Li-Fi: δικτυωθείτε με... γλόμπους!

Ξεχάστε καλώδια και Wi-Fi, το μέλλον της δικτύωσης είναι... φωτεινό! Με όχημα τα LED, οι ερευνητές δημιουργούν τα νέα φωτοδίκτυα που σύντομα θα κάνουν το ντεμπούτο τους.

Εχουν περάσει μόλις 24 χρόνια αφότου ξεκίνησε η μύηση των μαζών στο Διαδίκτυο, μέσω της εμφάνισης της υπηρεσίας Παγκόσμιου Ιστού (www), και ακόμη ψαχνόμαστε για το αν έκλεισε το «ψηφιακό χάσμα». 

Σύμφωνα με τους αριθμούς   (βλ. www.internetworldstats.com/stats4.htm#europe) στη χώρα μας είναι ήδη δικτυωμένος ο ένας στους δύο, ενώ στο Μονακό ο πας άπας. Ομως, ακόμη κι αν οι αριθμοί δήλωναν ότι γίναμε όλοι... Μονεγάσκοι, η αλήθεια είναι ότι η πρόσβασή μας στην παγκόσμια ψηφιακή κοινότητα εξαρτάται από την ύπαρξη πανάκριβων τηλεπικοινωνιακών υποδομών και τη συνδρομή μας στους παρόχους της. Ακόμη περισσότερο, οι αριθμοί δεν μιλούν για τον εφιάλτη της «επικοινωνιακής ασφυξίας» που απειλεί την ασύρματη διαδικτύωσή μας, λόγω εξάντλησης του φάσματος ραδιοσυχνοτήτων. Για να ήταν λοιπόν το Διαδίκτυο αγαθό πανταχού παρόν και προσιτό σε όλους, θα χρειαζόταν ίσως η μετάδοσή του μέσω υποδομής ήδη προϋπάρχουσας και με τρόπους ακόμη πιο ευρηματικούς από τους υπάρχοντες. Αλλά υπάρχει η τεχνολογία για κάτι τέτοιο;

Μια ομιλία στο διεθνές φόρουμ παρουσίασης ιδεών, TED, μου έδωσε την απάντηση (βλ. www.ted.com/talks/harald_haas_wireless_data_from_every_light_bulb.html): Διαδικτύωση μέσω λαμπτήρων!

Οταν το φως χορεύει   

Οπως εξήγησε ο καθηγητής του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου, Harald Haas, «έχουμε παγκοσμίως 1,4 εκατομμύρια κεραιών ραδιοσυχνοτήτων για πάνω από 5 εκατομμύρια κινητών τηλεφώνων. Και με αυτά τα κινητά τηλέφωνα εκπέμπουμε περισσότερα από 600 TB (Terabytes) δεδομένων κάθε μήνα. Δηλαδή, 6 ακολουθούμενο από 14 μηδενικά... ένας πολύ μεγάλος αριθμός. Αλλά...» συνέχισε «ο τρόπος με τον οποίο μεταδίδουμε ασύρματα τα δεδομένα είναι με τη χρήση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και, πιο συγκεκριμένα, ραδιοσυχνοτήτων. Και αυτές οι ραδιοσυχνότητες είναι περιορισμένες, σπάνιες, ακριβές... και έχουμε μόνο ένα συγκεκριμένο εύρος από αυτές στη διάθεσή μας. Αυτός είναι ένας περιορισμός ο οποίος δεν συνάδει με τις απαιτήσεις των δεδομένων που εκπέμπουμε κάθε μήνα. Υπάρχει και το πρόβλημα της αποδοτικότητας: Αυτοί οι 1,4 εκατομμύρια σταθμοί βάσης καταναλώνουν πάρα πολλή ενέργεια. Οπότε η αποδοτικότητα ενός τέτοιου σταθμού είναι μόνο 5%. Και αυτό δημιουργεί ένα μεγάλο πρόβλημα. Επίσης, πρέπει να σβήσεις το κινητό σου κατά τη διάρκεια των πτήσεων, για λόγους ασφαλείας. Και ακόμη κι όταν δεν φοβάσαι παρεμβολή σε άλλα κυκλώματα, έχεις θέμα προσωπικής ασφάλειας: Τα ραδιοκύματα διαπερνούν τους τοίχους, οπότε μπορούν να υποκλαπούν και κάποιος άλλος να χρησιμοποιήσει τη σύνδεσή σου, πιθανόν με κακούς σκοπούς».

Αυτές οι τέσσερις περιοχές προβλημάτων στη διαδικτύωση με ραδιοκύματα έκαναν τον Haas στρέψει το ενδιαφέρον του στο προφανές που υπάρχει γύρω μας: το φάσμα του ορατού φωτός. Είναι 10.000 φορές ευρύτερο των ραδιοσυχνοτήτων, δεν έχει συχνότητες κατειλημμένες από κράτη ή εταιρείες και μπορούν να το χρησιμοποιήσουν όλοι. Να το χρησιμοποιήσουν... πώς; O Haas σκέφθηκε ξανά το προφανές: τα 14 δισεκατομμύρια λαμπτήρων που υπάρχουν στον κατοικημένο πλανήτη μας. Αυτοί θα μπορούσαν να γίνουν οι κεραίες της διαδικτύωσης όλων μας.

Το «πώς» μοιάζει μαγικό, αλλά είναι τελικά απλό για όποιον διάβασε το πώς εμπνεύστηκε ο Αϊνστάιν τη Θεωρία της Σχετικότητας: Το φως αποτελείται από τα ξαδελφάκια των ηλεκτρονίων, τα φωτόνια. Αν κατορθώσεις να τους επιβάλεις χορευτικούς ρυθμούς καθώς πέφτουν στην τσουλήθρα μιας ακτίνας φωτός,  αποκτάς έναν φορέα σημάτων. Με τον κατάλληλο αποκωδικοποιητή αυτών των «χορευτικών τους κινήσεων», παίρνεις ψηφιακά δεδομένα. Στην ουσία, ο Haas συνέλαβε την ιδέα «τρεμοπαιξίματος της έντασης του φωτός» σε έναν λαμπτήρα, προκειμένου να τον κάνει να «μιλήσει ψηφιακά» στον δέκτη της ακτίνας.

Στον χορό τα LED

Η ιδέα ακούγεται εντυπωσιακά απλή έως εξοργιστικά απλουστευτική. Πώς τρεμοπαίζεις ψηφιακά έναν λαμπτήρα πυράκτωσης και - αν ναι - πώς αποφεύγεις να «στραβωθείς» από το τρεμόπαιγμά του; Η απάντηση είναι πως μιλάμε μόνο για τους σύγχρονους λαμπτήρες φωτοδιόδων (LED), οι οποίες είναι ηλεκτρονικές συσκευές. «Απαρτίζονται από έναν ημιαγωγό», εξήγησε ο Haas, «που έχει μια πολύ καλή ιδιότητα: Η έντασή του μπορεί να διαμορφωθεί σε πολύ υψηλές ταχύτητες και μπορεί να αναβοσβήνει με πολύ υψηλές ταχύτητες». Ο πρόγονος αυτής της ιδέας είναι το ταπεινό τηλεχειριστήριο της τηλεόρασής μας: κάθε φορά που πιέζουμε ένα πλήκτρο του, το φωτάκι υπέρυθρου LED που έχει ανάβει και στέλνει το αντίστοιχο σήμα στον δέκτη. Η στοιχειώδης αυτή τηλεπικοινωνία είναι πολύ χαμηλή - της τάξεως των 20 kbps (χιλιάδων μπιτ ανά δευτερόλεπτο). Για να φθάσει στις ταχύτητες που απαιτεί η τηλεμετάδοση βίντεο, η ερευνητική ομάδα του Haas χρησιμοποίησε φωτοδίοδο κανονικού φωτός και ανέπτυξε μια νέα τεχνολογία μετάδοσης σήματος, την SIM OFDM (SIM = υπομεταφορέας διαμόρφωσης με δείκτη, OFDM = πολυπλεξία ορθογωνικής διαίρεσης της συχνότητας). Αλλά για να γίνουν όλα αυτά χωνεύσιμα από το ευρύ κοινό, ο Haas βάφτισε την τεχνολογία του Li-Fi (κατά το Wi-Fi), που ελληνιστί θα αποδιδόταν ως «φωτοδίκτυο».

Φωτεινά κανάλια δεδομένων

Η ειδική διαμόρφωση της συχνότητας του φωτός επέτρεψε την υποδιαίρεση της φωτεινής ακτίνας σε πολλαπλά κανάλια δεδομένων. Ανάβοντας λοιπόν μια κανονική λάμπα LED, o Haas μπορούσε να στείλει παράλληλα ροές ολόκληρες δεδομένων - μυριάδες φωτονίων που χόρευαν σε διαφορετικούς ρυθμούς το καθένα. Τοποθετώντας έναν φωτοανιχνευτή και έναν μετατροπέα σήματος στην πορεία της φωτεινής ακτίνας, μπορούσε να τηλεμεταδώσει βίντεο υψηλής ποιότητας, χωρίς διακοπές και καθυστερήσεις. Επέδειξε αυτή την πειραματική συσκευή στην ομιλία του στο TED, όπου είδαν ως διά μαγείας να διακόπτεται η προβολή του βίντεο κάθε φορά που έβαζε το χέρι του στην πορεία της ακτίνας, στο μεσοδιάστημα λαμπτήρα - φωτοανιχνευτή. Διαβεβαίωσε ότι το τρεμόπαιγμα του φωτός γίνεται σε συχνότητες που δεν αντιλαμβάνεται ο ανθρώπινος οφθαλμός, άρα είναι αόρατο και αβλαβές. Επίσης, είπε ότι το ενεργό φωτοδίκτυο απαιτεί μεν λαμπτήρες συνεχώς αναμμένους, αλλά ότι μπορούν να έχουν τόσο χαμηλωμένη την έντασή τους ώστε να δείχνουν σβηστοί παρ' ότι συνεχίζουν να μεταδίδουν δεδομένα! Ακόμη, ότι οι χαμηλές ενεργειακές απαιτήσεις μιας τέτοιας τηλεμετάδοσης την καθιστούν «πράσινη τεχνολογία», ότι διασφαλίζει την προσωπική διαδικτύωση λόγω του ότι το φως δεν περνά μέσα από τοίχους, ότι επιτρέπει την επικοινωνία αυτοκινήτων και υποβρυχίων ρομπότ μέσω των φανών τους και ότι οι περιορισμοί ασύρματης διαδικτύωσης λόγω παρεμβολών - όπως σε αεροπλάνα και εργοστάσια παραγωγής ενέργειας - δεν θα υφίστανται με το φωτοδίκτυο.

Προς την υλοποίηση του φωτοδικτύου

Η περιώνυμη ομιλία του Harald Haas στο TED έγινε τον Αύγουστο του 2011 και ειδώθηκε πάνω από 1,3 εκατομμύρια φορές. Τον Οκτώβριο του 2011 συμπήχθηκε το Li-Fi Consortium (www.lificonsortium.org) - από τους φορείς Fraunhofer IPMS της Γερμανίας, IBSENtelecom της Νορβηγίας, Supreme Architecture του Ισραήλ και TriLumina των ΗΠΑ), με σκοπό όχι μόνο να υλοποιήσουν διατάξεις Li-Fi που θα ξεπερνούσαν την ταχύτητα των 100+ Μbps του Wi-Fi αλλά και να φτάσουν σε πολλαπλάσια του Gigabit. Αμέσως μετά το εργαστήριο pureVLC του Haas στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου απέκτησε νέους ακαδημαϊκούς συνεργάτες: τα σκωτσέζικα πανεπιστήμια Strathclyde και St. Andrews και τα αγγλικά Cambridge και Oxford. Από κοινού, έπεισαν τη βρετανική ΓΓΕΤ (EPSRC) να χρηματοδοτήσει με 5 εκατομμύρια στερλίνες το ερευνητικό τους πρόγραμμα «Υπερπαράλληλες επικοινωνίες ορατού φωτός» (UP-VLC).

Κύριο αντικείμενο της έρευνας αυτών των πανεπιστημίων θα ήταν να αναπτύξουν νέους ημιαγωγούς λαμπτήρων LED, που θα «άνοιγαν» το εύρος ζώνης τους. Δέκα μήνες αργότερα το πέτυχαν, μέσω των φωτοδιόδων νιτριδίων γαλλίου που κατασκεύασε το Πανεπιστήμιο Strathclyde, και τον εφετινό Αύγουστο ανακοίνωσαν την επίτευξη ταχύτητας τηλεμετάδοσης 1,67 Gbps. Λίγο μετά, στις 10 Σεπτεμβρίου, ανακοίνωσαν ότι νίκησαν και την τελευταία «αντίδραση» στην τεχνολογία τους: κατόρθωσαν να πάρουν την ίδια ταχύτητα, χωρίς απώλειες ή παρεμβολές, από φως που ανακλάται σε καθρέπτες!

To επίσης πολύ ενδιαφέρον είναι ότι στην κούρσα εμπορευματοποίησης αυτής της λαμπρής ιδέας μπήκαν - από αυτόν τον Οκτώβριο - και οι Κινέζοι: Ερευνητές του Πανεπιστημίου Fudan της Σανγκάης παρουσίασαν έναν γλόμπο Li-Fi που δικτυώνει ασύρματα ως και τέσσερις συσκευές γύρω του, με ταχύτητα 150 Mbps. Προανήγγειλαν μάλιστα την επίδειξη 10 τέτοιων γλόμπων εν λειτουργία στη επικείμενη Διεθνή Εκθεση της Σανγκάης, τον Νοέμβριο.

Το μέλλον λοιπόν της φωτεινής διαδικτύωσης δείχνει να καλπάζει ασυγκράτητο. Αντί να περιμένετε το πότε τα συνεργεία θα ξανασκάψουν τον δρόμο για να βάλουν «οπτική ίνα ως το σπίτι σας», εστέ ψυλλιασμένοι για το πότε ο δήμος θα αλλάξει τους γλόμπους στις κολόνες. Οταν το κάνει, γυρίστε την κάμερα του κινητού σας προς μία από αυτές και... δείτε αν πιάνετε You Tube. Kαι αν το κινητό τού απέναντί σας ανάβει ανεξήγητα το φλας του, μην παραξενευτείτε: θα σας στέλνει βιντεοκλίπ. 

ANAΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ ΑΠΟ : ΤΟ ΒΗΜΑ / science