الاتصالات البصرية في الفضاء الحر

الاتصالات البصرية في الفضاء الحر (إف إس أوFSO) هي تقنية اتصالات بصرية تستخدم انتشار الضوء في الفضاء الحر لنقل البيانات لاسلكيًا للاتصالات أولشبكات الكمبيوتر. »الفضاء الحر« يعني الهواء أوالفضاء الخارجي أوالفراغ أوشيئًا مشابهًا. هذا مغاير لاستخدام المواد الصلبة مثل كابل الألياف الضوئية.

هذه التكنولوجيا مفيدة عندما تكون الاتصالات الفيزيائية غير عملية بسبب ازدياد التكاليف أواعتبارات أخرى.

التاريخ

الاتصالات البصرية، في أشكالها مختلفة، استخدمت لآلاف السنين. استخدم اليونانيون القدماء نظامًا أبجديًا مشفرًا للإشارة باستخدام المشاعل التي طورها كليوكسينوس وديموكليتوس وبوليبيوس. في العصر الحديث، طُورت أعمدة الإشارات والتلغراف الشمسي اللاسلكي الذي يسمى الهيلوغراف، باستخدام إشارات مشفرة للتواصل مع مستقبليها.

في عام 1880، أنشأ ألكسندر غراهام بيل ومساعده تشارلز سومنر تاينتر التلفون الضوئي في «مختبر فولتا» الذي أنشأه بيل حديثًا في العاصمة واشنطن. اعتبره بيل اختراعه الأكثر أهمية. يسمح الجهاز بنقل الصوت عبر حزمة من الضوء. في ثلاثة يونيوعام 1880، أجرى بيل أول إرسال هاتفي لاسلكي في العالم بين مبنيين، على بعد نحو213 متر (700 قدم). اتى أول استخدام عملي له في أنظمة الاتصالات العسكرية بعد عدة عقود، لأول مرة للإبراق البصري. استخدمت القوات الاستعمارية الألمانية مرسلات الإبراق الهيلوغرافي أثناء التطهير العرقي في ناميبيا ابتداء من عام 1904، في جنوب غرب إفريقيا الألماني (ناميبيا الحالية) كما عملت الإشارات البريطانية أوالفرنسية أوالأمريكية أوالعثمانية.

أثناء حرب الخنادق خلال الحرب العالمية الأولى عندما كانت تٌبتر الاتصالات السلكية في كثير من الأحيان، استخدمت الإشارات الألمانية ثلاثة أنواع من أجهزة إرسال مورس البصرية تسمى «بلينك غيريت»، النوع المتوسط لمسافات تصل إلى أربعة كم (2.5 ميل) في وضح النهار، وما يصل إلىثمانية كم (5 أميال) في الليل، وذلك باستخدام المرشحات الحمراء للاتصالات غير القابلة للكشف. اختُبرت الاتصالات الهاتفية البصرية في نهاية الحرب، ولكن لم تُدخل على مستوى القوات. بالإضافة إلى ذلك، استخدمت «بلينك غيريت» المميزة للتواصل مع الطائرات والمناطيد والدبابات، مع نجاح متفاوت.

كانت المستوى التكنولوجية الرئيسية هي استبدال شفرة مورس عن طريق تعديل الموجات البصرية لنقل الكلام. طورت شركة كارل زايس إيه جي في جينا «ليشت شبريخ غيريت 80/80» (جهاز للتحدث البصري) الذي استخدمه الجيش الألماني في وحدات الدفاع المضادة للطائرات في الحرب العالمية الثانية، أوفي المخابئ عند الجدار الأطلسي.

أحدثَ اختراع الليزر في الستينيات ثورة في بصريات الفضاء الحر. كانت المنظمات العسكرية مهتمة بشكل خاص وعززت تطويرها. مع ذلك، فقدت التكنولوجيا زخم السوق عندما كان هجريب شبكات الألياف الضوئية للاستخدامات المدنية في ذروته.

تستخدم الكثير من أدوات التحكم عن بعد البسيطة والرخيصة الموجهة للمستهلكين اتصالًا منخفض السرعة باستخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء؛ وهوما يعهد باسم تقنيات الأشعة تحت الحمراء الموجهة للمستهلك.

الاستخدامات والتقنيات

يمكن تطبيق الوصلات الضوئية من نقطة إلى نقطة في الفضاء الحر باستخدام ضوء الليزر بالأشعة تحت الحمراء، على الرغم من إمكانية الاتصال بمعدل بيانات منخفض عبر مسافات قصيرة باستخدام الثنائيات الباعثة للضوء «ليدز». تعد تقنية جمعية إرسال البيانات باستخدام الأشعة تحت الحمراء (إردا IrDA) شكلًا بسيطًا جدًا من الاتصالات البصرية في الفضاء الحر. من جهة الاتصالات، تعتبر تقنية «إف إس أو» جزءًا من تطبيقات الاتصالات اللاسلكية البصرية. يمكن استعمال بصريات الفضاء الحر للاتصالات بين المركبات الفضائية.

المنتجات التجارية

في عام 2008، قدمت شركة اتصالات «إم آر ڤي» نظامًا يعتمد على البصريات في الفضاء الحر «إف إس أو» بمعدل نقل بيانات يبلغعشرة غيغابت في الثانية مدعية في البداية مسافة 2 كيلومتر مع إتاحة عالية. هذا الجهاز لم يعد متوفرًا؛ قبل نهاية العمر الافتراضي، خُفضت المسافة المفيدة للمنتج إلى 350 متر.
في عام 2013، بدأت شركة «موستكوم» في إنتاج نظام اتصالات لاسلكي حديث بشكل متسلسل، وكان معدل بياناته أيضًا يصل إلىعشرة غيغابت في الثانية، بالإضافة إلى مجال محسن يصل إلى 2.5 كيلومتر، ولكن للحصول على فترة تشغيل تصل إلى 99.99 بالمئة استخدم المصممون حلًّا هجينًا للترددات اللاسلكية، ما يعني حتى معدل البيانات ينخفض إلى مستويات منخفضة للغاية أثناء الاضطرابات الجوية (عادة ما يصل إلىعشرة ميغابت في الثانية). في أبريل 2014، عرضت الشركة مع المركز الفهمي والتكنولوجي «فيرود» سرعة نقل 30 غيغابت في الثانية تحت «ظروف المختبر».
تقدم «لايت بوينتي» الكثير من الحلول الهجينة المماثلة لما تعرضه «موستكوم».

المسافة المفيدة

لطالما كانت موثوقية وحدات «إف إس أو» معضلة في الاتصالات التجارية. بشكل مستمر، وجدت الدراسات عددًا كبيرًا من الحزم المسقطة وأخطاء الإشارات خلال النطاقات الصغيرة (400 إلى 500 متر). هذه النتائج صدرت من الدراسات المستقلة، كما هوالحال في جمهورية التشيك، ومن الدراسات الرسمية الداخلية أيضًا على مستوى البلاد، مثل تلك التي أجراها فريق «إم آر في» المختص ب «إف إس أو». أنتجت الدراسات القائمة على أساس عسكري تقديرات أطول للموثوقية، متسقطة حتى يصل المدى الأقصى للوصلات البرية من 2 إلى ثلاثة كم (1.2 إلى 1.9 ميل). تتفق جميع الدراسات على حتى استقرار ونوعية الوصلة يعتمد بشكل كبير على العوامل الجوية مثل المطر والضباب والغبار والحرارة. يمكن استعمال المرحلات لتوسيع نطاق اتصالات «إف إس أو».

تمديد المسافة المفيدة

السبب الرئيسي وراء اقتصار الاتصالات البرية على وظائف الاتصالات غير التجارية هوالضباب. يبقي الضباب باستمرار وصلات ليزر «إف إس أو» التي يزيد طولها عن 500 متر من تحقيق معدل خطأ بت على مدار السنة يبلغ 1 لكل 100,000. تحاول الكثير من الكيانات باستمرار التغلب على هذه العيوب الرئيسية لاتصالات «إف إس أو» وإدخال نظام يتمتع بجودة خدمة أفضل. مولت «دابرا» أكثر من 130 مليون دولار أمريكي في مجال البحوث لتحقيق هذا الجهد، مع برامج «أوركا» و«أوركلي».

تقوم مجموعات غير حكومية أخرى بإجراء اختبارات لتقييم التقنيات المتنوعة التي يزعم البعض حتى لديها القدرة على لقاءة التحديات الرئيسية لاعتماد «إف إس أو». حتى أكتوبر 2014، لم يقم أي منهم بإنشاء نظام عمل يعالج الأحداث الجوية الأكثر شيوعًا.

بلغ إجمالي البحوث التي أجرتها «إف إس أو» من 1998 إلى 2006 في القطاع الخاص 407.1 مليون دولار، مقسمة بشكل أساسي بين أربع شركات ناشئة. أخفق الأربعة في تقديم منتجات تلبي معايير جودة الاتصالات والمسافة:

تلقت «تيرابيم» نحو575 مليون دولار على شكل تمويل من مستثمرين مثل «سوفت بانك» و«موبيس فينتشر كابيتال» و«أوكاهيل فينتشر بارتنرز». أيدت «إيه تي آند تي» و«لوسنت» هذه المحاولة. فشل العمل في نهاية المطاف، وتم شراء الشركة في عام 2004 لقاء 52 مليون دولار (باستثناء مذكرات وخيارات) من قبل «فولز تشرش» و«واي دي آي» ومقرها فرجينيا، اعتبارا من 22 يونيو2004، واستخدمت اسم «تيرابيم» للكيان الجديد. في أربعة سبتمبر 2007، أعربت شركة «تيرابيم» (التي كان مقرها في سان خوسيه، كاليفورنيا) أنها ستغير اسمها إلى شركة «بروكسيم» للاسلكيات، وتغيير رمز أسهمها في بورصة ناسداك من «تي آر بي إم» إلى «بي آر إكس إم».

المراجع

^ "Book X". The Histories of Polybius. 1889. صفحات 43–46.
^ Mary Kay Carson (2007). . New York: Sterling Publishing. صفحات 76–78. ISBN . مؤرشف من الأصل في 12 ديسمبر 2019.
^ Alexander Graham Bell (October 1880). "On the Production and Reproduction of Sound by Light". American Journal of Science. XX (118): 305–324. also published as "Selenium and the Photophone" in تخصصر, September 1880.
^ "German, WWII, WW2, Lichtsprechgerät 80/80". LAUD Electronic Design AS. مؤرشف من الأصل في 24 يوليو2011. اطلع عليه بتاريخ 28 يونيو2011.
^ Schütz, Andreas; Giggenbach, Dirk (10 November 2008). "DLR communicates with TerraSAR-X Earth Observation satellite via laser beam". DLR Portal. Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) - German Aerospace Center. مؤرشف من الأصل فيثمانية يونيو2019. اطلع عليه بتاريخ 14 مارس 2018.
^ "TereScope 10GE". MRV Terescope. مؤرشف من الأصل في 18 أغسطس 2014. اطلع عليه بتاريخ 27 أكتوبر 2014.
^ An end-of-life notice was posted suddenly and briefly on the MRV Terescope product page in 2011. All references to the Terescope have been completely removed from MRV's official page as of October 27, 2014.
^ "LightPointe main page". مؤرشف من الأصل فيعشرة مايو2019. اطلع عليه بتاريخ 27 أكتوبر 2014.
^ Bhowal, A.; Kshetrimayum, R. S. (2019). "Outage Probability Bound of Decode and Forward Two Way Relay employing Optical Spatial Modulation over Gamma-Gamma Channels". IET Optoelectronics. 13 (4): 183–190. doi:10.1049/iet-opt.2018.5103.
^ Miloš Wimmer (13 August 2007). "MRV TereScope 700/G Laser Link". CESNET. مؤرشف من الأصل في 30 مارس 2017. اطلع عليه بتاريخ 27 أكتوبر 2014.
^ US Federal Employees. "US$40.5M in 2010 & 2011, page 273, Department of Defense, Fiscal Year (FY) 2012 Budget Estimates, February 2011, Defense Advanced Research Projects Agency, Justification Book Volume 1, Research, Development, Test & Evaluation, Defense-Wide, Fiscal Year (FY) 2012 Budget Estimates". مؤرشف من الأصل في 26 أكتوبر 2016. اطلع عليه بتاريخ October 4, 2014. صيانة CS1: يستخدم وسيط المؤلفون (link)
^ US Federal Employees. "US$5.9M in 2012, page 250, Department of Defense, Fiscal Year (FY) 2014 President's Budget Submission, April 2013, Defense Advanced Research Projects Agency, Justification Book Volume 1, Research, Development, Test & Evaluation, Defense-Wide". مؤرشف من الأصل في 25 أكتوبر 2016. اطلع عليه بتاريخ October 4, 2014. صيانة CS1: يستخدم وسيط المؤلفون (link)