Wireless data from every light bulb | Harald Haas

هارالد هاس: اطلاعات بی سیم از طریق لامپ های روشنایی

Translator: Aydin Rajabzadeh Reviewer: Maral Salehi

Do you know

آیا می دانید

that we have 1.4 million cellular radio masts

که ما 1.4 میلیون دکل رادیویی

deployed worldwide?

در سراسر دنیا داریم؟

And these are base stations.

و اینها ایستگاه های پایه هستند.

And we also have

و ما همچنین

more than five billion

بیش ار 5 میلیارد

of these devices here.

از این دستگاه ها در اینجا داریم.

These are cellular mobile phones.

اینها دستگاه های تلفن همراه هستند.

And with these mobile phones,

و ما با این تلفن های همراه،

we transmit more than 600 terabytes of data

هر ماه بیش از 600 ترابایت داده را

every month.

انتقال می دهیم.

This is a 6 with 14 zeroes --

این عدد برابر است با یک 6، با 14 صفر جلوی آن--

a very large number.

یک عدد بسیار بزرگ!

And wireless communications

و مخابرات بی سیم

has become a utility

به یک امکان فراگیر تبدیل شده است

like electricity and water.

مانند برق و آب.

We use it everyday. We use it in our everyday lives now --

ما هر روز از آن استفاده می کنیم. از آن در زندگی روزمره ی خود استفاده می کنیم--

in our private lives, in our business lives.

در زندگی خصوصی خود، در زندگی شغلی مان.

And we even have to be asked sometimes, very kindly,

و گاهی هم پیش می آید که خیلی محترمانه از ما درخواست می شود

to switch off the mobile phone at events like this

که تلفن های همراه خود را در موقعیت هایی مانند این خاموش کنیم

for good reasons.

به خاطر دلایلی موجه.

And it's this importance

و این موضوع آنقدر اهمیت دارد

why I decided to look into the issues

که مرا بر آن داشت که به بررسی مسائلی که

that this technology has,

این تکنولوژی دارد بپردازم،

because it's so fundamental to our lives.

چرا که در زندگی ما نقشی بنیادی دارد.

And one of the issues is capacity.

یکی از این موضوعات، بحث ظرفیت است.

The way we transmit wireless data is by using electromagnetic waves --

روشی که در انتقال اطلاعات استفاده می کنیم، از طریق امواج الکترومغناطیسی است--

in particular, radio waves.

و به طور خاص، امواج رادیویی.

And radio waves are limited.

و امواج رادیویی محدود هستند.

They are scarce; they are expensive;

آنها به سختی در دسترسند، گران قیمت هستند،

and we only have a certain range of it.

و ما تنها بازه ی کوچکی از طیف الکترومغناطیسی را در اختیار داریم.

And it's this limitation

و به خاطر این محدودیت است که

that doesn't cope

از عهده ی تقاضا برای انتقال اطلاعات

with the demand of wireless data transmissions

به صورت بی سیم بر نمی آید

and the number of bytes and data which are transmitted every month.

و تعداد بایت ها و داده هایی که هر ماه انتقال می یابند.

And we are simply running out of spectrum.

و به سادگی بازه ی طیف الکترومغناطیسی آنها تمام می شود.

There's another problem.

مشکل دیگری هم هست.

That is efficiency.

و آن بحث بازدهی است.

These 1.4 million cellular radio masts, or base stations,

این 1.4 میلیون دکل رادیویی، یا ایستگاه های پایه،

consume a lot of energy.

مقدار زیادی انرژی مصرف می کنند.

And mind you, most of the energy

و باید بهتان یاد آوری کنم که بیشتر این انرژی

is not used to transmit the radio waves,

برای انتقال امواج رادیویی استفاده نمی شود،

it is used to cool the base stations.

بلکه برای خنک کردن ایستگاه های پایه می باشد.

Then the efficiency of such a base station

پس بازدهی چنین ایستگاه های پایه ای

is only at about five percent.

فقط در حدود 5 درصد است.

And that creates a big problem.

و این مشکل بزرگی به وجود می آورد.

Then there's another issue that you're all aware of.

حالا موضوع دیگری که همه ی شما از آن اطلاع دارید.

You have to switch off your mobile phone

شما باید تلفن همراه خود را

during flights.

هنگام پرواز خاموش کنید.

In hospitals, they are security issues.

در بیمارستان ها بحث امنیت مطرح است.

And security is another issue.

و امنیت نیز موضوع دیگری است.

These radio waves penetrate through walls.

این امواج رادیویی از دیوار رد می شوند.

They can be intercepted,

امکان قطع ارتباط وجود دارد،

and somebody can make use of your network

و کسی می تواند از شبکه ی شما استفاده کند

if he has bad intentions.

اگر قصد این کار را داشته باشد.

So these are the main four issues.

بنابراین این ها 4 دلیل اصلی هستند.

But on the other hand,

ولی از سوی دیگر،

we have 14 billion of these:

ما 14 میلیارد از این ها داریم:

light bulbs, light.

لامپ های روشنایی، نور.

And light is part of the electromagnetic spectrum.

و نور نیز قسمتی از طیف الکترومغناطیسی است.

So let's look at this in the context

پس بیایید به این موضوع از نقطه نظرِ

of the entire electromagnetic spectrum, where we have gamma rays.

کل طیف الکترومغناطیسی نگاه کنیم، که در آن امواج گاما را داریم.

You don't want to get close to gamma rays, it could be dangerous.

امواج گاما خطرناک هستند، و به صلاح نیست نزدیک آنها شوید.

X-rays, useful when you go to hospitals.

اشعه X، هنگامی که در بیمارستان هستید به دردتان می خورد.

Then there's ultraviolet light.

بعد نور ماورای بنفش را داریم

it's good for a nice suntan,

که برای یک پوست برنزه ی زیبا خوب است،

but otherwise dangerous for the human body.

ولی در حالت عادی برای بدن انسان ضرر دارد.

Infrared --

مادون قرمز--

due to eye safety regulations,

به جهت مقررات ایمنی و حفاظت از چشم،

can be only used with low power.

شما فقط مجاز به استفاده از توان های پایین آن هستید.

And then we have the radio waves, they have the issues I've just mentioned.

و بعد ما امواج رادیویی را داریم، که مسائل آنها را برایتان ذکر کردم.

And in the middle there, we have this visible light spectrum.

و در آن میان، ما اين طیف نور مرئی را داریم.

It's light,

این نور است،

and light has been around for many millions of years.

و نور برای چندین میلیون سال وجود داشته است.

And in fact, it has created us,

و در واقع، ما را به وجود آورده،

has created life,

زندگی را به وجود آورده،

has created all the stuff of life.

تمام چیزهای مربوط به حیات را به وجود آورده است.

So it's inherently safe to use.

پس استفاده از آن به طور ذاتی ایمن است.

And wouldn't it be great to use that for wireless communications?

و آیا عالی نمی شود که از آن جهت مخابرات بی سیم استفاده کرد؟

Not only that, I compared [it to] the entire spectrum.

به علاوه، من آن را با تمامی طیف امواج مقایسه کردم.

I compared the radio waves spectrum --

آن را با طیف امواج رادیویی مقایسه کردم--

the size of it --

سایز آن را--

with the size of the visible light spectrum.

با سایز طیف نور مرئی.

And guess what?

حدس بزنین چه شد!

We have 10,000 times more of that spectrum,

ما 10,000 بار پهنای طیف بیشتری داریم،

which is there for us to use.

که برای استفاده ی ما مهیا است.

So not only do we have this huge amount of spectrum,

پس نه تنها ما این طیف عظیم را در اختیار داریم،

let's compare that with a number I've just mentioned.

بگذارید آن را با اعدادی که ذکر کردم مقایسه کنیم.

We have 1.4 million

ما 1.4 میلیون ایستگاه رادیویی پایه

expensively deployed,

که با قیمت گزافی مستقر شده اند،

inefficient radio cellular base stations.

و بازدهی پایینی نیز دارند، در اختیار داریم.

And multiply that by 10,000,

این عدد را ضرب در 10,000 کنید،

then you end up at 14 billion.

به عدد 14 میلیارد می رسید.

14 billion is the number of light bulbs installed already.

14 میلیارد برابر تعداد لامپ های روشنایی است که از قبل نیز نصب شده بودند.

So we have the infrastructure there.

پس ما یک زیرساخت داریم.

Look at the ceiling, you see all these light bulbs.

به سقف نگاه کنید، این همه لامپ روشنایی می بینید.

Go to the main floor, you see these light bulbs.

بروید به طبقه ی اصلی، آنجا هم می بینیدشان.

Can we use them for communications?

آیا می توانیم از آنها برای مخابرات استفاده کنیم؟

Yes.

بله!

What do we need to do?

چه باید بکنیم؟

The one thing we need to do

کاری که لازم است بکنیم

is we have to replace these inefficient incandescent light bulbs,

این است که این لامپ های رشته ای کم بازدهِ را با

florescent lights,

چراغ های نورفلورسنت جایگزین کنیم،

with this new technology of LED,

با این تکنولوژی جدید LED،

LED light bulbs.

لامپ های روشنایی LED.

An LED is a semiconductor. It's an electronic device.

LED، یک نیمه هادی است. یک وسیله ی الکترونیکی.

And it has a very nice acute property.

و دارای یک ویژگی فوق العاده است.

Its intensity can be modulated

شدت نور آن می تواند مدوله شود

at very high speeds,

در یک سرعت بسیار بالا،

and it can be switched off at very high speeds.

و می تواند با سرعت های بسیار بالایی خاموش شود.

And this is a fundamental basic property

و این یک ویژگی بنیادی است

that we exploit

که ما کشف کردیم

with our technology.

با تکنولوژی مان.

So let's show how we do that.

پس بیایید نشان بدهیم چه طور این کار را کردیم.

Let's go to the closest neighbor to the visible light spectrum --

بیایید نزدیک ترین همسایه ی طیف نور مرئی را بررسی کنیم--

go to remote controls.

کنترل از راه دور.

You all know remote controls have an infrared LED --

همه ی شما می دانید که کنترل از راه دور دارای LED فروسرخ است--

basically you switch on the LED, and if it's off, you switch it off.

اساسا شما LED را سوئیچ می کنید، و اگر قرار است خاموش باشد، شما خاموشش می کنید.

And it creates a simple, low-speed data stream

و این یک جریان داده ی ساده، با سرعت پایین تولید می کند

in 10,000 bits per second,

با 10,000 بیت بر ثانیه

20,000 bits per second.

20,000 بیت بر ثانیه.

Not usable for a YouTube video.

برای ویدئوهای یوتوب قابل استفاده نیست.

What we have done

کاری که ما کردیم

is we have developed a technology

این بود که یک تکنولوژی به به وجود آوردیم

with which we can furthermore

که با آن همچنين می توانیم

replace the remote control of our light bulb.

کنترل از راه دور لامپ های روشنایی مان را جایگزین کنیم.

We transmit with our technology,

ما با این تکنولوژی مان

not only a single data stream,

نه تنها جریان واحد داده انتقال می دهیم

we transmit thousands of data streams

بلکه می توانیم هزاران جریان داده را منتقل کنیم

in parallel,

به صورت موازی

at even higher speeds.

با سرعت هایی حتی بالاتر.

And the technology we have developed --

و تکنولوژی ای که ما گسترش دادیم--

it's called SIM OFDM.

SIM OFDM نامیده می شود.

And it's spacial modulation --

و نوعی به خصوص از مدوله کردن است--

these are the only technical terms, I'm not going into details --

این ها اصطلاحاتی فنی هستند، نمی خواهم وارد جزئیات شوم--

but this is how we enabled

این روشی است که ما را قادر ساخت

that light source

که منبع نور را

to transmit data.

به انتقال دهنده ی داده تبدیل کنیم.

You will say, "Okay, this is nice --

ممکنه بگید "خیله خب، جالبه--

a slide created in 10 minutes."

یه اسلاید رو تو 10 دقیقه درست کردن"

But not only that.

ولی نه تنها این،

What we've done

کاری که ما انجام دادیم

is we have also developed a demonstrator.

این بود که یک نمایش دهنده درست کردیم.

And I'm showing for the first time in public

و این اولین بار است که به صورت عمومی آن را نمایش می دهم

this visible light demonstrator.

این نمایش گر نور مرئی.

And what we have here

و چیزی که اینجا داریم

is no ordinary desk lamp.

یک چراغ رومیزی معمولی است.

We fit in an LED light bulb,

ما یک لامپ LED درون آن قرار دادیم،

worth three U.S. dollars,

به قیمت 3 دلار آمریکا،

put in our signal processing technology.

تکنولوژی پردازش سیگنال مان را درونش قرار دادیم.

And then what we have here is a little hole.

و چیزی که در اینجا داریم یک سوراخ کوچک است.

And the light goes through that hole.

نور از میان این سوراخ به داخل می رود.

There's a receiver.

یک گیرنده داریم.

The receiver will convert these little, subtle changes in the amplitude

گیرنده این تغییرات کوچک را به تغییراتی جزئی در دامنه سیگنال الکتریکی

that we create there

که ما در آنجا تولید کردیم

into an electrical signal.

تبدیل می کند.

And that signal is then converted back

و این سیگنال الکتریکی دوباره به

to a high-speed data stream.

یک جریان داده با سرعت بالا تبديل مي‌شود.

In the future we hope

در آینده ما امید داریم

that we can integrate this little hole

که بتوانیم این سوراخ کوچک را

into these smart phones.

در گوشی های هوشمند، بگنجانيم.

And not only integrate a photo detector here,

و نه تنها یک نمایانگر تصویر را بگنجانیم،

but maybe use the camera inside.

بلکه شاید از دوربین داخل هم استفاده کنیم.

So what happens

حالا چه اتفاقی میفته

when I switch on that light?

وقتی من چراغ را روشن کنم؟

As you would expect,

همان طور که انتظار دارید،

it's a light, a desk lamp.

این چراغ است، یک لامپ رومیزی.

Put your book beneath it and you can read.

می توانید کتابتان را زیرش بگذارید و مطالعه کنید.

It's illuminating the space.

فضا را روشن می کند.

But at the same time, you see this video coming up here.

ولی در آن واحد، شما این ویدئو را می بینید که بالا می آید،

And that's a video, a high-definition video

و این یک ویدئو است، یک ویدئوی با کیفیت

that is transmitted through that light beam.

که از طریق این لامپ روشنایی منتقل شده است.

You're critical.

شما منتقدانه به قضیه نگاه می کنید،

You think, "Ha, ha, ha.

فکر می کنید "ها ها ها

This is a smart academic doing a little bit of tricks here."

این یک فرد دانشگاهی باهوش است که دارد برای ما حقه سوار می کند"

But let me do this.

ولی بگذارید این کار را بکنم.

(Applause)

(تشویق حضار)

Once again.

یک بار دیگر.

Still don't believe?

هنوزم باور نمی کنید؟

It is this light

این نور است

that transmits this high-definition video in a split stream.

که ویدئوی کیفیت بالا را در جریان هایی گسسته شده انتقال می دهد.

And if you look at the light,

و اگر به نور نگاه کنید،

it is illuminating as you would expect.

همان طور که انتظار دارید نور می دهد.

You don't notice with your human eye.

با چشمانتان متوجه آن نمی شوید.

You don't notice the subtle changes in the amplitude

شما متوجه تغییرات کوچک دامنه نمی شوید

that we impress onto this light bulb.

که این نور لامپ را تحت تاثیر قرار می دهد.

It's serving the purpose of illumination,

به وظیفه ی روشنی بخشی خود عمل می کند،

but at the same time, we are able to transmit this data.

ولی در عین حال، ما قادر هستیم که داده نیز جا به جا کنیم.

And you see,

و می توانید ببینید،

even light from the ceiling comes down here to the receiver.

حتی نور موجود در سقف نیز وارد گیرنده می شود.

It can ignore that constant light,

می تواند این نور ثابت را نادیده بگیرد،

because all the receiver's interested in

چرا که تنها چیزی که گیرنده به آن حساس است

are subtle changes.

تغییرات ظريف است.

You also have a critical question now, and

همچنین شما ممکن است سوالی منتقدانه نیز به ذهنتان برسد.

you say, "Okay,

ممکن است بگویید، "باشه،

do I have to have the light on all the time

آیا بايد همیشه نور در اختیارم باشد

to have this working?"

که این کار کند؟"

And the answer is yes.

و جواب مثبت است.

But, you can dim down the light

ولی می توانید نور را کم کنید

to a level that it appears to be off.

تا درجه ای که به نظر خاموش می رسد.

And you are still able to transmit data -- that's possible.

و شما همچنان قادر هستید که اطلاعات را منتقل کنید-- این ممکن است.

So I've mentioned to you the four challenges.

مسئله ی چهارم را برایتان مطرح کرده بودم.

Capacity:

ظرفیت:

We have 10,000 times more spectrum,

ما 10,000 برابر طیف بیشتری داریم،

10,000 times more LEDs

10,000 برابر LED بیشتر

installed already in the infrastructure there.

که از قبل در زیرساختار ها نصب شده اند.

You would agree with me, hopefully,

امیدوارم با من موافق باشید،

there's no issue of capacity anymore.

دیگر موضوع ظرفیت مطرح نیست.

Efficiency:

بازدهی:

This is data through illumination --

مسیر این داده ها از طریق روشنایی است--

it's first of all an illumination device.

این در درجه ی اول یک دستگاه روشنایی است.

And if you do the energy budget,

و اگر محاسبات انرژی را به عمل آورید،

the data transmission comes for free --

انتقال داده مجانی تمام می شود--

highly energy efficient.

از نظر مصرف انرژی بسیار بهینه است.

I don't mention the high energy efficiency

نمی خواهم مصرف بهینه ی انرژی را

of these LED light bulbs.

در این لامپ های LED ذکر کنم.

If the whole world would deploy them,

اگر تمام دنیا از آنها بهره برداری کنند،

you would save hundreds of power plants.

صدها نیروگاه قدرت صرفه جویی خواهد شد.

That's aside.

این به کنار.

And then I've mentioned the availability.

و من بحث در دسترس بودن را مطرح کردم.

You will agree with me that we have lights in the hospital.

با من موافق خواهید بود که در بیمارستان ها نور داریم.

You need to see what to do.

باید ببینید که چه می کنید.

You have lights in an aircraft.

در هواپیما ها نور دارید.

So it's everywhere in a day there is light.

پس همه جا نور هست.

Look around. Everywhere. Look at your smart phone.

به دور و برتان نگاه کنید. به گوشی هوشمندتان.

It has a flashlight, an LED flashlight.

آن دارای یک نور فلش است، نور فلش LED.

These are potential sources for high-speed data transmission.

منابع بالقوه ای برای انتقال داده ی سرعت بالا وجود دارد.

And then there's security.

و همچنین بحث امنیت مطرح است.

You would agree with me

باید با من موافق باشید

that light doesn't penetrate through walls.

که نور از میان دیوار عبور نمی کند.

So no one, if I have a light here,

پس اگر من اینجا نور داشته باشم،

if I have secure data,

اگر داده هایی محفوظ داشته باشم،

no one on the other side of this room through that wall

هیچ کس در آن طرف دیوار

would be able to read that data.

نمی تواند داده ها را بخواند.

And there's only data where there is light.

و داده ها فقط جایی هستند که نور باشد.

So if I don't want that receiver to receive the data,

پس اگر من نخواهم که آن گیرنده داده ای را دریافت کند،

then what I could do,

کاری که می توانم بکنم این است که

turn it away.

جهتش را عوض کنم.

So the data goes in that direction, not there anymore.

پس داده به این جهت می رود، و دیگر به آن سو نیست.

Now we can in fact see where the data is going to.

حالا ما می توانیم به واقع ببینیم که داده ها کجا می روند.

So for me,

برای من،

the applications of it,

کاربرد آن،

to me, are beyond imagination at the moment.

در حال حاضر ورای تصور است.

We have had a century of very nice, smart application developers.

ما قرنی داشته ایم از طراحان برنامه های هوشمند.

And you only have to notice, where we have light,

و شما فقط باید متوجه باشید که جایی که نور هست،

there is a potential way to transmit data.

روشی بالقوه نیز برای انتقال داده ها وجود دارد.

But I can give you a few examples.

ولی می توانم برایتان تعدادی مثال بزنم.

Well you may see the impact already now.

شاید شما تاثیر آن را همین حالا دیده باشید.

This is a remote operated vehicle

این یک ماشین کنترل شونده از راه دور است

beneath the ocean.

زیر اقیانوس ها.

And they use light to illuminate space down there.

و از نور برای روشن کردن آن پایین استفاده می کند.

And this light can be used to transmit wireless data

و این نور می تواند برای انتقال بی سیم داده استفاده شود

that these things [use] to communicate with each other.

و اینکه با یکدیگر نیز ارتباط برقرار کنند.

Intrinsically safe environments

محیط های ذاتا ایمن

like this petrochemical plant --

مانند این نیروگاه پتروشیمی--

you can't use RF, it may generate antenna sparks,

شما نمی توانید از RF(امواج رادیویی) استفاده کنید، چرا که ممکن است جرقه هایی روی آنتن ایجاد کنند.

but you can use light -- you see plenty of light there.

ولی می توانید از نور استفاده کنید- می بینید که نور فراوانی آنجا هست.

In hospitals,

در بیمارستان ها،

for new medical instruments;

برای دستگاه های پزشکی جدید;

in streets for traffic control.

در خیابان ها برای کنترل ترافیک.

Cars have LED-based headlights, LED-based back lights,

ماشین ها دارای چراغ های جلویی و پشتی ای مبتنی بر سيستم LED هستند،

and cars can communicate with each other

و ماشین ها می توانند با یکدیگر مخابره کنند

and prevent accidents

و از تصادف ها جلوگیری کنند

in the way that they exchange information.

از طریق نحوه مبادله اطلاعات بین خود.

Traffic lights can communicate to the car and so on.

چراغ های راهنمایی می توانند با ماشین ها ارتباط برقرار کنند و الی آخر.

And then you have these millions of street lamps

و بعد شما میلیون ها تیر چراغ برق دارید

deployed around the world.

که در اقصی نقاط جهان قرار داده شده اند.

And every street lamp could be a free access point.

و هر تیر چراغ برقی می تواند که نقطه دسترسی مجانی باشد.

We call it, in fact, a Li-Fi,

ما به آن می گوییم، Li-Fi،

light-fidelity.

هماندهی نور.

And then we have these aircraft cabins.

و ما این کابین های هواپیمایی را داریم.

There are hundreds of lights in an aircraft cabin,

صدها لامپ روشنایی در این کابین ها هست،

and each of these lights

و هر کدام از این چراغ ها

could be a potential transmitter of wireless data.

می تواند یک انتقال دهنده ی داده ی بی سیم باشد.

So you could enjoy your most favorite TED video

پس می توانید تعداد بیشتری از ویدئو های TED محبوب خود را تماشا کنید

on your long flight back home.

در پرواز طولانی بازگشت به منزل خود.

Online life. So that is a vision, I think, that is possible.

زندگی آنلاین. فکر می کنم این یک دیدگاه عملی باشد.

So, all we would need to do

پس تنها کاری که باید بکنیم

is to fit a small microchip

این است که یک میکروچیپ را

to every potential illumination device.

روی هر دستگاه نوردهی ممکن قرار دهیم.

And this would then combine

و این می تواند در آن واحد

two basic functionalities:

دو کاربرد پایه را با هم داشته باشد:

illumination and wireless data transmission.

روشنایی و انتقال داده ی بی سیم.

And it's this symbiosis that I personally believe

و این همزیستی‌ای که من به شخصه به آن باور دارم

could solve the four essential problems

می تواند چهار مشکل اساسی را حل کند.

that face us in wireless communication these days.

در حال حاضر، مخابرات بی سیم رو روي صفحه‌‌هاي ديجيتال ما می‌آورد.

And in the future,

و در آینده،

you would not only have 14 billion light bulbs,

نه تنها 14 میلیارد چراغ روشنایی خواهید داشت،

you may have 14 billion Li-Fis

بلکه 14 میلیارد LI-Fi نیز خواهید داشت

deployed worldwide --

که در سرتاسر جهان قرار داده شده اند--

for a cleaner, a greener,

برای یک آینده ی تمیزتر، سبزتر

and even a brighter future.

و حتی روشن تر.

Thank you.

متشکرم.

(Applause)

(تشویق حضار)