جدایی از امواج رادیویی: چرا Lifi یک راه حل عالی برای شبکه‌های بی‌سیم است؟
در دنیای ارتباطات بی‌سیم، فناوری‌های نوین همواره به دنبال بهینه‌سازی کارایی، امنیت، و سرعت انتقال داده‌ها هستند. یکی از این فناوری‌ها، که به تازگی توجه بسیاری را به خود جلب کرده، “Lifi” است. این فناوری نوآورانه، به جای امواج رادیویی از نور برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند و نویدبخش انقلابی در شبکه‌های بی‌سیم است.
نوشته‌ی جان پارلو، مهندس ارشد سیسکو در وبلاگ فنی سیسکو، با عنوان “Breaking Up with Radio Waves: Why Lifi Is a Great Solution for Wireless Networks”، که نخستین بار در تاریخ 5 فوریه 2022 منتشر شد و در 18 ژوئن 2024 به‌روزرسانی گردید، نگاهی تازه به قابلیت‌ها و مزایای Lifi دارد. این مقاله با دقت علمی و دیدگاهی آینده‌نگر، مسیرهای جدیدی را برای توسعه شبکه‌های ارتباطی بررسی می‌کند. برای آن دسته از علاقه‌مندان به فناوری که به دنبال درک عمیق‌تری از نقش نور در شکل‌دهی به آینده ارتباطات هستند، مطالعه این مقاله یک فرصت ارزشمند خواهد بود.
امروزه، تقریباً تمام اتصالات اینترنتی غیرسیمی – از جمله شبکه‌های سلولی – به همان فرکانس‌های رادیویی متکی هستند که از دهه 1890 استفاده می‌کردیم. و همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید، این فرکانس‌ها بدون عادت برای ارتباطات بی‌سیم با پهنای باند بالا، با امنیت بالا و با قابلیت اطمینان بالا مورد تقاضا هستند. خوشبختانه، با یک فناوری در حال ظهور به نام Lifi می‌توانیم از طیف‌های شلوغ رهایی پیدا کنیم. با استفاده از نور به جای امواج رادیویی برای ایجاد اتصالات بی‌سیم ایمن و با کارایی بالا، Lifi به طور بالقوه می‌تواند لایه دسترسی اینترنت را که ما می‌شناسیم متحول کند.
فناوری Lifi چیست؟
وقتی برای اولین بار به ارتباط نور فکر می‌کنم، به کشتی‌هایی در فیلم‌های جنگی قدیمی فکر می‌کنم که از نورافکن روشن استفاده می‌کنند تا کد مورس را از یک کشتی به کشتی دیگر به نمایش بگذارند. ما راه زیادی را پیموده‌ایم. با استفاده از تکنیک‌های مشابه برای ارائه WiFi با استفاده از رادیو، می‌توانیم از نور برای ارائه یک حامل برای داده‌ها با سرعت گیگابیت استفاده کنیم. Lifi امکان کدگذاری و انتقال داده‌ها را با استفاده از طیف نور مرئی، فرابنفش یا مادون قرمز فراهم می‌کند. این با وای فای سنتی متفاوت است، که از امواج رادیویی برای انتقال داده‌ها بین دو نقطه پایانی استفاده می‌کند. روش کار Lifi بسیار ساده است. اساساً به روشن و خاموش کردن لامپ های LED با پشتوانه Lifi خلاصه می‌شود. ماهیت غیر مخرب Lifi به این معنی است که می‌توان از آن در تنظیماتی استفاده کرد که ارتباطات رادیویی به دلیل تداخل یا خطرات رهگیری مشکلاتی ایجاد می‌کند – مانند میدان‌های جنگ، اتاق‌های عمل و طبقه کارخانه. محققان بیش از یک دهه است که روی فناوری Lifi کار می‌کنند و تلاش‌های آنها در نهایت به جایی رسیده است که استفاده از Lifi در مقیاس عملی شده است – و مقیاس چیزی است که ما در سیسکو درباره آن می‌دانیم. یک گروه کاری IEEE (موسسه مهندسین برق و الکترونیک) به نام گروه وظیفه ارتباطات نور ( Light Communications Task Group)، در سال 2018 برای ادغام Lifi در استانداردهای اینترنت بی‌سیم موجود تشکیل شد. تلاش آنها بر سه حالت لایه فیزیکی اصلی عملیات Lifi متمرکز است:
- حالت مشترک
- حالت بهینه شده
- حالت با راندمان بالا
پس از یکپارچه‌سازی کامل، استاندارد به روز شده به دستگاه‌های دارای فرستنده LED اجازه می‌دهد تا داده‌ها را با استفاده از همان استاندارد WiFi به صورت بی‌سیم انتقال دهند – که به این معنی است که برای استفاده از Lifi نیازی به تغییرات عمده در پروتکل نیست. رویکرد مبتنی بر استانداردها در مقیاس چیزی است که سیسکو می‌تواند به خوبی آن را توسعه دهد.
مزایای Lifi
پتانسیلی که در اینجا در مورد آن صحبت می‌کنیم دگرگون کننده است. Lifi مزایای متعددی را ارائه می‌دهد که بسیاری از محدودیت‌های اساسی فناوری بی‌سیم مبتنی بر رادیو را حل می‌کند و به اینترنت اجازه می‌دهد در مکان‌هایی کار کند که قبلاً هرگز نمی‌توانست.
1. امنیت قوی تر
برخلاف امواج رادیویی، امواج نور به دیوارها نفوذ نمی‌کنند. این بدان معناست که داده‌های منتقل شده از طریق Lifi را می‌توان در یک فضای فیزیکی قرار داد و خطر استشمام داده‌ها توسط اشخاص ثالث غیرمجاز را کاهش داد. مشابه رادیو، دستگاه‌های Lifi نیز می‌توانند در کانال‌های خاصی مانند قرمز، آبی و سبز کار کنند که احتمال نشت داده‌ها را بیشتر کاهش می‌دهد زیرا دستگاه‌هایی که در یک کانال کار می‌کنند از داده‌های کانال دیگر جدا می‌شوند. هر دوی این ویژگی‌ها، Lifi را به یک راه‌حل عالی برای موقعیت‌هایی تبدیل می‌کند که به امنیت داده بالا در یک منطقه محلی نیاز دارند. تصور اینکه چگونه Lifi می‌تواند برای مثال در یک جلسه اتاق هیئت مدیره یا به عنوان وسیله‌ای برای اتصال دستگاه‌های داخل خانه شما مفید باشد، بدون اینکه به کسی خارج از ساختار فیزیکی اجازه شنود ارتباطات اینترنتی شما را بدهد، آسان است.
2. تداخل کم و ایمنی
از آنجایی که طیف نور بسیار گسترده‌تر از طیف رادیویی است، خطر تداخل – که زمانی رخ می‌دهد که دستگاه‌ها سعی می‌کنند داده‌های مختلف را در یک فرکانس به طور همزمان ارسال کنند – تقریباً با Lifi وجود ندارد. در نتیجه، Lifi برای مواردی ایده‌آل است که خطر تداخل رادیویی در غیر این صورت باعث می‌شود ارتباطات بی‌سیم یک شروع کننده نباشد. Lifi برای موارد استفاده نظامی و امنیتی بالا ایده‌آل است که در آن می‌توان از وجود تشعشعات الکترومغناطیسی برای پی بردن به موقعیت مکانی یا تجمع افراد استفاده کرد. Lifi همچنین در اتاق‌های عمل و کارخانه‌ها به کار گرفته شده است – که هر دو تنظیماتی هستند که انتشارات الکترومغناطیسی می‌تواند باعث آسیب یا تداخل شود. هنگامی که ایمنی یک نگرانی است، نور یک حامل بی‌خطر اطلاعات است.
3. قابلیت اطمینان بیشتر
خطرات تداخل کمتر بخشی از دلیل قابل اعتمادتر بودن Lifi است. دلیل دیگر این است که Lifi از نرخ پهنای باند بالاتری نسبت به امواج رادیویی پشتیبانی می‌کند. این بدان معناست که Lifi می‌تواند «مناطق مرده» را کاهش دهد – یعنی مناطقی که پیوندهای امواج رادیویی آنقدر لکه‌دار هستند و نمی‌توانند ارتباطات قابل دوام را فعال کنند – چیزی از گذشته. همچنین به تعداد زیادی از افراد یا دستگاه‌ها اجازه می‌دهد تا بدون نگرانی از تمام شدن پهنای باند، یک اتصال Lifi را به اشتراک بگذارند.
4. بدون نیاز به خط دید
به طور معمول، مردم فکر می‌کنند که ارتباط نور به این معنی است که شما به یک خط مستقیم تا فرستنده نیاز دارید. همان تکنیک‌های انعکاس استفاده شده در ارتباطات رادیویی با Lifi استفاده می‌شود. IEEE روی استانداردی برای سطوح هوشمند قابل تنظیم مجدد به عنوان راهی برای تغییر مسیر عمدی سیگنال‌های رادیویی در استقرارهای پیچیده کار می‌کند. دکتر هارالد هاس (استاد برجسته ارتباطات سیار از دانشگاه Strathclyde و یکی از بنیانگذاران PureLiFi) برای اولین بار فناوری Lifi را نشان داد و با تیمی برای استفاده از سطوح هوشمند قابل تنظیم مجدد به عنوان یک راه حل ترکیبی برای تلفن همراه و Lifi کار می‌کند. با استفاده از تکنیک‌هایی مانند مالتی پلکسی با تقسیم طول موج (WDM) و فرستنده های LED با تنوع زاویه‌ای، می‌توان به پوشش غیرخط پیچیده و عمدی دست یافت. من می‌توانم استقراری را تصور کنم که در آن backhaul سلولی با سطوح هوشمند قابل تنظیم مجدد برای استقرار سریع دسترسی به لبه ایمن استفاده می‌شود. جایی که پرتو انتقال می‌تواند هدایت شود و از مزیت ذاتی نور نسبت به تهدیدات استراق سمع استفاده کند.
5. پشتیبانی از اتصالات عمدی
با Lifi، امکان هدایت داده‌ها به دستگاه‌های مورد نظر وجود دارد. می‌توانید یک شبکه بی‌سیم ایجاد کنید که فقط با دستگاه‌هایی که شما تعیین کرده‌اید کار می‌کند و امکان یک رویکرد «عمدی» را برای طراحی شبکه فراهم می‌کند. امواج رادیویی این نوع دقت را ارائه نمی دهند. با رادیو، دستگاه‌های شما داده‌ها را در همه جهات انتقال می‌دهند، و روش معمول برای محدود کردن دستگاه‌هایی که می‌توانند به شبکه بپیوندند، استفاده از فناوری‌های احراز هویت است. با استفاده از افت زیاد نور می‌توانیم جهت و مکان را به عنوان بخشی از احراز هویت در سطح سیگنال تضمین کنیم. در حال حاضر، ترکیبی دست و پا گیر از بلوتوث و وای فای برای همین منظور استفاده می‌شود. نور می‌تواند هر دو را در یک حرکت انجام دهد.
6. اتصالات بی‌سیم در محل
با توجه به پهنای باند کم و خطر تداخل زیاد امواج رادیویی، استفاده از وای فای معمولی برای اتصال دستگاه‌های ثابت غیرعملی است. برای آن، ما هنوز به کابل ها یا بدتر از آن استفاده از طیف رادیویی متکی هستیم. اگر چیزی بی‌سیم باشد و متحرک نباشد، طیف گرانبهای رادیویی روی یک دستگاه ثابت هدر می رود. با این حال، Lifi این حساب را تغییر می‌دهد. با اجازه دادن به داده‌ها برای انتقال با سرعت بالا و بین دستگاه‌های خاص، Lifi آماده است تا آینده‌ای را ایجاد کند که برای مثال، مانیتور یا علامت دیجیتال شما می‌تواند به صورت بی‌سیم به رایانه شما متصل شود. علاوه بر جدا کردن ما از کابل‌ها، رویکردی مانند این به کاربران اجازه می‌دهد تا ارتباطات بی‌سیم مبتنی بر رادیو را برای دستگاه‌هایی که واقعاً به آنها نیاز دارند، رزرو کنند، بدون اینکه امواج رادیویی را با داده‌هایی که می‌توان از طریق Lifi منتقل کرد، مسدود کرد.
7. دقت
اتصالات Lifi را می‌توان به گونه ای مشخص کرد که امواج رادیویی به سادگی نمی‌توانند. این سطح از دقت به این معنی است که می‌توانید دقیقاً بدانید که هر دستگاه از طریق اتصال Lifi چه کاری انجام می‌دهد. این برای اطلاعات بسیار محرمانه و یا پرسنل محدود بسیار مهم است. اگر زیر یک مخروط نور قرار دارید، مکان شما با دقت سانتی متر مشخص است. می‌توانید ردیابی کنید که کدام دستگاه به یک فایل خاص در یک مکان خاص دسترسی دارد. زمانی که بخواهید دسترسی به اطلاعات خاص را محدود کنید یا با اجازه دادن به دسترسی فقط از طریق یک منطقه خاص، از امنیت آن اطمینان حاصل کنید، بسیار مفید است. به نوبه خود، دید بیشتری به شبکه خود و نرخ بالاتری از امنیت خواهید داشت.
مثال مورد استفاده Lifi: ارتش ایالات متحده
اگر هنوز از قدرت دگرگون کننده Lifi متقاعد نشده‌اید، درهایی را که این فناوری به روی ارتش ایالات متحده باز می‌کند را در نظر بگیرید. ارتباطات سنتی و مبتنی بر رادیو مشکلات بزرگی را در تنظیمات نظامی ایجاد می‌کند. به سادگی ارسال داده با استفاده از امواج رادیویی می‌تواند موقعیت مکانی شما را به دشمن نشان دهد. علاوه بر این، اگر دشمن بتواند امواج رادیویی را رهگیری و رمزگشایی کند، هر داده‌ای که شما ارسال می‌کنید می‌تواند شناخته شود. این واقعیت که امواج رادیویی می‌توانند به منظور خفه کردن ارتباطات مسدود شوند، فقط مسئله استفاده از رادیو برای ارتباطات نظامی را بدتر می‌کند. لای‌فای تمام این مشکلات را حل می‌کند. اتصالات مستقیم و دقیق Lifi، بازیگران نظامی را قادر می‌سازد تا اطلاعاتی را با خطر کمتر تشخیص یا تداخل ارسال کنند. امنیت نیز بسیار بالاتر است، زیرا امواج نوری هدفمند برای رهگیری بسیار دشوارتر است. به همین دلیل است که به نقل از اندرو فورمن، مدیر ارشد فناوری ارتش آمریکا در اروپا و آفریقا، «فناوری‌های Lifi به مسائل جدی مرتبط با بخش RF از طیف پاسخ می‌دهند. به دلیل احتمال کم شناسایی، پارازیت و نفوذ، FSO و Lifi در هنگام درگیری مستقیم با حریف نزدیک به همتا، شکلی بسیار قابل دوام از ارتباطات را ارائه می‌دهند.
نتیجه گیری
امواج رادیویی بیش از یک قرن است که به خوبی به ما خدمت کرده‌اند. اما با توجه به امنیت، قابلیت اطمینان و عملکرد ارتباطات اینترنتی که تنها به امواج رادیویی وابسته است، با دیوارهای اصلی مواجه شده‌ایم. به همین دلیل است که زمان استفاده کامل از طیف نور به عنوان پایه‌ای بهتر برای اتصالات WiFi فرا رسیده است. نه تنها سخت افزارهای لازم – LEDها – ارزان و آسان برای ساخت و نصب هستند، بلکه همانطور که در Cisco نشان دادیم ارتباطات مبتنی بر نور و رادیو می‌توانند با استفاده از رومینگ مبتنی بر استاندارد مانند 802.11r همزیستی داشته باشند. این بدان معناست که انتقال به Lifi می‌تواند به تدریج و بدون دردسر انجام شود. بنابراین، انتظار نداشته باشید روتر یا تلفن همراه مبتنی بر رادیو فردا ناپدید شود. اما انتظار آینده‌ای را داشته باشید که در آن لای‌فای تجارب اینترنت بی‌سیم را که تاکنون غیرقابل تصور بوده است، فعال و گسترش دهد.
شما می‌توانید نقد مارک هالپر، روزنامه‌نگار برجسته در حوزه تجارت، فناوری و علم، و سردبیر مشارکتی مجله LEDs در مورد این مقاله که در 27 ژوئن 2022 درست 9 روز بعد از انتشار اولیه‌ی این مقاله نوشت در “آخرین قهرمان Li-Fi: سیسکو” بخوانید.
