В мире, где более 5 миллиардов мобильных телефонов при помощи 1.4 миллионов  радиомачт ежемесячно переносят более 600 Терабайт информации (600 Терабайт это 600 000 000 000 000 байт), мобильная беспроводная связь стала такой же насущной и обыденной потребностью, как свет, вода и тепло. Но каким станет этот мир, если каждая осветительная лампа станет точкой доступа в глобальную Сеть?

Поколение, взрослеющее в социальных сетях, может не помнить, что лишь пару-тройку десятилетий назад мобильный телефон (размером с небольшую гантель) был исключительной принадлежностью мафиози из телесериала «Спрут», расслабляющегося в шикарном ресторане после очередных преступлений. Сейчас же нашу личную, деловую, политическую и культурную жизнь невозможно представить без беспроводной связи. За какое-то мгновение в историческом масштабе времени эта связь стала одной из основ нашей цивилизации. Но развитие технологий не останавливается, и вот уже на смену радиоволнам идет свет.

Оптическая беспроводная связь или Лампочка вместо радиомачты

мы думаем, что лампочки несут нам свет, но можно юзать их, как доступ в интернет

Возможно, через десять-пятнадцать лет нынешние мобильники будут казаться такими же архаичными, как аппарат, покрутив ручку которого, революционный матрос кричал: «Барышня, Смольный!» Виной этому четыре основных проблемы радиосвязи: пропускная способность, эффективность, доступность и безопасность.

Во-первых, радиосвязь  дорога и ограничена по расстоянию областью прямой видимости на большей части диапазона. К тому же в нашем распоряжении весьма ограниченный спектр частот. Поэтому она просто уже не может отвечать требованиям все время растущих информационных потоков. У нас просто не остается свободных частот.

Во-вторых, 1.4 миллиона радиомачт потребляют огромное количество энергии. Большая часть из которой, нельзя не усмехнуться, тратится не на передачу сигнала, а на охлаждение базовых радиостанций! Да и эффективность самих этих станций – около 5 процентов.

В-третьих, кому не приходилось отключать мобильник во время авиаперелетов? Радиосигналы беспроводной связи могут мешать работе других радиоустройств, например в больницах. А потому радиосвязь не везде доступна.

В-четвертых, радиоволны проникают сквозь стены. Любая переданная с их помощью информация легко может быть перехвачена, и использована в недобрых целях.

Таковы основные четыре проблемы радиосвязи. Но, спросите вы, как здесь могут помочь осветительные лампы, — даже если их 14 миллиардов по всему миру?

Ответ прост: свет. Свет – это такая же электромагнитная волна, как и радиосигнал, только в другом диапазоне частот. Здесь стоит рассмотреть их взаимное расположение в общем спектре электромагнитного излучения. Радиоволны имеют наименьшую частоту, следом за ними идет инфракрасное излучение, затем видимый свет, ультрафиолет, рентгеновское и наконец, гамма-излучение, характеризующееся наибольшей частотой.

Гамма- и рентгеновское излучение просто вредны и смертельно опасны для человека. Ультрафиолетовое излучение может быть полезно только в очень ограниченных дозах (вспомните, сколько времени рекомендуют проводить в солярии). Инфракрасное излучение используют только на низких мощностях, — оно может быть вредно для глаз.

Итак, в нашем распоряжении только радиоволны с их недостатками, и видимый свет. Видимый свет безопасен, и испокон веков используется людьми для получения и передачи информации. Беспроводной, заметим, передачи. Вот только способ использования света для беспроводной связи по необходимости должен стать другим в цифровую эру, — высокотехнологичным.

Но сначала обсудим, каковы же преимущества света перед радиоволнами.

Во-первых, в видимом диапазоне в 10000 раз больше доступных для использования частот, чем в радиодиапазоне.

Во-вторых, на 1.4 миллиона дорогостоящих и неэффективных радиомачт приходится в 10000 раз больше таких доступных и простых в применении осветительных ламп. Вся инфраструктура уже построена, они есть в каждой комнате, в каждом дворе, вдоль каждой дороги. Вопрос лишь в том, как мы можем использовать их для беспроводной связи?

Нужно всего лишь заменить неэффективные лампы накаливания и флуоресцентные лампы на новые светодиодные. Светодиод – это полупроводниковый прибор, электронное устройство, и интенсивностью его света можно управлять на огромных скоростях. Он может быть отключен за очень короткое время. Именно это его свойство является основой в применении светодиодной лампы для беспроводной связи.

Чтобы лучше понять, как это возможно, обратимся к ближайшему соседу видимого света на электромагнитном спектре – инфракрасному излучению. Все мы держали в руках и пользовались пультами дистанционного управления телевизором, DVD-плеером, магнитофоном или даже компьютером. В пультах дистанционного управления установлен светодиод, работающий в инфракрасном диапазоне. Диод может быть включен или выключен, — может передавать инфракрасный сигнал или не передавать. Сопоставив отсутствию сигнала «ноль», а наличию сигнала – «единицу», можно получить простейший поток данных, со скоростью порядка 10-20 килобит в секунду. Этого вполне достаточно, чтобы передать телевизору любую нужную команду.

Однако, этого совсем маловато для того, чтобы читать статьи на naukablog.com., и уж тем более смотреть 3D-фильмы онлайн. Но стоит заменить пульт дистанционного управления на светодиодную лампу, используя видимый свет вместо инфракрасного, как в наших руках оказываются тысячи параллельных потоков, каждый из которых передает данные еще быстрее. Технология, с помощью которой удается этого добиться, называемая пространственной модуляцией, таким образом, позволяет трансформировать осветительную лампу в устройство, передающее данные.

В июле этого года впервые такое устройство было продемонстрировано широкой публике. При помощи настольной лампы, свет которой был промодулирован специальным микрочипом, видео высокого разрешения передавалось на приемник, а оттуда, после обработки информации – на экран. Стоило Харальду Хаасу (Harald Haas), демонстрировавшему новинку в Эдинбурге, поставить руку между лампой и приемником излучения, как видео останавливалось, чтобы вновь начать двигаться, когда препятствие было устранено.

Разработчики надеются, что в будущем они смогут интегрировать такое устройство в смартфоны, при этом возможно, даже используя для этого не фотодетекторы, а встроенные в телефоны видеокамеры.

Сверхбыстрые изменения интенсивности света, незаметные человеческому глазу, нисколько не мешают использовать такую лампу по ее прежнему назначению – при ее свете можно как ни в чем не бывало читать.

Итак, это устройство отвечает всем четырем основным требованиям беспроводной связи.

Во-первых, оно способно быстро переносить огромные потоки данных, значительно превышающие возможности радиоволн. Доступных частот в 10000 раз больше. «Точек доступа»  тоже в 10000 раз больше, и они уже находятся на каждом потолке.

Во-вторых, лампа – это в первую очередь устройство освещения, и она в любом случае израсходовала бы положенную ей энергию. Передача данных составляет при этом лишь малую долю затрат, и осуществляется в энергетическом отношении практически даром. Не говоря уже о высокой энергетической эффективности светодиодных ламп! Если бы весь мир перешел на них, это сэкономило бы энергию сотен электростанций.

В-третьих, нет никаких проблем с использованием света на борту самолета или в больнице. Свет, вообще говоря, — везде. У мобильного телефона есть светящийся экран, который в принципе может быть передатчиком потоков данных.

В-четвертых, свет не проникает сквозь стены. Человек, находящийся в соседней комнате, полностью отрезан от данных, передаваемых с помощью нашей лампы. К примеру, если мы не хотим, чтобы кто-то другой мог перехватить передаваемую нами информацию, мы просто можем отвернуть настольную лампу от него в сторону.

Единственный существенный недостаток, который вынуждены признать за своим детищем разработчики: чтобы такая беспроводная связь работала, свет должен быть все время включен. Однако, они утверждают, что и понизив интенсивность света до практически незаметного уровня, они смогут все же использовать его для передачи данных.

Возможных применений этой инновации гораздо больше, чем мы сейчас можем себе представить, считает Харальд Хаас. Начиная от исследовательских глубоководных субмарин, которые могли бы обмениваться сообщениями, используя свои прожектора, до фонарей уличного освещения, каждый из которых может стать бесплатной точкой доступа в интернет. Автомобилисты могут обмениваться голосовыми сообщениями, используя передние и задние фары, а светофор – рассылать подробную информацию о пробках.

Все, что нужно для этого сделать, — это присоединить к каждой светодиодной лампе специальный микрочип. Большому Брату и не снилось!

GD Star Rating
loading...
Оптическая беспроводная связь или Лампочка вместо радиомачты, 10.0 out of 10 based on 1 rating

Добавить комментарий