راهکارهای افزایش ظرفیت اینترنت با ظهور اینترنت اشیا

در عصر فعلی اینترنت اشیا، انواع جدیدی از ابزارهای شگفت‌انگیز ساخته می‌شوند. اتصال این وسایل فرصت‌های بسیاری را به انسان‌ها ارائه می‌دهند؛ اما این مسئله چالش‌های بسیاری را نیز به وجود می‌آورد. یکی از این مسائل کاهش سرعت اینترنت و حجم قابل‌انتقال به علت ترافیک ایجاد شده است.
یکی از راه‌حل‌های مطرح شده توسط دانشمندان ایجاد نسل پنجم تلفن همراه (5 جی) تا سال 2020 است. اینترنت 5 جی می‌تواند حداکثر سرعت 10 گیگابیت در ثانیه را به کاربران ارائه بدهد. همچنین این نسل از اینترنت همراه نسبت به گذشته کم‌مصرف‌تر نیز است.

2) امواج ترا هرتز:

دانشمندان دانشگاه براون آمریکا (Brown) در حال تحقیق بر روی روشی هستند تا شبکه‌ای با 100 برابر سرعت شبکه‌های امروزی ایجاد کنند. این فناوری امواج ترا هرتز (Terahertz Radiation) نام‌گذاری شده است. بر اساس اطلاعاتی که دانشمندان منتشر کرده‌اند از این شبکه تا 15 سال آینده بهره‌برداری خواهد شد.
فناوری شبکه‌های تلفن همراه و وای­‌فای امروزی، برای انتقال صدا و داده‌ها به امواج ماکرو و ارسال امواج الکترومغناطیسی با فرکانس چند گیگاهرتز وابسته هستند. در فناوری ترا هرتز از امواجی با فرکانس 200، 300 یا 500 گیگاهرتز استفاده می‌شود. در این شبکه می‌توان اطلاعات را با حجم، فاصله و سرعت بیشتر ارسال کرد.
یکی از مشکلاتی که بر سر راه این فناوری قرار دارد نحوه‌ی به‌کارگیری آن است. دستگاه‌های امروزی که بر پایه‌ی امواج ماکرو کار می‌کنند به مالتی پلکسرها  وابسته هستند. این سیستم‌ها ابتدا تعدادی زیادی سیگنال منفرد را رمزنگاری کرده و بر روی کانال ارسال می‌کند. سپس در انتهای مسیر دوباره آن‌ها را از هم جدا می‌کند؛ اما کسی با استفاده از مالتی پلکسرها برای ترا هرتز موافقت نکرده است.
دنیل میتلمن (Daniel Mittleman)، کمک مؤلف این تحقیقات در دانشگاه براون، گفت:

«استفاده از مالتی پلکسرهای امروزی برای فناوری ترا هرتز فایده‌ی زیادی ندارد. این مالتی پلک سرها امواج را جذب کرده و شدت آن را کاهش می‌دهند. امواج ترا هرتز ما، تنها از راه هوا منتشر خواهند شد و برد آن‌ها با برد امواج ترا هرتز برابری می‌کند در حالی که شبکه‌های امروزی توانایی پوشش این برد را ندارند.»

این گروه تصمیم گرفته است برای به‌کارگیری ترا هرتز از آنتن‌های موج‌دار (Leaky Wave Antenna)، استفاده کنند. در این آنتن‌ها از دو صفحه‌ی فلزی موازی و در راستای هم که امواج را هدایت می‌کنند استفاده شده است. در یکی از صفحات فلزی حفره‌ی کوچکی قرار دارد که باعث می‌شود امواج بسته به نوع فرکانس در زوایای مختلف منتشر شوند. در واقع امواج ترا هرتز با فرکانس‌ها و داده‌های متفاوت و یکتا ارسال خواهند شد و در انتهای مسیر به کمک دی مالتی پلکسر (کاری برعکس مالتی پلکسر را انجام می‌دهد.) رمزگشایی می­‌شود.
میتلمن افزود:

«این اولین باری است که از مالتی پلکسرها در محدوده امواج تراهرتز استفاده می‌شود.»

تغییر فاصله بین صفحات فلزی می‌تواند پهنای باندی که در اختیار کاربر قرار می‌گیرد را تغییر دهد. به همین علت باید توجه داشت که در حال حاضر تراهرتز جایگزین شبکه‌های امروزی نخواهد شد. بلکه در کنار شبکه‌های امروزی در خانه‌ها و ادارات نصب‌ شده و یک شبکه با پهنای باند بسیار بالا را فراهم می‌آورد.
میتلمن ادامه داد:

«فناوری روزبه‌روز در حال پیشرفت است و استفاده از شبکه‌هایی با سرعت‌بالا در فواصل زیاد اجتناب‌ناپذیر است. ما امیدواریم این فناوری در 10 تا 15 سال آینده استفاده‌ی بیشتری پیدا کند.»

3) لای فای:

نزدیک یک قرن از اختراع لامپ‌های رشته‌ای می‌گذرد. امروزه بیشتر از لامپ‌های LED استفاده می‌شود و مصرف برق این لامپ‌ها یک دهم لامپ‌های رشته‌ای و عمر آن 30 برابر بیشتر است.
لامپ‌های LED می‌توانند کاربردهایی بیشتر از نوردهی به محیط داشته باشند. در حال حاضر می‌توان از این فناوری برای ارتباط لپ‌تاپ‌ها با تلفن‌های هوشمند یا هر دوی این‌ها با اینترنت استفاده کرد. همچنین می‌توان از این فناوری برای ایجاد شبکه «لای فای» استفاده کرد. شبکه‌ی لای فای شبکه‌ای مشابه Wi-Fi است که از نور LED برای انتقال اطلاعات استفاده می‌کند و از سرعت و توانایی بالا در جابه‌جایی اطلاعات برخوردار است.
هارالد هاس (harald haas) استاد دانشگاه ادینبروگ اسکاتلند (Edinburgh) در سال 2011 موفق به اختراع روشی برای انتقال اطلاعات با استفاده از نور مرئی و لامپ‌های اِل‌ای‌دی شده است. به کمک نور مرئی، می‌توان اطلاعات را 100 برابر سریع‌تر، انتقال داد. به وسیله فناوری لای‌فای، اطلاعات با سرعت 224 گیگابیت در ثانیه، منتقل خواهد شد؛ اما سرعت بیشتر وای‌فای‌های امروزی، تنها 600 مگابیت در ثانیه است.
اینترنت اشیا یک فناوری بلند پروازانه است که در آینده‌ای نزدیک بسیاری از اشیا را به شبکه‌ی جهانی اینترنت متصل خواهند کرد و برای این ارتباط به یک شبکه قوی نیاز است. از آنجایی که اطلاعات اینترنت اشیا اغلب در فاصله‌ی نزدیک جابه‌جا می‌شود، شبکه‌های لای فای می‌تواند کمک بزرگی برای اینترنت اشیا محسوب می‌شود؛ زیرا تقاضای روز افزون کاربرها برای استفاده از شبکه‌های وای‌فای فشار زیادی را به این شبکه‌ها وارد می‌کند. همچنین پیش‌بینی می‌شود در سال 2019 ماهانه 35 کوانتیلیون (10¹⁸) بیت اطلاعات جابه‌جا خواهد شد که. با توجه به فرکانس و توان شبکه‌های وای‌فای امروزی، نمی‌توان این حجم از اطلاعات را پشتیبانی کرد. این مشکل در شهرها بیشتر به چشم خواهد آمد؛ زیرا تعداد بسیار زیادی از کاربران سعی می‌کنند به طور هم‌زمان به شبکه‌ی وای‌فای یا یک برج سلولی متصل شوند که از توان آن شبکه خارج است.
از طرفی بر اساس گفته‌های هاس لای‌فای به زیرساخت‌های جدید نیاز ندارد و تنها با نصب یک ریزپردازنده در تمام زیرساخت‌ها و سامانه‌های نوردهی می‌توان آن را راه‌اندازی کرد.
از مزایای لای فای نسبت به وای‌فای‌های امروزی می‌توان به سطح امنیت بالاتر آن اشاره کرد؛ زیرا به عنوان مثال نور از موانع رد نشده و تنها افراد حاضر در اتاق می‌توانند به اطلاعات دسترسی داشته باشند. به علاوه حتی فرکانس ارسالی از دو منبع مختلف واقع در یک اتاق نیز متفاوت است و در نتیجه حتی افراد حاضر در یک محیط نیز به داده‌های یکدیگر دسترسی ندارند.
با وجود تمام فوایدی که لای فای دارد در حال حاضر نمی‌توان از آن در محیط‌های پرنور خارجی و مقابل تابش مستقیم خورشید از آن استفاده کرد؛ زیرا ابزارها توانایی تفکیک کردن نور موردنظر را ندارند.
مناطق زیر در حال تحقیق یا بهره‌وری از لای‌فای هستند.

•     آزمایش فناوری لای فای در پایتخت استونی
•     ارائه اینترنت به بیمارستان توسط شرکت فرانسوی الدکام
•     استفاده‌ی چین از فناوری لای فای برای ارائه اینترنت به لپ‌تاپ‌ها در مناطق از پیش تعیین شده
•     تلاش موسسه‌ی فرانهوفر (Fraunhofor) آلمان برای ساخت هات‌اسپات‌هایی مخصوص لای‌فای
•     استفاده‌ی دیزنی از لای‌فای برای تولید چند ابزار مختلف
•     انجام تحقیقاتی برای کاربرد لای‌فای در فضا توسط ناسا

4) آفلاین شدن هوش مصنوعی

فناوری هوش مصنوعی روزبه‌روز در حال گسترش بوده و برنامه‌های موبایلی و دسکتاپی بسیاری در حال استفاده از آن هستند که تعداد آن‌ها به سرعت در حال افزایش است. این برنامه‌ها برای ارائه خدمات نیاز دارند تا اطلاعات را به صورت مستقیم جمع‌آوری کرده به مراکز داده ارسال کنند و بعد از انجام پردازش‌های موردنیاز بر روی آن، نتایج را دریافت کرده و به کاربران نشان بدهند. همین موضوع باعث می‌شود به مرور زمان حجم داده‌های مرتبط با این موضوع روی شبکه‌ها به شدت افزایش پیدا کند.
در حال حاضر شرکت‌هایی مانند گوگل، اپل و آی.بی.ام از طریق روش‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری مختلفی سعی دارند پردازش‌های هوش مصنوعی را بهینه کرده و به صورت آفلاین انجام بدهند. برای مثال گوگل و اپل از طریق بستر نرم‌افزاری جدید خود امکان انجام محاسبات به صورت آفلاین را فراهم کرده‌اند. همچنین آی.بی.ام قصد دارد با توسعه‌ی تراشه‌های ترونرث (Truenorth) آن‌ها را به ابزارهایی مانند تلفن‌های هوشمند وارد بکند تا علاوه بر افزایش قدرت عملکرد آن‌ها، تمامی پردازش‌ها به صورت آفلاین انجام بشود. به علاوه این دستاورد باعث کاهش حجم مصرفی و افزایش پهنای باند کاربر نیز می‌شود.
با کاهش بار داده‌ای بسیار زیادی که روی شبکه وجود دارد، ابزارهایی که در آینده توسعه پیدا می‌کنند فرصت استفاده‌ی مناسب از اینترنت و بستر شبکه‌ها را خواهند داشت.

نتیجه‌گیری:

از زمان راه‌اندازی بستر اینترنت با تعداد گره‌های محدود، این شبکه و تعداد ابزارهای متصل به آن به صورت روزافزون در حال افزایش است. از طرفی با مطرح شدن مبحثی به نام اینترنت اشیا پیش‌بینی می‌شود تا سال 2020 بیش از 20 میلیارد وسیله‌ی متصل به اینترنت وجود داشته باشد؛ زیرا از هم‌اکنون نیز حتی وسایل ساده‌ای مانند قاشق، بطری آّب، لباس، گردنبند نیز به اینترنت وابسته بوده و به تبادل اطلاعات در حوزه‌های مختلف می‌پردازند.
از طرفی بسیاری کشورها قصد دارند تا سال 2020 یا اوایل همین دهه به تمام مردم خود اینترنت پهن باند ارائه بدهند و حتی باراک اوباما رییس جمهور سابق آمریکا نیز در سال 2015 گفته بود اینترنت دیگر یک کالای لوکس نیست و باید در کنار خدماتی مانند آب، برق و گاز در رده‌ی زیرساخت‌های حیاتی و ضروری قرار بگیرد.
افزایش ابزارهای متصل به اینترنت و حجم داده‌های در حال انتقال مطمئناً باعث ایجاد ترافیک و کندی شبکه خواهند شد، زیرا از هم‌اکنون نیز حجم محتواهای تولید شده و کیفیت آن‌ها در حال افزایش بوده و حتی دریافت و انتقال یک فیلم یا موسیقی معمولی نیز به چندین گیگابایت حجم نیاز خواهد داشت که به مرور زمان حجم آن نیز بیشتر می‌شود. در نتیجه اگر زیرساخت‌های جدیدتر و روش‌های بهینه‌تری برای افزایش پهنای باند به کار گرفته نشود با کندی شبکه ممکن است بسیاری از خدمات ضروری از دسترس خارج شوند. برای مثال هم‌اکنون انجام بعضی از کارهای معمولی مانند باز کردن در خانه نیز در بعضی مواقع از طریق اینترنت انجام می‌گیرد.
در صورتی که مسائل یاد شده به قطعی خدمات حیاتی منجر شود احتمال اینکه حتی خدمات درمانی با اختلال مواجه شده و جان انسان‌ها به خطر بیافتند نیز وجود دارد.
راه‌کارهای یاد تنها تعداد محدودی از روش‌هایی است که دانشمندان سراسر دنیا برای افزایش پهنای باند و سرعت اینترنت روی آن‌ها تحقیق می‌کنند.