فناوری Li-Fi، نسل جدید ارتباطات وایرلس

سلام بر همراهان همیشگی پست های آموزشی و فناوری وبسایت رسمی IDH. در این مقاله قصد داریم با فناوری LiFi که نسل جدید ارتبطات بیسیم لقب گرفته است آشنا شویم.

محیط اطراف ما مملو از داده‌های بزرگ است؛ دکل‌های تلفن، برج‌های رادیویی، دستگاه‌های کنترل از راه دور و… بسیاری موارد دیگر که به صورت روزانه و بدون وقفه در حال انتشار داده‌ها هستند، بدون اینکه نظر ما را به خود جلب کنند.

از طریق همین داده‌هاست که انسان‌ها در جای جای دنیا به یکدیگر متصل هستند و این اتصال به مرحله ای رسیده که زندگی بدون آن را حتی نمی توان تصور کرد.

با افزایش تقاضا برای داده‌های بزرگتر، ممکن است روزی همه چیز ناگهان متوقف شود.

این اتفاق «خرد شدن طیف» نام دارد.

از اوایل قرن جدید و با پیشرفت تکنولوژی، حدود سال‌های ۲۰۰۰ به بعد بحث و گفتگوهای زیادی درباره یک بحران طیف در حال رشد مطرح است.

دلیل اصلی روی دادن این بحران، تقاضای زیاد برای فرکانس‌های رادیویی است که از طریق آن می توان داده‌ها را انتقال داد.

چرا که طیف رادیویی یک منبع محدود است و و هر چه تقاضا سنگین‌تر شود، محدودیت آن بیشتر خواهد شد.

به عبارت دیگر؛ با بالا رفتن تعداد دستگاه‌هایی که به Wi-Fi وصل می شوند، احتمال تداخل امواج بالا و بالاتر می رود.

برای رفع این مشکل و عبور از این بحران، فناوری‌های جدیدی لازم است.

اینجاست که Li-Fi وارد عمل می شود.

تکنولوژی (Li-Fi‎ (Light Fidelity چیست؟

فناوری Li-Fi مخفف دو کلمه Light (به معنی نور) و Fidelity (به معنی تطابق و تشابه) است.

تطابق و تشابه در الکترونیک بدین معنی است که خروجی یک سیگنال با ورودی آن تطابق داشته باشد و تغییر زیادی نکند.

Li-Fi در واقع یک ارتباط دوطرفه سریع وایرلس است.

دوطرفه به این معنی که این نوع ارتباط نیاز به یک فرستنده (یک منبع نوری) و یک گیرنده (یک گیرنده نوری) دارد.

وایرلس به این معنی که می‌تواند بدون نیاز به سیم اطلاعات را جابجا کند.

در فناوری Wi-Fi از امواج رادیویی استفاده می‌شود اما در Li-Fi برای انتقال اطلاعات از طیف نور مرئی، فروسرخ و نزدیک به فرابنفش استفاده می‌شود.

تکنولوژی Li-Fi‎ زیرمجموعه ارتباط‌های بی‌سیم (owc) است.

در واقع یک ارتباط بی‌سیم کامل و پرسرعت مانند Wi-Fi است با این تفاوت که به جای امواج رادیویی، از نور استفاده می کند.

LiFi از نور مرئی به عنوان وسیله‌ای برای انتقال داده استفاده می کند.

شاید بهترین تعریف برای این تکنولوژی تقریباً نوظهور، تعریف سایت https://lifi.co/ باشد که در صفحه اول خود منتشر کرده است:

« LiFi یک فناوری شبکه نوری بی سیم است. به طور خاص؛ نوعی سیستم ارتباطات نوری قابل مشاهده (VLC) است که از LED برای انتقال داده استفاده می کند.»

هارالد ‌هاس (Harald Haas) که پیشگام و پیشتاز این فناوری جدید است و شرکت pure LiFi (فعال در حوزه Li-Fi) را برای گسترش این فناوری تأسیس کرده است، در سخنرانی TED در سال ۲۰۱۱ با عنوان «Wireless data from every light bulb» برای اولین بار به معرفی این فناوری پرداخت و وسیله ای را نشان داد که می تواند با تابش نور از یک LED، داده‌های زیادی را منتقل کند؛ البته با روشی کارآمدتر، ایمن‌تر و گسترده‌تر.

با این وجود،‌ «هارالد ‌هاس» خود اعتقادی به جدید بودن این تکنولوژی ندارد چرا که می گوید الکساندر گراهام بل در سال ۱۸۸۰ وقتی روی اختراع تلفن کار می کرد، به استفاده از نور برای برقراری ارتباط می اندیشید!

Li-Fi چطور کار می کند؟

سیستم‌های Li-Fi برای ارسال اطلاعات از طریق نور، نیاز به یک منبع نور قوی مانند لامپ‌های LED دارند.

LED با لامپ‌های‌ هالوژن یا رشته ای تفاوت دارد و نیازی به گرم شدن ندارد.

لامپ‌های LED نیمه ‌هادی هستند و همزمان با عبور جریان از آنها، نور ساطع می کنند.

یک دستگاه گیرنده با استفاده از ﻃﯿﻒ ﻫﺎي ﻣﺮئی ﻓﺮاﺳﺮخ و ﻧﺰدﯾﮏ ﺑﻪ ﻓﺮاﺑﻨﻔﺶ ﻧﻮر، و ﺗﻐﯿﯿﺮ سریع در ﻣﯿﺰان ﺷﺪت ﻧﻮر ﺗﺎﺑﯿﺪه شده، اﻃﻼﻋﺎت دﯾﺠﯿﺘﺎﻟﯽ را درﯾﺎﻓﺖ و منتقل می کند.

در ﻧﺘﯿﺠﻪ اﯾﻦ اﻧﺘﻘﺎل اﻃﻼﻋﺎت، دستگاه‌های الکترونیکی می توانند ﺑﻪ شبکه اﯾﻨﺘﺮﻧﺖ ﻣﺘﺼﻞ ﺷﻮﻧﺪ.

به زبان ساده‌تر می توان گفت Li-Fi در واقع تابش ﻧﻮر ﺑﺎ درﺧﺸﻨﺪﮔﯽ بیشتر و کمتر (با استفاده از دو حالت روشن و تاریک در طیف نور مرئی، فروسرخ و فرابنفش هر LED ) ﺑﺮاي ﺳﺎﺧﺘﻦ ﺻﻔﺮ و ﯾﮏ ﻫﺎي دﯾﺠﯿﺘﺎﻟﯽ است که با قرار دادن این صفر و یک‌ها در کنار یکدیگر، باعث انتقال اطلاعات می شود.

مقایسه Wi-Fi و Li-Fi

• تکنولوژی Li-Fi به طور کامل به نور و سرعت فوق‌العاده نور متکی است در حالی که Wi-Fi بر امواج رادیویی استوار است.
• Li-Fi از نور لامپ‌های LED برای انتقال داده استفاده می کند در حالی که Wi-Fi از مودم استفاده می کند. (البته نه از لامپ‌های LED موجود، بلکه به لامپ‌های جدیدی نیاز است)
• Li-Fi در مقایسه با Wi-Fi بسیار کم‌مصرف‌تر بوده و مصرف انرژی پایینی دارد.
• دسترسی هکرها و کاربران غیرمجاز به شبکه‌های Wi-Fi همیشه معضل بوده و هست اما به دلیل اینکه کاربر Li-Fi باید مستقیماً در زاویه دریافت نور باشد، هکرها نمی‌توانند به آن دسترسی پیدا کنند.
• Li-Fi به‌دلیل ساختار خود، برخلاف Wi-Fi هیچ خطری برای سلامتی كاربران ندارد.
• محدوده فركانسی امواج Wi-Fi تا ۵ گیگاهرتز بالا می‌رود در حالی كه محدوده فركانسی Li-Fi حدود ۵۰۰ هزار گیگاهرتز است.

مزایا و معایب Li-Fi

Li-Fi نیز مانند تمام فناوری‌هایی که بشر امروز در اختیار دارد، علیرغم مزایای فراوان که استفاده از آن را منطقی و معقول می کند، قطعاً معایبی نیز به همراه دارد که در برخی مواقع اجتناب‌ناپذیر به نظر می رسد.

استفاده از تکنولوژی Li-Fi روشی ایده‌آل برای تبادل داده در پروژه‌ها و دستگاه‌های اینترنت اشیاء (IoT) است چرا که به دلیل اینکه محدوده کمی را تحت پوشش قرار می دهد، امنیت بالاتری را ایجاد می کند.

مزایای LiFi

1. سرعت بسیار بالا: اوایل سال جاری میلادی (۲۰۲۰) شرکت Velmenni که در کشور استونی مستقر است، یک آزمایش واقعی درباره سرعت عملیاتی Li-Fi انجام داده و نتیجه شگفت انگیزی به دست آورد؛ سرعت ۱ گیگابیت بر ثانیه! یعنی چیزی حدود صد برابر بیشتر از Wi-Fi. (البته فعلاً این رقم به صورت تئوریک مطرح است.)
2. عدم ایجاد تداخل الکترومغناطیسی: هنگام استفاده از Li-Fi تداخل الکترومغناطیسی بین وسایل بی‌سیم موجود در محیط به طرز قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد. به همین دلیل بدون نگرانی می‌توان از آن در نقاط حساس به امواج الکترومغناطیسی (مثل کابین هواپیما) استفاده کرد. همینطور در بیمارستان‌ها که احتمال دارد امواج رادیویی Wi-Fi با امواج تولیدشده توسط تجهیزات پزشکی تداخل پیدا کند.
3. تولید روشنایی (علاوه بر تبادل اطلاعات): با روی کار آمدن Li-Fi، ضعف آنتن دهی مودم‌های بی‌سیم و عدم دسترسی به اینترنت در برخی مکان‌ها، دیگر معنی نخواهد داشت چرا که در هر مکانی که لامپی روشن باشد، می توان از اینترنت استفاده کرد!
4. مصرف انرژی پایین: Li-Fi در مقایسه با Wi-Fi بسیار کم‌مصرف‌تر است، و این گزینه‌ای است که نمی توان به راحتی از آن گذشت.
5. اطمینان و امنیت بالا: همین که کاربر Li-Fi باید مستقیماً در زاویه دریافت نور باشد، باعث می شود Li-Fi شبکه ای امن‌تر باشد. امنیت بیشتر این شبکه نسبت به Wi-Fi مزیتی چشمگیر است.
6. عدم نیاز به مودم: به جای نیاز به اتصال مودم، تنها با کمک لامپ های LED کار می کند.

معایب LiFi

1. نیازمند دید مستقیم: کاربر حتماً باید در محدوده دریافت نور از لامپ باشد.
2. عدم عبور نور Li-Fi از دیوار: برای استفاده از Li-Fi لامپ‌های LED باید در همه جای خانه یا محل کار نصب شده و پیوسته و حتی در طول روز روشن باشند.
3. محدود بودن برد: Li-Fi حدود ۱۰ متر را پوشش می دهد در حالی که Wi-Fi بردی تقریباً ۳۲ متری دارد.
4. امکان بروز تداخل با طیف‌های نوری: تکنولوژی Li-Fi ممکن است با طیف‌های نوری دیگر (مانند نور خورشید) تداخل پیدا کند. از این رو در نور مستقیم آفتاب یا مکانی که نور خیلی زیاد باشد، کار نمی کند.

دانستنی‌های جالب درباره Li-Fi

• در سایت ویکی پدیا آمده است که ایده Li-Fi برای اولین بار توسط یک جوان ایرانی ارائه شده است. البته نامی از این جوان در دست نیست.
• شرکت Pure Lifi در سال ۲۰۱۴ نخستین محصول تجاری Li-Fi با نام Li-1st را در همایش جهانی گوشی همراه در بارسلون در معرض دید عموم قرار داد.
• Li-Fi حتی می‌تواند نقش شارژر بی‌سیم را برای دستگاه‌های الکترونیکی ایفا کند در حالی که Wi-Fi خود یکی از دلایل خالی شدن باتری گوشی‌ها، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها و… است.
• محققان دانشگاه آكسفورد با استفاده از فناوری Li-Fi به نرخ انتقال ٢٨ گیگابایت در ثانیه دست یافته‌اند. (این رقم برای دانلود ١٠ فیلم HD در یك ثانیه كافی است!)
• دستگاه کنترل از راه دور تلویزیون، از نوعی بسیار ابتدایی از تکنولوژی Li-Fi بهره می برد.
• Li-Fi هک و جاسوسی را به میزان قابل ملاحظه ای کاهش خواهد داد.
• فناوری Li-Fi از ۵G بسیار سریع‌تر و ارزان‌تر است.
• این تصور اشتباه است که Li-Fi جایگزین فناوری‌های بی‌سیم (و از جمله Wi-Fi) خواهد شد. در واقع Li-Fi مکمل Wi-Fi است نه جایگزین آن.
• استفاده از فناوری Li-Fi به دلیل امنیت بالا، می تواند در بخش‌های مالی، حقوقی، نظامی، دارویی، اطلاعاتی و دفاعی از اهمیت زیادی برخوردار باشد.
• Li-Fi می تواند از زیرساخت‌های موجود استفاده کند و نیازی به راه اندازی زیرساخت جدید ندارد.

حرف پایانی

همانطور که با روی کار آمدن فناوری Wi-Fi و استفاده عموم از آن، دنیای دسترسی به اینترنت متحول شد، شاید با Li-Fi نیز نحوه استفاده ما از اینترنت در آینده ای نه چندان دور دگرگون شود؛ هرچند که Li-Fi تکنولوژی جدیدی است و هنوز در مراحل ابتدایی خود به سر می برد و تا تبدیل شدن به یك فناوری تجاری عمومی فاصله زیادی دارد… اما می توان گفت Li-Fi پاسخی برای آینده دیجیتال بشر است.

دیگر پست های آموزشی و اخبار دنیای فناوری را نیز از دست ندهید.

راستی! شما میتوانید در بخش دیدگاه ها موضوعات مورد علاقه خود را برای مقالات بعدی که به صورت اختصاصی توسط تیم وبسایت رسمی IDH تهیه میشوند با ما در میان بگذارید.

امیدواریم از این مقاله که درباره معرفی فناوری LiFi و مقایسه WiFi با LiFi بود استفاده و لذت برده باشید.

منابع:

https://purelifi.com/lifi-technology/

https://www.signify.com/global/innovation/trulifi/what-is-trulifi

https://www.jagranjosh.com/general-knowledge/li-fi-light-fidelity-advantages-disadvantages-applications-and-more-1611311388-1