Kita hidup di era informasi di mana Internet adalah hak asasi manusia. Tidaklah mudah untuk mencapai tingkat perkembangan saat ini, tetapi kami mampu, dan sekarang teknologi memungkinkan kami untuk hidup di masa depan, yang hingga saat ini hanya terungkap di halaman buku. Jelas bahwa teknologi tidak muncul secara tiba-tiba, beberapa di antaranya berakar di masa lalu.
Salah satu teknologi tersebut adalah komunikasi optik. Ini telah digunakan sejak jaman dahulu. Tapi sekarang kami memiliki jalan raya bawah air, sistem laser satelit, dan banyak lagi. Mari kita lihat bagaimana komunikasi optik telah berkembang dari waktu ke waktu.
Semaphore dan heliograf
Fakta bahwa kecepatan cahaya jauh lebih besar daripada kecepatan suara, orang-orang memahami sejak lama. Dan mereka mulai menerapkan pengetahuan ini dalam praktik. Kita berbicara tentang sinyal cahaya yang digunakan secara aktif, misalnya, di Yunani Kuno. Tentu saja, mereka mengira akan menggunakan cahaya dan peradaban lain, tetapi di antara orang Yunani, semua ini berkembang dengan sangat baik.
Telegraf grafis - rekonstruksi dari sebuah museum di Thessaloniki, Yunani
Orang Yunani membangun sistem yang dikenal sebagai Frictoria. Ini adalah menara di puncak gunung. Para penjaga di menara menyalakan api secara berantai, yang terlihat jelas pada jarak hingga 50 km. Karenanya, pesan terkirim menuju ke titik yang diinginkan dengan sangat cepat. Beberapa sumber bahkan mengatakan bahwa begitulah pesan tentang penangkapan Troy menyebar ke seluruh Yunani.
Orang Yunani-lah yang menghasilkan kode khusus untuk sinyal cahaya. Menara ini memiliki dua kelompok yang masing-masing terdiri dari 5 obor. Masing-masing mewakili elemen persegi Polybius . Dengan demikian, mengubah lokasi elemen dalam matriks ini memungkinkan untuk menyandikan dan mengirimkan berbagai pesan. Pilihan lainnya adalah telegraf hidrolik, yang digunakan selama Perang Punisia Pertama untuk mengirim pesan antara Sisilia dan Kartago.
Inilah yang dikatakan Wikipedia tentang telegraf ini: “Kode standar yang berbeda diterapkan pada batang pada titik ketinggian yang berbeda. Untuk mengirim pesan, operator pengirim akan menggunakan senter untuk memberi sinyal kepada operator penerima; setelah mereka disinkronkan, mereka akan secara bersamaan membuka nozel di bagian bawah wadahnya. Air akan terkuras hingga ketinggian air mencapai nilai yang diinginkan, setelah itu pengirim menurunkan obor dan operator menutup kerannya secara bersamaan. Jadi, durasi visibilitas obor pengirim dapat dikorelasikan dengan kode dan pesan tertentu yang telah ditentukan sebelumnya. "
Semaphore digunakan lama kemudian. Pada abad ke-18 diciptakanjenis lain dari telegraf optik, yang jaringannya kemudian menyebar ke seluruh Prancis. Itu adalah jaringan komunikasi militer.
Elemen terpisah dari sistem ini adalah menara dengan tiang yang dapat digerakkan. Sebuah "alfabet" dikembangkan di mana setiap huruf memiliki posisi tertentu untuk kutub. Jalur telegraf optik pertama dibangun antara Paris dan Lille. Posisi kutub diubah menggunakan 196 posisi berbeda - sehingga dimungkinkan untuk menggambarkan tidak hanya huruf, tetapi juga kata-kata individual. Setiap stasiun dilayani oleh dua karyawan. Yang satu mengamati menara tetangga dan tiangnya, yang kedua meniru posisi tiang tetangga, dan seterusnya di sepanjang rantai. Masalah dengan sistem ini adalah sistem ini bekerja hanya pada siang hari dan hanya dalam kondisi cuaca yang relatif baik. Awan, hujan, kegelapan - semua ini menghentikan pekerjaan semaphore.
Tapi selama siang hari dan cuaca bagus, sistem bekerja dengan baik. Kecepatan transfer data sekitar 2-3 karakter per menit antara stasiun tetangga. Dari Paris ke Lille, satu karakter dicapai dalam waktu sekitar dua menit, yaitu 230 km. Untuk saat itu, itu hanya mimpi.
Sistem yang didasarkan pada satu atau beberapa sinyal digunakan secara luas pada abad ke-19 dan ke-20, terutama di masa perang. Sejak penemuan kode Morse, banyak hal telah disederhanakan berkali-kali.
Penemuan Bell
Ada banyak proyek DIY sekarang di mana sinyal audio ditransmisikan menggunakan laser. Tidak terlalu sulit untuk membangun sistem seperti itu. Tetapi semua proyek ini didasarkan pada ide Alexander Bell, yang pada tahun 1880 menciptakan "photophone". Pembawa utama informasi di dalamnya adalah cahaya, bukan laser, tapi sinar matahari. Pada saat yang sama, itu adalah photophone yang dianggap penemuan terpenting Bell, dan bukan telepon.
Tindakan perangkat ini didasarkan pada sifat selenium untuk mengubah konduktivitas listriknya saat terkena sinar matahari. Mereka dipantulkan dari cermin, yang, pada gilirannya, bergetar di bawah pengaruh suara. Penerima sinyal di sini hanyalah sel selenium kristal. Cermin memodulasi berkas cahaya dengan memfokuskan atau menyebarkan cahaya dari sumber. Bell dan rekannya membuat pengaturan pengujian yang membantu mengirimkan sinyal pada jarak sekitar 213 meter.
Namun, tentunya perangkat ini memiliki sejumlah besar kekurangan, termasuk kemampuannya untuk bekerja hanya dalam cuaca cerah dan dalam jarak yang relatif dekat. Tapi bagaimanapun juga, penemuan Bell dianggap sebagai cikal bakal garis serat optik modern.
Dan kemudian - fiberglass
Jika kita mengecualikan beberapa proyek militer, telekomunikasi di abad ke-20 dilaksanakan dengan menggunakan kabel koaksial dan radiasi dengan frekuensi 1-10 GHz. Begitulah sampai munculnya serat optik di tahun 70-an abad terakhir. Dengan sangat cepat, ini menjadi saluran komunikasi utama dengan bandwidth besar.
Fiber telah menjadi jawaban atas tantangan komunikasi koaksial. Kerugian utamanya adalah sinyal perlu diperkuat setiap kilometer atau lebih untuk mengkompensasi kehilangan transmisi. Dalam komunikasi frekuensi radio nirkabel (RF), jarak pengulang bisa lebih lama, tetapi dalam kedua kasus bandwidth dibatasi hingga ~ 100 Mbps karena frekuensi pembawa RF yang "rendah".
Serat optik memecahkan semua masalah ini. Dan setelah beberapa tahun, serat optik telah menjadi seperti sekarang ini. Jadi, pada tahun 1977, General Telephone and Electronics (sekarang GTE Corporation) mengirimkan lalu lintas telepon langsung pertama di dunia melalui sistem serat optik dengan kecepatan 6 Mbps. Hari ini, jaringan serat optik di dunia ini lebih dari 400 juta kilometer, hampir tiga kali jarak ke Matahari
Komunikasi serat optik telah meningkat dengan teknik multiplexing termasuk multiplexing panjang gelombang, multiplexing pembagian waktu, atau multiplexing divisi spasial. Di laboratorium, kombinasi metode ini telah menunjukkan hasil yang sangat baik - data ditransfer dengan kecepatan 11 Pbit / dtk, dengan kehilangan hanya 5% per kilometer. Repeater dipasang setiap 80 km, yang tentunya jauh lebih baik daripada dalam kasus kabel koaksial.
Internet dari bola lampu
Selain serat, ada metode lain untuk transmisi data berkecepatan tinggi, dan tanpa kabel. Ini adalah komunikasi optik nirkabel sebagaimana adanya. LiFi adalah teknologi komunikasi nirkabel berkecepatan tinggi dua arah.
Benar, cara ini membutuhkan bola lampu LED, bukan bola lampu pijar. Jelas bahwa teknologi hanya bekerja di garis pandang, dan semakin jauh dari titik transfer data, semakin buruk koneksinya.
Salah satu ilustrasi pertama yang menjelaskan cara kerja sistem. Di sini, seperti yang dapat kita lihat, perangkat genggam alih-alih smartphone.
Untuk LiFi, protokol berpemilik telah dikembangkan, IEEE 802.15.7, yang mendefinisikan tiga lapisan fisik (PHY) dengan lebar pita berbeda:
- PHY I dirancang untuk penggunaan di luar ruangan dan beroperasi pada kecepatan dari 11,67 Kbps hingga 267,6 Kbps.
- PHY II memungkinkan kecepatan data dari 1,25 Mbps hingga 96 Mbps untuk dicapai.
- PHY III dirancang untuk berbagai sumber dengan metode modulasi khusus: Color Shift Keyring (CSK), yang dapat diterjemahkan sebagai Wavelength Shift Keying. PHY III dapat mencapai kecepatan dari 12 Mbps hingga 96 Mbps.
Teknologi ini belum banyak tersebar, tetapi digunakan di beberapa tempat. Pada dasarnya, kita berbicara tentang sistem industri, di tempat-tempat dengan interferensi elektromagnetik yang kuat, di mana hampir semua komunikasi radio tidak mungkin atau sulit dilakukan.
Bagaimana dengan komunikasi optik jarak jauh dan nirkabel?
Sayangnya, tidak banyak yang bisa dibanggakan di sini. Banyak perusahaan telah mulai menguji teknologi transmisi data menggunakan laser atau sistem optik lainnya. Tetapi, sebagai aturan, tes ini tidak melampaui laboratorium atau lokasi pengujian.
Misalnya, tahun lalu, pengembang di Alphabet membangun jaringan nirkabel eksperimental di Kenya yang menggunakan cahaya. Ini bukan serat optik, dasar sistemnya adalah seberkas cahaya, yang difokuskan pada titik penerima jarak jauh - stasiun penerima.
Proyek tersebut diberi nama Proyek Taara . Dalam pelaksanaannya, transmisi data dapat dicapai dalam jarak sekitar 20 km tanpa menggunakan infrastruktur kabel. Hasil tes menunjukkan hasil yang baik. Namun meski demikian, proyek tersebut kemudian diputuskan untuk ditutup.
Hal yang sama dapat dikatakan untuk proyek kedua dari perusahaan yang sama, Loon. Selama beberapa tahun proyek ini dikembangkan, tetapi hanya beberapa minggu yang lalu mereka memutuskan untuk menutupnya.
Ada proyek kecil yang telah dilaksanakan. Misalnya, Koruza menawarkan komunikasi laser dengan kecepatan sekitar 10 Gbps, tetapi jaraknya tidak melebihi 150 m. Dalam beberapa kasus, penyedia Internet menggunakan pemancar laser untuk menyediakan fasilitas komunikasi jarak jauh dari tulang punggung utama. Kadang-kadang pengguna juga membuat sistem seperti itu - tetapi sistem semacam itu tidak umum.
Selain itu, di awal tahun, Elon Musk mengatakan satelit Starlink dilengkapi dengan komunikasi laser untuk mengcover wilayah kutub. Dan dalam setahun, semua satelit Starlink yang dikirim ke orbit akan dilengkapi dengan komunikasi laser.
Berkat jenis komunikasi tambahan, penduduk Alaska juga akan menerima akses broadband ke Internet, seperti yang dijelaskan perusahaan dalam aplikasinya ke FCC.
Laser memungkinkan satelit untuk tetap berhubungan tidak hanya dengan stasiun bumi, tetapi juga dengan satu sama lain, dan tidak masalah di mana "rekan" tersebut - di bidang orbit yang sama, atau di bidang yang berdekatan. Dengan demikian, operator akan dapat meminimalkan jumlah stasiun bumi, memperluas wilayah cakupan wilayah terpencil yang tidak memiliki stasiun bumi sama sekali. Selain itu, latensi berkurang karena jumlah perantara antara satelit dan stasiun bumi berkurang.
