ترمز اتومبیل‌ها از LED ساخته می‌شود با بکار بردن حسگرهایی که به نور این چراغ‌ها واکنش نشان می‌دهند راننده از ترمز اتومبیل جلویی آگاه شده یا بطور اتوماتیک سرعت خودرو کم می‌شود.
سیستم Light Visually X-Transceiving (LVX) سیستمی است که با نصب آن، داده‌ها از طریق امواج نوری منتقل می‌شوند؛ این سیستم با روش‌هایی خاص امواج رادیویی را متراکم می‌کند تا تداخلی در کار این سیستم ایجاد نشود.
امروزه ارتباطات از طریق امواج رادیویی با تجهیزات الکترونیکی مرتبط با آن برقرار می‌شود، شبکه ۳G، WiFi و بلوتوث با امواج رادیویی مغناطیسی کار می‌کنند.
سیستم LVX از طریق نور مرئی و با امنیت بالا، داده‌ها را مبادله می‌کند. این سرویس جایگزین سیستم بی‌سیمRF خواهد شد. این سیستم امکان استفاده چندین کاربر را از شبکه می‌دهد بدون اینکه اثر اخلال کننده‌ای روی سیگنال‌های RF داشته باشد.
امروزه ۵۵ شرکت در سراسر دنیا از این سیستم استفاده می‌کنند. با پیاده‌سازی سرویسLVX در مراکز دولتی، مدارس و مراکز خصوصی و… انواع خدمات به کاربران از طریق سیستم ارتباط نوری ارائه خواهد شد.این سیستم دسترسی آسان و راحتی را به شبکه بی‌سیم نور مرئی و یا ارتباط با انواع دستگاه‌های الکترونیکی فراهم می‌کند. سیستم LVX یا در دستگاه الکترونیکی تعبیه می‌شود یا از طریق یک آداپتور قابل استفاده است. سرعت انتقال داده‌ها در این سیستم ۳ مگابیت در ثانیه است.
به زودی این پروژه تحولات گسترده‌ای در زمینه ارتباطات ایجاد خواهد کرد. پژوهشگران با درک بیشتر کاربردهای تکنولوژی روشنایی هوشمند و یافتن مواد اولیه لازم برای دستگاه‌های بی‌سیم خواهند توانست نسل جدیدی از ارتباطات را ارائه دهند که باعث تحولات گسترده‌ای خواهد شد.
نویسنده: دکتر امین گلستانی، مشاور و مدرس استراتژی های فناوری و امنیت اطلاعات
