طراحی و ساخت بی سیم لیزری - جلسه اول
اهداف جلسه: آشنایی با مخابرات نوری
انتقال اطلاعات:
فرض کنید پنجره اتاق شما در جایی قرار دارد که می توانید از آن پنجره اتاق دوستتان در چند کوچه آن طرف تر را مستقیماً ببینید. برای این که به دوستتان اطلاع دهید که در مورد یک موضوع خاص نظرتان مثبت است یا منفی چه راه حلی دارید؟ مسلماً فرض براین است که نمی توانید از تلفن استفاده کنید! در حالت کلی فرض کنید می خواهید جواب یک سۆال بله یا خیر را به او بدهید، چه روشی را پیشنهاد می کنید؟
- آیا پشت پنجره می ایستید و دست خود را بالا می برید یا چیزی را مثل یک صفحه کاغذ برای او تکان می دهید؟!
- آیا با کمک یک چراغ قوه به او علامت خواهید داد؟!
- یا جواب را به صورت درشت روی کاغذ نوشته و به او نشان می دهید؟! البته این به شرطی است که فاصله دو پنجره به اندازه کافی کم باشد.
- .....
اولین چیزی که به نظر می رسد این است که شما به عنوان فرستنده اطلاعات و دوستتان به عنوان گیرنده آن، نیاز به یک قرارداد دارید تا به کمک آن دوست شما بفهمد که اولاً شما به چه طریق جواب او را خواهید داد و دوم این که مثلاً روشن کردن چراغ توسط شما چه معنایی خواهد داشت؟! به نظر می رسد در میان راه حل های ارائه شده استفاده از یک منبع نور مثل چراغ قوه منطقی ترین راه باشد چرا که استفاده از آن علاوه بر روزها در شب هم امکان دارد و این که برای مسافت های تقریباً طولانی هم کاربرد دارد.
اما اگر اطلاعاتی که می خواهند به هم منتقل کنند بیشتر از یک پاسخ ساده " بله " یا " خیر " باشد، چه راه حلی پیشنهاد خواهید کرد؟ یک روش این است که از چند منبع نور با رنگ های مختلف استفاده کنیم. برای این کار طبق قراردادی که با دوستمان بسته ایم. با ترتیب خاصی از این منابع استفاده خواهیم کرد. مثلاً یک حالت می تواند نشان دادن نورهای قرمز - سبز - آبی باشد و دارای این مفهوم باشد که شما تکالیف خود را انجام نداده اید و یا این که دوست شما با دیدن رنگ های سبز - قرمز - آبی طبق قرارداد خواهد فهمید که شما می خواهید هر چه زودتر او را ببینید. شاید بزرگترین اشکال این روش آن است که شما همیشه مجبور هستید برای برقراری ارتباط منابع نور با رنگ های مختلف در اختیار داشته باشید.
روش دوم این است که شما فقط یک منبع نور داشته باشید ولی طبق قرارداد انجام گرفته بین دو طرف آن را به تعداد خاصی روشن و خاموش نمایید. مثلاً 3 بار روشن و خاموش به معنای آن باشد که هنوز تکالیفتان را انجام نداده اید و 5 بار روشن و خاموش کردن نور به معنی تقاضای شما برای دیدن هر چه سریعتر وی باشد. مسلماً این روش نسبت به روش قبلی ساده تر است چرا که فقط به یک منبع نور احتیاج دارد.
بیائید کمی پیچیده تر به قضیه نگاه کنیم! فرض کنید شخص سومی وجود دارد که از قرارداد شما و دوستتان در زمینه انتقال اطلاعات با خبر است اما شما نمی خواهید از اطلاعاتی که بین شما منتقل می شود با خبر شود. چه راهکاری پیشنهادی می کنید؟ در واقع باید دنبال روشی باشید که مانع دستیابی اشخاص دیگر به اطلاعات شما باشد. شما اولین روشی که به ذهنتان برسد این باشد که قرارداد بین خودتان و دوستتان را عوض کنید! اما این کار دو عیب بزرگ دارد.
1- شما باید به نحوی متوجه شوید که شخص دیگری از قرارداد شما باخبر شده و مشغول " شنود " اطلاعات شماست. به این معنی که شاید شما اصلاً متوجه نباشید که شخص دیگری در حال استفاده از اطلاعات شما می باشد. شما به صورت عادی به انتقال اطلاعات مشغول خواهید بود در حالی که شخص سوم مدام از اطلاعات شما با خبر است!
2- دوم این که تغییر دادن قرارداد بین خودتان یک کار وقت گیر و پر زحمت است که شما مجبور خواهید بود هر از چند گاهی آن را انجام دهید. پس راه حل چیست؟ به نظر می رسد اگر بتوان کاری کرد که نوری که شما ارسال می کنید فقط از پنجره اتاق دوستتان قابل دیدن باشد مشکل حل خواهد شد. پس شما باید به طریقی نور را به پنجره اتاق همدیگر متمرکز نمائید. یعنی از یک منبع نور قوی استفاده کنید که در کنار داشتن شدت کافی برای رسیدن به مقصد قادر باشد فقط ناحیه کوچکی را روشن نماید. حتماً شما با چنین وسیله ای آشنا هستید.
بله راه حل این مشکل استفاده از اشعه متمرکز لیزر است. استفاده از لیزر برای انتقال اطلاعات مشکل " شنود " شخص سوم را حل می کند. اکنون بیائید باز هم صورت مسأله ار پیچیده تر کنیم. تا اینجای کار شما یک قراداد با دوستتان دارید که طبق آن معنای تعداد دفعات روشن و خاموش کردن لیزر برای هر دو طرف مشخص است و برای این که از اطلاعات ارسالی و دریافتی خود محافظت کنید از اشعه لیزر استفاده کرده اید. سۆالی که در اینجا ممکن است مطرح شود این است که شما از کجا مطلع می شوید چه زمانی دوست شما پشت پنجره است تا اطلاعات را برای او بفرستید. اگر شخص دیگری به جای دوست شما پشت پنجره اش بود و از قرارداد شما خبر داشت چه اتفاقی خواهد افتاد؟
یک راه حل عملی این است که قبل از این که شروع به ارسال و دریافت اطلاعات کنید ابتدا با یک روش خاص نور را به پنجره اتاق دوستتان بتابانید و منتظر دریافت یکسری اطلاعات شخصی از طرف او باشید مثلاً 3 بار نور را خاموش و روشن کرده کمی صبر کنید و مجدداً 3 بار نور را خاموش و روشن نمائید. دوست شما نیز در جواب 4 بار نور را خاموش و روشن نماید با این کار اولاً شما متوجه می شوید که کسی برای گرفتن اطلاعات وجود دارد و ثانیاً آن شخص دوست شماست.
مخابرات نوری:
با توجه به مطالب فوق شما به صورت گام به گام یک سیستم بسیار ساده مخابرات نوری را طراحی کرده اید! امروزه مخابرات نوری نقش بسیار مهمی در عرصه ارتباطات ایفا می کند. دلیل این امر مزایای نسبتاً زیاد این سیستم ها نسبت به سیستم های مخابراتی مبتنی بر سیم یا روش های بی سیم، است. به عنوان مثال یک مزیت سیستم های مخابرات نوری سرعت بالای تبادل اطلاعات در آن هاست چرا که اطلاعات با سرعت نور مبادله می شود. از سوی دیگر معمولاً در این سیستم ها از فیبرنوری برای انتقال نور استفاده می شود. مزیت فیبر نوری نسبت به کابل های مسی ظرفیت زیاد انتقال اطلاعات بر روی هر فیبر است.
به طوری که روی یک فیبر نوری می توان اطلاعات مربوط به هزاران ( چند هزار ) مکالمه تلفنی را منتقل نمود در حالی که فقط اطلاعات حداکثر چند صد مکالمه تلفنی روی یک کابل متشکل از چندین زوج سیم قابل انجام است. حسن دیگر سیستم های نوری آن است که قابلیت شنود اطلاعات در آن ها بسیار کم است چرا که اگر کسی بخواهد اطلاعات را شنود کند باید در مسیر نور قرار گیرد. با این کار گیرنده دیگر نوری دریافت نکرده متوجه شنود خواهد شد. شما در سیستم مخابرات نوری ای که طراحی کرده اید موارد زیر را رعایت کرده اید:
1- در ابتدا یک قرارداد بین خودتان تنظیم کرده اید که چگونه اطلاعات را بین خودتان منتقل کنید. در حالت کلی به این کار تنظیم یک پروتکل ارتباطی گفته می شود.
2- با استفاده از روش به کار گیری منبع نور به جای چند منبع نور رنگی روش مدولاسیون اطلاعات را انتخاب کرده اید. در مورد مدولاسیون در جلسه بعد بیشتر صحبت خواهید کرد.
3- یک روش ساده برای امنیت(security) انتقال اطلاعات طراحی کرده اید. به این معنی که ابتدا مطمئن شدید که گیرنده اطلاعات آماده دریافت است و نیز این که او همان گیرنده واقعی است که باید باشد. به این روش که در ابتدای برقراری ارتباط بین فرستنده و گیرنده انجام می شود در علم مخابرات "دست دادن" یا " handshake" گفته می شود. این کار نشان می دهد فرستنده و گیرنده آماده ارسال دریافت هستند. با تعریف پروژه با توجه به مطالب فوق با کلیات سیستم های مخابرات نوری آشنا شدید. در ادامه سعی خواهیم کرد یک سیستم ساده نوری برا ارسال و دریافت اطلاعات طراحی کرده و آن را عملاً بسازیم. هدف ما ساخت یک بی سیم لیزری است تا بتوان به کمک آن صحبت های یک نفر توسط نور لیزر به یک مکان دورتر منتقل شود.
در جلسه بعد بیشتر در مورد این پروژه صحبت خواهیم کرد.
منابع مطالعه: برای مطالعه بیشتر می توانید به منبع زیر مراجعه نمایید.
http://en.wikipedia.org/wiki/Telecommunication
تکلیف: به عنوان تکلیف این جلسه، درباره فیبر نوری تحقیق نموده و آن را با سیم مسی از لحاظ انتقال اطلاعات مقایسه نمایید.
مطالب مرتبط:
طراحی و ساخت بی سیم لیزری - جلسه دوم
طراحی و ساخت بی سیم لیزری - جلسه سوم
طراحی و ساخت بی سیم لیزری - جلسه چهارم
طراحی و ساخت بی سیم لیزری - جلسه پنجم
طراحی و ساخت بی سیم لیزری - جلسه ششم
طراحی و ساخت بی سیم لیزری - جلسه هفتم
طراحی و ساخت بی سیم لیزری - جلسه هشتم
