وای فای «WiFi»

اختراع وای فای «WiFi»

AU666411B2
جان سالیوان

امروزه فناوری وای‌فای «WiFi» نقش مهمی در زندگی روزمره افراد و برقراری ارتباطات ایفا می‌نماید. اختراع این فناوری محبوب و حذف چالش لزوم استفاده از سیم برای اتصال دستگاه‌ها به یکدیگر و به اینترنت، شاید آنقدر حائز اهمیت است که نبود آن، می‌توانست مانعی بزرگ در مسیر پیشرفت جوامع و فناوری‌های بعدی گردد. امروزه وابستگی به این فناوری، تا حدی پیش رفته است که لزوم وجود آن در امکان عمومی مختلف، مانند دانشگاه‌ها، هتل‌ها، فرودگاه‌ها و حتی وسایط نقلیه عمومی، به یک استاندارد حداقلی بدل شده است. البته باید به این نکته مهم توجه داشت که گاهاً در میان عموم، به‌اشتباه اصطلاحات اینترنت و وای‌فای، به‌جای یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ این در حالیست که اگرچه این دو مقوله ارتباط تنگاتنگی با هم دارند، ولی نمی‌توان آن‌ها را معادل یکدیگر دانست.

«WiFi»، مخفف عبارت «Wireless Fidelity» و به معنای وابستگی بی‌سیم است. این فناوری، نه تنها امکان ارتباط بی‌سیم به اینترنت را برای رایانه‌ها، گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها را فراهم می‌نماید، بلکه در طیف وسیعی از ارتباطات خاص دیگر، از جمله کنسول‌های بازی، پرینترها، سنسورها، لوازم خانگی و دیگر دستگاه‌ها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. بدون شک، پیشرفت‌های صورت گرفته در فناوری اینترنت اشیا، مدیون این فناوری منحصربه فرد بوده که به واسطه آن، امکان ارتباطات هر چه بیش‌تر و نزدیکی به دنیای هوشمند، فراهم گردیده است. عمده‌ترین کاربرد وای‌فای که در میان عموم نیز شناخته شده است، اتصال به اینترنت در دستگاه‌های مختلف و با استفاده از سیگنال‌های رادیویی و یک دستگاه انتقال‌دهنده است. هنگامی‌که یک انتقال‌دهنده، داده‌هایی را از اینترنت دریافت می‌نماید، آن‌ها را به سیگنال‌های رادیویی و قابل‌خواندن توسط دستگاهی که از فناوری وای‌فای پشتیبانی می‌کند، تبدیل نموده و اطلاعات، میان دستگاه و انتقال‌دهنده تبادل می‌شود.

همانند بسیاری از اختراعات دیگر، مخترعین و به تناسب آن، پتنت‌های زیادی در پیدایش و توسعه شکل کنونی فناوری وا‌ی‌فای، نقش داشته‌اند. در واقع، می‌توان گفت که دستیابی به اختراع وای‌فای، بسیار تدریجی بوده و حتی در ابتدای امر، هدف از ارائه آن، چیزی نبوده که امروزه به‌صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اساس استفاده از امواج رادیویی، نسبتاً ساده بود؛ اما استفاده از این فناوری، با مشکلاتی نیز همراه بود و به صورت ویژه، استفاده از این امواج در محیط‌های بسته، با چالش‌هایی همراه بود. بازگشت امواج از سطوح داخلی و ایجاد اکو و در نهایت اعوجاج امواج، مشکلی بود که بسیاری از غول‌های ارتباطات دنیا، به‌طور موازی در پی یافتن راه حلی برای آن بودند. در همین زمان، در حالی که همه این غول‌ها در حل مشکل با شکست روبرو شده بودند، سازمان تحقیقات صنعتی و علمی رفاه عمومی استرالیا «CSIRO»، موفق به ارائه راه حلی بسیار سریع و کارا برای این مشکل شد. این سازمان که به منظور تحقیقات در حوزه ستاره‌شناسی رادیویی، یک تیم تحقیقاتی متشکل از  تخصص‌های مختلف را گرد هم آورده بود، با مدیریت دکتر جان سالیوان «John O'Sullivan» و همکاری تری پرسیوال «Terry Percival»، دایت اوستری «Diet Ostry»، گراهام دانیلز «Graham Daniels» و جان دین «John Deane»، با توسعه یک چیپ مخصوص، موفق به حل این مشکل شدند. «CSIRO»، در نوامبر سال ۱۹۹۲ میلادی و بعد از توسعه کاربرد اصلی دستاورد خود، اقدام به ثبت داخلی این اختراع در کشور استرالیا نمود، درخواستی که قریب به سه سال بعد، در فوریه سال ۱۹۹۶ میلادی، موفق به اخذ گواهی ثبت اختراعی با شماره «AU666411B2» گردید. لازم به ذکر است که این سازمان استرالیایی، با توجه به اهمیت بسیار بالای دستاورد خود، نسبت به حفاظت از آن در طیف وسیعی از مناطق جغرافیایی مختلف اقدام نمود که از آن جمله، می‌توان به ثبت در دفتر ثبت اختراع اروپا، آمریکا، ژاپن، دانمارک، پرتغال، آلمان، اتریش، اسپانیا و یونان، اشاره نمود.

فناوری وای‌فای، برای اولین بار در سال ۱۹۹۷ میلادی عرضه گردید و در راستای آن، استاندارد «IEEE802.1» که شامل مجموعه استانداردهای ارتباطات بی‌سیم برای شبکه‌های محلی «WLANs» است، شکل گرفت. بعد از کشف این فناوری ارزشمند و ثبت و حفاظت از آن توسط «CSIRO»، انجمن مهندسین برق و الکترونیک، این پتنت را به‌عنوان یک استاندارد پذیرفت و «CSIRO» نیز متعهد شد که مجوز بهره‌برداری از پتنت خود را، با قیمتی منصفانه، منطقی و بدون تبعیض، به متقاضیان اعطا نماید. در پی این اتفاق، مشخصه‌های فنی وای‌فای تعیین گردید و امکان انتقال ۲ مگابایت داده در ثانیه، بین دستگاه‌ها فراهم شد. این موضوع، باعث توسعه تجهیزات اولیه شد و بالاخره در سال ۱۹۹۹ میلادی، وای‌فای برای استفاده خانگی نیز عرضه گردید. در این فناوری، از امواج الکترومغناطیس با فرکانس‌های ۲.۴ و ۵ گیگاهرتز استفاده می‌شود و البته در طی سال‌های متمادی، از فرکانس ۲.۴ گیگاهرتزی استفاده بیش‌تری می‌شد، چراکه بسیاری از دستگاه‌های مهم با این فرکانس کار می‌کردند و البته با هزینه کم‌تری نیز همراه بود.

 

 

گذر زمان، استانداردهای جدید را نیز برای این فناوری به همراه داشت. در سال ۲۰۰۳، پوشش و سرعت بیش‌تر نسخه‌های جدید منجر به ارائه استاندارد «802.11g» شد. البته بهبود و توسعه مودم‌ها نیز در شکل‌گیری استانداردهای جدید بی‌تأثیر نبود و استفاده از این فناوری تا حدی بهبود یافت که تا حدد زیادی نسبت به سایر بسترهای انتقال داده، از جمله سریع‌ترین روش‌های ارتباطات با سیم نیز برتری یافت. در سال ۲۰۰۹، استاندارد «802.11n» ارائه گردید که از استاندارد سابق نیر سریع‌تر و قابل‌اطمینان‌تر بود. این بهبود کارایی جدید، به فناوری ورودی و خروجی چندگانه «MIMOs» نسبت داده می‌شود که در آن، از چندین آنتن برای بهبود ارتباط انتقال‌دهنده و دریافت‌کننده استفاده گردید. این موضوع، موجب افزایش انتقال داده بدون نیاز به افزایش پهنای باند و یا قدرت شد. توسعه و گسترش دستگاه‌ها و فناوری‌های بی‌سیم، مانند بلوتوث و استفاده آن‌ها از فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز، موجب شلوغی و آهسته شدن این فرکانس شد. در نهایت فرکانس ۵ گیگاهرتز، گزینه جذابی برای استفاده در وای‌فای شد. لازم به ذکر است که امروزه روتورها، قابلیت استفاده از دو پهنای باند ۲.۴ و ۵ گیگاهرتزی را دارند. البته به‌طور پیش‌فرض، از پهنای ۵ گیگاهرتز که سریع‌تر و کاراتر است استفاده می‌کنند و مشکل اشاره شده را ندارد. ولی در صورتی که دستگاه در فاصله بیش‌تر و یا پشت دیوار باشد، از فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز جهت بازیابی استفاده می‌گردد.

گفتنی است، اگرچه  در این سال‌ها تولید دستگاه‌های بی‌سیم، به‌شدت افزایش‌یافته بود و همچنین فناوری سازمان تحقیقات صنعتی و علمی استرالیا، به یک استاندارد جهانی بدل شده بود که توسط شرکت‌های متعددی مورد استفاده قرار می‌گرفت، اما هیچ‌یک از آن‌ها حقوق مربوطه را پرداخت نکرده بودند. در همین راستا، در سال ۲۰۰۵، «CSIRO» در یک دادگاه آمریکایی، اقدام به طرح دعوی علیه ۱۴ شرکت بزرگ فناور، از جمله «Dell»، مایکروسافت، «hp»، اینتل و توشیبا نمود و به دنبال آن، موفق شد که بیش از ۲۰۰ میلیون دلار غرامت از آن‌ها دریافت نماید و به عنوان شروعی موفق، شرکت‌های زیادی را نیز مجبور به پرداخت حق لیسانس مربوط به این فناوری نمود. البته دعاوی دیگری نیز علیه شرکت‌های بزرگ مخابراتی آمریکا، مانند «AT&T» و «T-MOBILE» مطرح شده و آن‌ها را نیز متهم به کاربرد بدون اجازه از این فناوری، در برخی از دستگاه‌هایشان نموده است.

طبق برآوردهای انجام‌شده فناوری وای‌فای درآمدی بالغ بر یک میلیارد دلار برای سازمان تحقیقات صنعتی و علمی رفاه عمومی استرالیا داشته است. این سازمان، شرکت‌های لنوو، سونی و ایسر را نیز مورد هدف قرار داده و مدعی شده که معادلات ریاضی معرفی شده در پتنت این سازمان که اساس فناوری وای‌فای بوده است، بدون پرداخت حقوق مربوطه، در فناوری‌های متعدد این کمپانی‌ها، از جمله درگوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها، روتورها و کنسول‌های بازی، مورد استفاده قرار گرفته است. نکته قابل‌توجه دیگر که لزوم حفاظت در مناطق جغرافیایی مختلف را نشان می‌دهد، این است که با توجه به عدم ثبت پتنت در کشورهایی همچون روسیه، چین و کره جنوبی، این سازمان نتوانست از محصولاتی که در این کشورها تولید و توزیع می‌شد، درآمدی داشته باشد.

از آنجا که این فناوری از پتانسیل بالایی برای ارتباطات بی سیم برخوردار است، محققین زیادی به‌جای توسعه فناوری‌های جایگزین، در تلاش برای بهبود مستمر آن هستند. در سال ۲۰۱۲، استاندارد دیگری با عنوان «80.11ac» معرفی گردید که سرعت چهار برابری و قابلیت پشتیبانی از آنتن‌های بیش‌تر نسبت به نسخه‌های قبلی را به همراه داشت و این، به معنی ارسال سریع‌تر داده بود. در همین سال، مفهوم جدیدی با نام بیم فورمینگ «Beamforming»، توسط «اریک جیلر» ارائه شد که بعد از استفاده از آن در روتورها، بر قابلیت آن‌ها افزوده شد و مصرف انرژی توسط این دستگاه‌ها کاهش یافت. بر اساس بیم فورمینگ، به‌جای ارسال یک سیگنال در ناحیه وسیع، سیگنال متمرکزشده و مستقیماً به دستگاه هدف ارسال می‌شود. این موضوع، نه‌تنها آلودگی فرکانسی محیط را کاهش می‌دهد، بلکه مصرف انرژی را نیز کاهش داده و در کنار آن، قدرت سیگنال ارسالی را نیز افزایش می‌دهد.

امروزه استفاده از وای‌فای به‌عنوان بستری برای انتقال اطلاعات همچنان محبوب است. فناوری‌های رمزنگاری، این بستر انتقال داده را امن‌تر نموده و از ورود افراد ناخواسته به ارتباط بی‌سیم جلوگیری می‌کنند. چشم‌اندازی که برای این فناوری متصور است، چیزی بیش از اتصال به اینترنت برای چک کردن ایمیل‌ها یا صفحات اجتماعی است. وای‌فای امکان اتصال طیف وسیع و تعداد زیادی از دستگاه الکترونیکی و محاسباتی را جهت تبادل داده فراهم می‌کند، پدیده‌ای که به اینترنت اشیا شناخته شده است. البته در حوزه ارتباط بی‌سیم، خبرهایی در رابطه با توسعه فناوری‌های دیگری نیز به گوش می‌رسد و ادعا می‌شود که در آینده، آن‌ها می‌توانند جایگزینی برای وای‌فای باشند. یکی از این فناوری‌ها، «LiFi» است که در شرایط آزمایشگاه، به‌سرعت ۲۲۴ گیگابایت در ثانیه رسیده و در شرایط معمول، می‌تواند سرعت صد برابری وای‌فای را داشته باشد. در این فناوری، برای انتقال داده، به‌جای امواج الکترومغناطیسی از پالس‌های نوری دیودهای «LED» استفاده می‌شود. یکی از مزایای این فناوری، علاوه بر سرعت فوق العاده آن، عدم ایجاد تداخل الکترومغناطیسی است که آن را گزینه مناسبی برای استفاده در اماکن حساس، مانند بیمارستان‌ها و کابین‌ خلبان نموده است. البته امواج نوری، نمی‌توانند از دیوار عبور کنند و همین موضوع، نشان می‌دهد که احتمالاً این فناوری تنها برای ارتباطات با فواصل کوتاه مناسب بوده و نمی‌تواند جایگزینی برای وای‌فای باشد.

در پایان، لازم به ذکر است که دکتر سالیوان، نقش مهمی در پیدایش و توسعه فناوری وای‌فای داشته است و به‌واسطه تلاش‌های خود در این حوزه، جوایز متعددی نیز دریافت نموده است. در سال ۲۰۱۲ میلادی، سازمان ثبت اختراعات اروپا اختراع وی را به‌عنوان بهترین اختراع در دسته کشورهای غیراروپایی معرفی نمود. در سال ۲۰۱۷ نیز، انجمن مهندسان برق و الکترونیک، جایزه «Masaru Ibuka Consumer Electronic Award» را به وی اعطا نمود. این جایزه معتبر که به ‌افتخار بنیان‌گذار شرکت سونی، «ماسارو ایبوکا»، با نام وی همراه شده است، به افراد تأثیرگذار در فناوری‌های الکترونیک اعطا می‌گردد.