بسم الله الرحمن الرحیم
چکیده
با افزایش علم و تکنولوژی بشر روز به روز بدنبال افزایش دسترسی ها،افزایش در سرعت دسترسی ها و امنیت بیشتر خود است. ارتباط شبکه های کامپیوتری با استفاده از کابل و سیم در مسافت طولانی شامل محدودیت های سرعت برقراری ارتباط و دارای هزینه های هنگفت می باشد.لذا جهت حل این معزل سعی بر حل این چالش از طریق شبکه های بی سیم شده اند که البته خود شبکه های بی سیم دارای معایب و چالش هایی در نوع خود می باشند.در این پروژه به مطالعه نوعی جدید از شبکه های ارتباطی بی سیم به نام لای فای خواهیم پرداخت و سعی می شود چالش های امنیتی در آن مورد بررسی قرار دهیم.
واژه های کلیدی:ارتباطات بی سیم،ال ای دی،امنیت،امواج الکترومغناطیس،لای فای
مقدمه
ما بین تكنولوژي ها، ارتباط های بي سيم كمك قابل توجهی به جامعه بشری نموده است و دارای مزيت هـاي گسترده ای نسـبت بـه ارتباطـات های سـيمي است. عبارت بي سيم به ارتباط يا انتقال اطلاعات مابين دو نقطه يا چند نقطه بدون احتیاج به كابل يـا هـر رسـاناي الكتريكـي ديگـر اشاره دارد.در ارتباط بي سـيم، داده ها بدون نياز به هيچ كابل و با استفاده از امواج الكترومغناطيسي مانند فركانسهاي راديويي، مادون قرمـز، مـاهواره و غيـره، در حال داد و بستان می باشند.(میشرا و دیگران:2016) امواج موصون به راديويي فقط بخش كوچـكی از طيف و دیگران : 2016) . شكل ( 1 (جايگاه امواج راديـويي و نـورمرئي را در طيف الكترو مغناطيس نشان ميدهد. singh) است كه براي انتقال داده استفاده می شوند.
طيف الكترو مغناطيس و جايگاه امواج راديويي و نور مرئي در اين طيف
ارتباطات بيسيم نوری (owc) نوعي ارتباط نوري براي انتقال اطلاعات است كه در آن از اشعه هاي نور مرئي(VL) ،مـادون قرمـز(IR)و یا فرا بنفش (UV)برای انتقال سیگنال ها استفاده می کنند.(Hadi:2016)
ارتباط نور مرئی (vcl) نوعی از ارتباطات بی سیم نوری است که که برای انتقال سیکنال از محدوده نور مرئی استفاده می کند.(خبازیان:1396)
تاریخچه
در فناوری های موجود از برجهاي مخابراتي كه براي دسترسي به امواج ارتباطي ضروري اند، به عنوان زيرساخت ارتباطي استفاده ميشود كه با تغيير نسل هر ارتباط مانند G4 به G5 فاصله این برج ها كمتر خواهد شد(قاسميان، 1395).
در آینده ای نچندان دور وای فای نمی تواند پاسخگوی نیاز کاربران اینترنت باشد.(Li Fi) تكنولوژي نوظهوري است كه به نظرميرسد گزينه مناسبي بـراي همراهـي يا جايگزینی واي فاي باشد. فناوري كه سرعت یک گیگا بیت بر ثانيه، يعني امكان دانلود یک فیلم فول اچ دي در چند ثانیه را فراهم می كند. تكنولوژي لاي فاي یک تكنولوژي نوظهور است كه دوران طفولیت خود را سپري می كند(خبازیان:1396).
ايده لاي فاي توسط هارالد هاس فيزيكدان آلماني مطرح شد. وي تكنولوژي را با عنوان " داده در ميان روشنايي " ارائـه كـرد و بيـان كـرد ايـن تكنولـوژي ميتواند نرخ توليد داده را به بيشتر از ده مگابيت در ثانيه يعني چنـدين برابـر سـريعتـر از پهنـاي بانـدي كـه روزانـه اسـتفاده مـيكنـيم، برسـاند (Gupta و دیگران:2015)
لاي فاي اصطلاحي است كه براي ارتباطات بيسيم سريع و ارزان كه ازمنبع نور استفاده ميكنند بكار برده ميشود(Lakshmisudha و دیگران : 2016)
Professor Harald Haas in July 2011 at TED Global Talk introduced a new technology called Li-Fi of light fidelity. Li-Fi technology relies directly on visible light communication (VLC) which uses light emitting diodes (LED)) Haas H, Yin L, Wang Y, and Chen C:2016.34)
*اشاره به معرفی تکنولوژی لای فای توسط پروفسور هارالد هاس در جولای 2013
ساختار و انواع
ارتباطات نور مرئي از نور مرئي بين 400 تراهرتز (THz) تا 800 ترا هرتز بـه عنـوان حامـل در انتقـال دادهها و روشنايي استفاده مي كند (Mishra و دیگران:2016) ( Shirkeو دیگران: 2016).
اين فناوري از پالس سريع نور بـراي انتقـال اطلاعات بصورت بيسيم استفاده ميكند(خبازیان:1396)
اجـزاي اصـلي ايـن سيسـتم ارتبـاطي عبارتنـد از(Bhattacharyaو Joshi:2015):
-يك منبع ارتباطات كه يك ال اي دي . با نور سفيد است
-يك ديود حساس به نور از جنس سيليكون كه نسبت به طول موج درون ناحيه، به عنوان عنصر دريافت شده پاسخ خوبي نشان مـي دهد.
شكل (2) عملكرد اصلي ارتباطات نور مرئي را نشان ميدهد. همانطور كه در شكل قابل مشاهده است لامـپ ال اي دي بـا روشـن و خاموش شدن، داده هاي ديجيتالي صفر و يك ايجاد ميكند. محرك لامپ جريان داده را از طريف اينترنت و سرور دريافت ميكنـد و با روشن و خاموش كردن لامپ ال اي دي سعي در انتقال آن دارد. در سمت گيرنده يك آشكارساز سـيگنال هـاي نـوري را دريافـت ميكند و تقويت و پردازش ميكند و به دستگاهي كه ازفناوري ارتباطات نوري استفاده ميكند ارسال ميكند.(خبازیان:1396)
شکل (2) نحوه عمللکرد و ساختار ارتباط نور مرئی (خبازیان:1396)
اساس تكنولوژي لاي فاي ارتباطات نور مرئي كه در آن انتقال اطلاعات از طريق يك منبع نور صورت ميگيرد، است. در اين فناوري ارتباطـات منبـع نور ال اي دي جايگزين فيبر نوري براي انتفال اطلاعات است (Lakshmisudha و دیگران:2016).
ال اي دي ها (ديوهاي منتشركننده نور)، از آنجا كه بهره وري انرژي خوبي دارند و مواد خطرناكي مانند جيوه در لامپ هاي فلورسنت ندارنـد، بـه عنـوان منبـع نور سبز شناخته ميشوند. ال اي دي ها در تجهيزات، دستگاه هاي الكتريكي و محصولات مصرفي به عنوان منبع نـور اسـتفاده مـي شـوند. ال اي دي هـا ايـن توانايي را دارند تا هزاران باردر ثانيه خاموش و روشن شوند بدون اينكه توسط چشم انسان، قابل تشخيص باشد. اين قابليت ها علـل انتخـاب ال اي دي هـا در اهداف گوناگون وتكنولوژي لاي فاي شده است (Singh و دیگران :2016)
Visible light communication (VLC) is an optical communication technology that uses visible ray of light, ranging from [400–800] THz as an optical transmitter of data by light, and it uses fast light pulses that the human eye cannot distinguish to transmit data. )Raunak, Akshay Sanganal Rahul R. Sharma:2014)
ارتباطات نور مرئی (VLC) یک فناوری ارتباطی نوری است که از پرتوهای مرئی نور استفاده می‌کند که از [400 تا 800] THz به عنوان فرستنده نوری داده توسط نور استفاده می‌کند که چشم انسان قادر به دیدن آن نیست.
کاربرد ها
مشابه بـا واي فـاي، لاي فـاي يك استاندارد ارتباط اينترنت بي سيم است. لاي فاي يك دسته از ارتباطات بيسيم نوري(OWC) اسـت. ايـن فنـاوري ازپروتكل هـاي مشابه با پروتكلهاي 802.11 باند فركانس راديوي با استاندارهاي اضافه براي مقابله با اثرات تداخل و اثـرات نـور محـيط، اسـتفاده ميكند. با اين حال اين فناوري در داخل منازل، در نور خورشيد و يا ديگر شرايط نيز ميتواند مستقر شود (Hadi : 2016).
لاي فاي يم تواند نرخ داده بالاتر (به ويژه لينك هاي مخابره زمين به هـوا و بـالعكس مـاهواره اي) و امن تي را فراهم كند در مقايسه با واي فاي كه براي فاصلههاي كوتاه است ( Chapala و دیگران : 2017)
امواج راديويي نميتوانند به زير آب نفوذ كنند در حالي كه نورمرئي ميتواند. بنـابراين قواصـان مـي- توانند با تجهيز به لاي فاي با يكديگرارتباط برقرار کنند ( Rahul و دیگران : 2017)
زيردريايي ها مي توانند از اين فناوري استفاده كنند و از اين طريق با كشتي هاي روي آب ارتباط برقرار كنند.(خبازیان : 2016)
اتومبيل ها ميتوانند چراغ هاي جلو و عقـب ازنـوع ال اي دي داشـته باشـند و ازايـن طريق با يكيگر ازتباط برقراركنند. چراغ هاي اتومبيل و چراغ هاي خياباني ميتوانند در ارتباط اتومبيل ها با يكديگر استفاده شوند. در واقع اينكارميتواند موجب كاهش تصادفات شود (Rani و دیگران : 2012)
تست و حفظ چاه هاي گاز ميتواند با سهولت و كارايي بیشتر انجام شود اسـتفاده از لاي فـاي در اين حوزه می تواند براي نظارت مستمر در زمان واقعي مؤثر باشد (خبازیان:1396)
لاي فاي ميتواند در صنایع شیمیایی و نفتی و محیط های دیگر كه در آن استفاده از امـواج رادیویی و یا دیگر فركانس هاي انتقال خطرناك است مورد استفاده قرار گيرد (Loganathan و دیگران :2016)
اتاقهاي عمل در بيمارستان اجازه استفاده از واي فاي را ندارند. تجهيزات نظـارتي در بيمارسـتان اسـتفاده از تلفن هاي همراه و واي فاي را محدود ميكنند. از آنجا كه استفاده از چراغ در اتاق عمل مجاز است بنابراين لاي فاي مـي تواند به عنوان ابزار پزشكي پيشرفته در اين محيط ها استفاده شود( Lakshmisudha و دیگران :2016)
به دليل امكان تداخل امواج موبايل بـا مـواج راديـويي سيسـتم هـاي هواپيمـا، در هـر پـرواز از مسـافران درخواست ميشود گوشي تلفن خود راخاموش كنند. لاي فاي ميتواند امكان اسـتفاده از موبايـل در حـين پـرواز را فـراهم كند (قنادی : 1393)
معایب و مزایا
گستره طیف مرئي وسيع است و تقريبا در همه جا وجود دارد همچنين آسيب ها و تهديدات انساني كه طيف هاي الكترومغناطيسـي قبلي دارند را ندارد. بنابراين نور مرئي ميتواند مشابه با اموج راديـويي درارتباطـات اسـتفاده شـود (Bhavya و Lokesh،2016).
فناوري لاي فاي در مقايسه با فناوري قبل از خود، لاي فاي مزاياي بسياري از قبيل سرعت بالاي انتقال دادهها، امنيـت بـالا، عـدم نياز به زيرساختهاي خاص و طيف وسيع فركانس دارد (Verma و دیگران :2015)
سرعت انتقال داده در لاي فاي بيش از 10 گيگا بيت در ثانيه (GBs) و اين به معني دستيابي به سرعت دانلود يك فيلم با بالاترين كيفيت در مدت 30 ثانيه است. (Suganya و وSubhalakshmiprya : 2015)
بهره وری انرژی شبکه ی وای فای در حالي كه كاربران افزا شي يم يابد، به سرعت كاهش مي يابد. با این حال، بهره وري انرژي شبكهLi-Fi در با وجود تعداد زيـادي از كاربران ثابت است (Isik و Yartasi : 2017).
بطور كلي ميتوان مزاياي لاي فاي عبارتند از (Sodhi و Johnson : 2015)
-ظرفيت: طيف نور مرئي ده هزار برابر بزرگتر از طيف فركانس راديويي است. پيش بيني ميشـود تـا سـال 2020 از طيـف راديويي استفاده شود.
- امنيت : نور مرئي نميتواند از ديوارهاي عبور كند در حالي كه امواج راديويي ميتوانند عبور كنند، بنـابراين انتقـال داده بـا استفاده ازلاي فاي تضمين كننده امنيت بيشتراست
- كارايي : در حال حاضر بيش از يك مليون دكل راديويي وجود دارد كه با مصرف برق امواج راديويي را برا انتقال ميدهنـد. به نسبت برق مصرفي اين دكلها، در لاي فاي حدود 2 بيليون لامپ ال اي دي مـی تواننـد كـارايي يشـتر در ازاي بـرق مصرفي كمتر داشته باشند.
- زيرساخت: زيرساخت اين فناوري در حال حاضر فراهم است و نياز به زيرساخت سازي وجود ندارد. دستگاههاي مورد نيـاز ارزان قيمت و مقرون به صرفه است.
در مقايسه چند تكنولوژي زيگ بي، بلوتوث، واي فاي، واي مكس و لافاي، لايفاي با بيشترين نرخ انتقـال كـم هزينه، مطمعن و امن است (Achal و Kolhe : 2017)
جدول (1) يك مقايسه از اين فناوري ها در چند پارامتر سال، برد، اسـتاندارد و غيره ارائه ميدهد.
جدول (1) مقايسه بين چند فناوري ارتباطات
One of the advantages that Li-Fi technology also provides is the great speed in data transmission. The technology based on light waves, understanding that light waves are 10,000 times the frequency of radio waves(Raunak, Akshay Sanganal Rahul R. Sharma:2014)
* یکی از مزایایی که فناوری Li-Fi نیز فراهم می کند این است سرعت بالا در انتقال اطلاعات فناوری مبتنی بر نور امواج، درک اینکه امواج نور 10000 برابر فرکانس امواج رادیویی است
چالش ها
ظرفيت، بهره وري، دسترسي و امنيت مهمترين چالشها در تكنولوژي لاي فاي است(Singh و ديگران 2016).
انتقال داده ها از يك سمت به سمت ديگر، يكي از مهمترين فعاليتهاي روزانه است كه با استفاده از شبكه هاي راديوي بي سيم فعلي كه ما را به اينترنت متصل مي كنند، انجام ميشود. در اين ارتباطات، انتقال داده در زماني كه چندين دستگاه متصل هستند، . كند است هنگامي كه تعداد دستگاه هاي متصل كاهش مي يابد، دسترسي به اينترنت افزايش يافته و اين به دليل پهناي بانـد ثابـت اسـت كـه موجب دشواري بيشتر در افزايش نرخ انتقال داده و اتصال به يك شبكه امن شده است.(خبازیان:1396)
در حالي كه لاي فاي مزيتهاي فراواني نسبت به سيگنالهاي راديوي دارد، با اين وجود عدم عبور نـور مرئـي از داخـل ديـوار يـك چالش بسيار بزرگ براي اين تكنولوژي محسوب ميشود (Hadi : 2016 ).
ساير چالشهاي موجود درحوزه فنـاوري لاي فـاي عبارتنـد از (Chatterjee و دیگران : 2015 ):
- لای فای به خط دید نیاز دارد.
- در صورت تغير مكان تجهيزات شبكه، نياز به اعمال تغيراتي مطابق با شرايط آب و هوايي وجود دارد.
- ارتباط برگشت از طرف دريافت كننده به انتقال دهنده هنوز يك مسئله است
- در صورت قطع روشنايي دسترسي به اينترنت قطع ميشود.
ابزار ها و نرم افزار ها
سيستم هاي مبتني بر ارتباطات نور مرئي از ال اي دي (LED) به منظور ارسال پالس هاي نوري با سرعت بسيار بالا استفاده می کند. (خبازیان:1396).
روشن و خاموش كردن لامپ ها در نانوثانيه كار مي كند كه اين خاموش روشن شدن توسط چشم انسان قابل تشخيص نيسـت(Sodhi و johnson:2015)
لاي فـاي از تكنيـك خاموش و روشن كردن لامپ ال اي دي با سرعت بسيار بالا و غير قايل تشخيص چشم انسان براي توليـد دادههـا بصـورت صـفر و يك استفاده ميكند.(خبازیان:1396)
جهت مطالعه بیشتر:
قاسمیان، الهام،1395،تکنولوژی جدید Li-Fi،کنفرانس بین المللی پژوهش در علوم و مهندسی،https://civilica.com/doc/536919
قنادي, احمد، (1393 (ي، ارتباطات نور يب ميس با استفاده از نور مرئ ،ي دوم ني هما شي ملي پـژوهش هـاي كـاربردي در علـوم كامپيوتر يو فناور اطلاعات، تهران، دانشگاه جامع علمي كاربردي
Gupta.Sa, Gupta.S , Pandey.S,(2016 “Study & Analysis of Role of Li-fi in Future”, International Journal of Smart Home Vol. 10, No. 2, (2016), pp. 213-218
Achal B. Kolhe, Prof. R. N. Mandavgane, (2017) ,A Review: Wireless Communication Using Li-Fi, International Journal on Recent and Innovation Trends in Computing and Communication ISSN: 2321-8169,Volume: 5 Issue: 1 (Special Issue) 21 – 24
Mishra.P, Poddar.J, Priya.S, kumara.M, ( 2016), “Padmini A Review On LiFi : The Green WiFi”, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), Volume: 03 Issue: 03 | Mar2016,Pages 99-103.
· Singh.G, Yadav.S, Nadar.E, Nanade.G.A, (2016), “Transmission of Data Using Li-Fi Technology” , International Journal of Computer Science Trends and Technology (I JCS T) – Volume 4 Issue 2, Mar - Apr 2016, ISSN: 2347-8578, pages.199-202.
M. A. Hadi,(2016), “Wireless Communication tends to Smart Technology Li-Fi and its comparison with Wi-Fi”, American Journal of Engineering Research (AJER) p-ISSN : 2320-0936 ,Volume-5, 2016,Issue-5, pp-40-47.
Shirke Suraj .V, Dalvi Sagar .D, Ligade Pankaj .S ,( 2016), “ Li-Fi: Data Transmission through Light”, International Journal of Innovative Research in Computer and Communication Engineering ,Vol. 4, Issue 3, March 2016,4416-4421.
