خصائص الاتصالات الضوئية اللاسلكية WOC

تهيمن على مجال الاتصالات اللاسلكية في الغالب التقنيات القائمة على الترددات الراديوية “RF”، ويمثل النمو المستمر في حركة بيانات الإنترنت تحدياً للتقنيات الحالية؛ لتوفير إنتاجية أعلى وأمان أفضل وتكلفة أقل وإلى جانب التردد اللاسلكي، يشمل الاتصال اللاسلكي أيضًا الأنظمة التي تستخدم نظام الأشعة تحت الحمراء “IR” للطيف الكهرومغناطيسي.

ما هي الاتصالات الضوئية اللاسلكية

الاتصالات الضوئية اللاسلكية: هو الاتصال القائم على الانتشار غير الموجه للموجات الضوئية وشهدت السنوات الثلاثين الماضية تحسينات كبيرة في هذه التقنية وحل الاتصالات اللاسلكية للألفية الحالية الذي يوفر بديلاً للأنظمة الراديوية، وهي تقنية يمكن أن تكتسب جاذبية بسبب المخاوف الأخيرة المتعلقة بالآثار المحتملة لموجات التردد الراديوي على صحة الإنسان.

• “WOC” هي اختصار لـ “Wireless and Optical Communications”.

• “IR” هي اختصار لـ “Infrared”.

• “RF” هي اختصار لـ “radio frequency”.

أساسيات الاتصالات الضوئية اللاسلكية

عادة ما يتم صياغة هذه الأنظمة على أنّها أنظمة اتصالات ضوئية لاسلكية “WOC”، كما تم إشعال استخدام الضوء في الاتصالات، ومن خلال عرض أول ليزر عامل في “Hughes Research Laboratories” في عام 1960م، ومع التطور الكبير في المكونات الإلكترونية الضوئية والنظام البيئي على مدى السنوات القليلة الماضية مرت “WOC” بتطور هائل.

تعتبر الأجهزة والمكونات الضوئية أكثر أهمية لأنّها تحدد معلمات النظام الرئيسية مثل معدلات بيانات الذروة ومسافة الارتباط وما إلى ذلك، كما تُعد أنظمة الواجهة الأمامية الضوئية مهمة بنفس القدر، حيث يكون لها تأثير كبير على ميزانية الارتباط الفعلية، والتي تكون مقيدة من خلال الحد الأقصى لطاقة الناتج البصري وحساسية المتلقي.

تغذي ميزانية الارتباط بسلاسة نماذج القناة والتي تختلف إلى حد كبير مع سيناريو النشر الفعلي، وتهدف تقنيات نقل البيانات إلى تعظيم معدل البيانات الخاضع لقناة الاتصال الفعلية، ونظراً لأنّ العديد من المطاريف المتنقلة ستحتاج إلى الدعم في وقت واحد، فهناك خلاف على سعة القناة المتاحة لذلك يجب تطوير بروتوكولات التحكم في الوصول المتوسط “MAC” لضمان العدالة وضمان جودة الخدمة.

ونظراً لوجود نقاط وصول بصرية متعددة في الشبكة فلا مفر من تداخل المخاريط الضوئية ممّا قد يؤدي إلى حدوث تداخل، وهذا شديد بشكل خاص عند حواف مخروط خفيف ويعاني المستخدمون في هذه المواقع من انخفاض الإشارة إلى التداخل بالإضافة إلى نسب الضوضاء “SINR” ممّا يحد بشدة من معدلات البيانات.

كما تحتاج إلى تطوير تقنيات تخفف من التداخل وتضمن أنّ “SINR” مرتفع بما فيه الكفاية في أي اتجاه أو موقع، وكما يجب دمج الشبكات اللاسلكية الضوئية في الشبكات اللاسلكية الحالية غير المتجانسة للترددات الراديوية باستخدام مبادئ مثل الشبكات المعرفة بالبرمجيات “SDN”.

• “SDN” هي اختصار لـ “Software-defined networking”.

• “SINR” هي اختصار لـ “Signal to Interference & Noise Ratio”.

• “MAC” هي اختصار لـ “Media Access Control”.

فوائد الاتصالات الضوئية اللاسلكية

• دمج خصائص القناة.

• نماذج الانتشار.

• ميزانيات الارتباط ومعالجة البيانات بما في ذلك الترميز والتعديل والمعايير والمخاوف المتعلقة بالصحة والسلامة “IEC 60825” أو “FCC”.

• ستصبح لا غنى عنها خلال المرحلة التالية عقد من الزمان في معالجة معماريات الكمبيوتر للاتصالات قصيرة ومتوسطة وطويلة المدى بينما ننتقل من جيجابايت إلى تيرابايت في الثانية.

تطور الاتصالات الضوئية اللاسلكية

شهدت العقود القليلة الماضية تطورات سريعة في تكنولوجيا المعلومات والاتصالات، حيث تم استخدام تقنية النطاق العريض مع اتصال إنترنت عالي السرعة في المنازل والمكاتب وفي الأجهزة المحمولة، ولقد تجاوزت متطلبات النطاق الترددي والسعة العالية بسبب زيادة استخدام الإنترنت وخدمات النطاق العريض التوقعات في القرن الحادي والعشرين.

يستخدم الاتصال البصري اللاسلكي “WOC” الناقل البصري في الأشعة تحت الحمراء القريبة “IR” والنطاقات المرئية، ويعتبر حلاً قابلاً للتطبيق لتحقيق روابط اتصال عالية السرعة وذات سعة كبيرة وإنّه اتصال على خط البصر يستخدم الليزر لنقل إشارة المعلومات بين جهازي إرسال واستقبال، وعبر قناة غير موجهة والتي قد تكون إمّا الغلاف الجوي أو الفضاء الحر.

أصبح الاتصال اللاسلكي بلا منازع أداة أساسية في الحياة اليومية وتستعمل معظم أنظمة الاتصالات اللاسلكية الحالية تقنيات التردد اللاسلكي “RF” لنقل المعلومات، ومع ذلك مع الطلب الكبير باستمرار على البيانات اللاسلكية والتي تقدمها نماذج جديدة مثل الاتصال من نوع الآلة للأنظمة الثابتة، وكذلك الأجهزة الجديدة مثل النظارات الذكية التي تستخدم الواقع المعزز والواقع الافتراضي “VR”، هناك انسجام عام على أن لن يكون طيف الترددات الراديوية كافياً للتواصل اللاسلكي في المستقبل.

وبالتالي من الضروري النظر أيضاً في الطيف الضوئي للاتصالات اللاسلكية، حيث يُعد الطيف الضوئي بالفعل عاملاً راسخاً رئيسياً لشبكة الإنترنت العالمية، كما لا تجمع شبكات الاتصال بالألياف الضوئية جميع القارات فقط بل إنّها تُعد أيضاً العمود الفقري لشبكات الاتصالات الحديثة، والتي تقدم وصولاً عالي السرعة للبيانات إلى العواصم والمدن والبلدات وأيضاً بشكل كبير إلى المنازل.

كما إنّ تطوير وسيط الألياف الضوئية ليتضمن وسيط المساحة الحرة لاتصال الميل الأخير والوصول إلى الهاتف المحمول لا يبدو فقط خطوة طبيعية ولكن أيضاً خطوة مباشرة نسبياً لاتخاذها، كما يوجد الآن مجموعة كبيرة من تقنيات “OWC” نتيجة للعديد من أوضاع الاستعمال التي يمكن أن تقدمها.

واتصالات “FSO” هي الأقرب وظيفياً لاتصالات الألياف الضوئية لأنّها توفر اتصالات لاسلكية ثابتة من نقطة إلى نقطة عبر مسافات كبيرة نسبياً تصل إلى عشرات الكيلومترات، حيث تستخدم أنظمة “FSO” في المقام الأول طيف الأشعة تحت الحمراء، ومع ظهور الصمام الثنائي الباعث للضوء الأزرق “LED” الذي أدى إلى تطوير “LED” الأبيض الساطع ظهر اتصال الضوء المرئي “VLC”.

كان أول تطبيق “VLC” يستخدم مصابيح “LED” بيضاء لنقل الإشارات الصوتية لاسلكياً، وبطريقة مشابهة للكيفية التي أدت بها مصابيح “LED” البيضاء عالية السطوع إلى “VLC”، أدت الكاميرا الرقمية في الهواتف الذكية إلى “OCCs” لأنّه من الممكن استخدام هذا المستشعر للكشف عن المعلومات المشفرة في الضوء الوامض.

كما إنّ توصيل عدد عشوائي من المحطات الطرفية المتنقلة ببنية أساسية تتكون من عدة نقاط وصول بصرية ثابتة تغطي كل منها منطقة صغيرة تحدد الشبكات اللاسلكية بالضوء، ومن المتوقع أن تكون روابط الاتصال ثنائية الاتجاه وعلاوةً على ذلك من المتوقع الحفاظ على الاتصال بسلاسة عندما تتجول المطاريف المتنقلة بين نقاط الوصول البصرية، حيث تتطلب الشبكات اللاسلكية التي تستخدم الضوء مجموعة من التقنيات الأساسية.

والتقنيات الأساسية في الطبقات الخارجية بدءاً من نماذج القنوات هي نفسها الموجودة في شبكات التردد اللاسلكي، ومع ذلك نظراً لخصائص الضوء هناك حاجة إلى حلول فريدة لكل فئة، حيث تعتمد الحلول الجديدة بشكل أساسي على نماذج القنوات الفعلية وأنظمة الواجهة الأمامية والأجهزة والمكونات.

• “LED” هي اختصار لـ “Light Emitting Diode”.

• “VLC” هي اختصار لـ “Visible light communication”.

• “OCC” هي اختصار لـ “Optical camera communication”.

• “FSO” هي اختصار لـ “Free-space optical communication”.

• “VR” هي اختصار لـ “Virtual Reality”.

تقنيات OWC الرئيسية

• الاتصالات الضوئية ذات المساحة الحرة “FSO”.

• اتصالات الضوء المرئي “VLC”.

• اتصالات الكاميرا الضوئية “OCC”.

• الشبكات اللاسلكية بالضوء، والتي يشار إليها أيضاً باسم ليفي.