ریاضیاتِی که گوشی شما را در اتاقی دو اتاق دورتر از روتر متصل نگه می‌دارد، برای یافتن پدیده‌ای توسعه یافت که در واقع وجود نداشت. در دههٔ ۱۹۷۰، گروهی از رادیواخترشناسان به دنبال ردپای رادیویی سیاه‌چاله‌های منفجرشونده‌ای به اندازهٔ پروتون بودند. دست خالی بازگشتند؛ اما در این مسیر، روشی برای پردازش سیگنال توسعه دادند تا سیگنالی شفاف را از آشوبی تیره و پرنویز استخراج کنند. این روش بعدها به بخشی ثبت‌اختصاصی از استاندارد Wi‑Fi تبدیل شد که روتر شما امروز از آن بهره می‌گیرد. من چهار نقطهٔ دسترسی در سقف خانه دارم و سرعت اینترنت ورودی‌ام ۱٬۲۰۰ Mbps است. پیوند میان آن جست‌وجوی ناموفق و هزینهٔ سخت‌افزار امروزی، نزدیک‌تر از چیزی است که تصور می‌کنید و بسیاری از رفتارهای شبکه‌های خانگی را توضیح می‌دهد.
پیش‌بینی ۱۹۷۴، رادیواخترشناسان را به شکار فرستاد
هاوکینگ گفت سیاه‌چاله‌های کوچک باید ردپای رادیویی بر جای بگذارند
استیون هاوکینگ در سال ۱۹۷۴ پژوهشی منتشر کرد و استدلال کرد که سیاه‌چاله‌ها برای همیشه بسته نمی‌مانند. او محاسبه کرد که سیاه‌چاله‌های بسیار کوچک به‌تدریج تبخیر می‌شوند و در پایان، با انفجاری از انرژی و امواج رادیویی از میان می‌روند. سیاه‌چاله‌ای به اندازهٔ پروتون، با جرمی در حد یک کوه، عملاً مرگ خود را در سراسر طیف رادیویی فریاد می‌زند.
جان او‌سالیوان، مهندس استرالیایی که روی تلسکوپ‌های رادیویی در هلند کار می‌کرد، تصمیم گرفت به دنبال چنین سیاه‌چاله‌ای بگردد. مشکل، حساسیت تجهیزات نبود؛ مسئله شفاف‌سازی سیگنال بود. پالسی رادیویی که هزاران سال نوری از میان گاز و غبار می‌گذرد، به شکل نوک‌تیز اولیه‌اش نمی‌رسد. فرکانس‌های مختلف درون همان پالس، با سرعت‌هایی اندکی متفاوت حرکت می‌کنند؛ در نتیجه، سیگنال به برآمدگی‌ای پهن و کم‌ارتفاع کشیده می‌شود و زیر نویز پس‌زمینهٔ کیهانی فرو می‌رود.
او‌سالیوان و همکارانش ابزارهای ریاضی مبتنی بر تبدیل فوریهٔ سریع ساختند تا این کشیدگی را معکوس و قلهٔ اصلی سیگنال را بازسازی کنند. این ابزارها مؤثر بودند؛ اما سیاه‌چاله‌ها هرگز ظاهر نشدند.
ریاضیات پس از مأموریت زنده ماند
رفع تاری سیگنال به مسئله‌ای عمومی تبدیل شد
تبدیل فوریهٔ سریع، اعوجاج ناشی از پراکندگی موج را به فرکانس‌های جداگانه تجزیه می‌کند. وقتی بدانید هر فرکانس در مسیر خود چه تأخیر یا اعوجاجی داشته است، می‌توانید مسیر را معکوس کنید و سیگنال اصلی را بازسازی کنید. اخترشناسان از این روش برای شفاف‌سازی داده‌های تلسکوپ بهره بردند. هیچ‌یک از این مراحل به فضا اختصاص ندارد.
او‌سالیوان در اواخر دههٔ ۱۹۸۰ به استرالیا بازگشت و ریاست پردازش سیگنال در بخش رادیوفیزیک CSIRO را بر عهده گرفت. این سازمان در پی کاربردهای تجاری برای توانمندی‌های گروه رادیواخترشناسی خود بود و شبکه‌سازی بی‌سیم رایانه‌ای هدفی روشن به نظر می‌رسید. تلاش‌های اولیه در فضای داخلی ساختمان‌ها شکست خوردند؛ سرعت پایین بود، ارتباط‌ها قطع می‌شدند و راه‌حلی کارآمد وجود نداشت.
او‌سالیوان ساختار مسئله را درک کرد. سیگنالی که درون ساختمان بازتاب می‌یابد، به دلیلی متفاوت از سیگنالی که از فضای میان‌ستاره‌ای می‌گذرد دچار اختلال می‌شود، اما گیرنده با همان آشفتگی روبه‌رو است. او ریاضیات اخترشناسی را از قفسه بیرون کشید. تیمی از CSIRO شامل گراهام دنیلز، جان دین، دیتلم اوستری و تری پرسیوال، آن را به روشی تبدیل کردند که شبکهٔ رایانه‌ای بتواند اجرا کند.
اتاق نشیمن شما نسخه‌ای کوچک‌تر و مهمان‌نوازتر از فضای عمیق است
بازتاب‌های دیوارهای گچی و وسایل الکترونیکی در زمان‌های متفاوت می‌رسند
در سال ۲۰۰۸، دادگاهی در ایالات متحده هنگام بررسی حق‌اختراع CSIRO، مسئلهٔ فضای داخلی را به زبانی ساده توضیح داد. امواج رادیویی از دیوارها، مبلمان و وسایل الکترونیکی بازتاب می‌یابند؛ بنابراین یک ارسال از مسیرهای گوناگون به گیرنده می‌رسد و در زمان‌های متفاوت از راه می‌رسد. مهندسان این پدیده را «چندمسیری» می‌نامند. در سرعت‌های پایین انتقال داده، این مسئله تقریباً محسوس نیست؛ اما اگر سرعت را بالا ببرید، پژواک یک بیت روی بیت بعدی می‌افتد و گیرنده دیگر نمی‌تواند تشخیص دهد هر بیت به کدام داده تعلق دارد.
حق‌اختراع ایالات متحده به شمارهٔ ۵,۴۸۷,۰۶۹ سه تکنیک را برای غلبه بر این مشکل ترکیب کرد. داده به کانال‌های موازی فراوانی تقسیم می‌شود؛ هر کانال آن‌قدر آهسته کار می‌کند که پژواک بی‌خطر میان نمادها قرار گیرد. تصحیح خطای پیش‌رو، هر آسیبی را که همچنان از این مرحله عبور کرده است ترمیم می‌کند. درهم‌ریزی بیت‌ها نیز خطاها را پراکنده می‌کند تا به‌جای تجمع در یک نقطه، توزیع شوند. این حق‌اختراع در ۲۳ ژانویهٔ ۱۹۹۶ صادر شد و به بخشی از استانداردهای ۸۰۲.11a و ۸۰۲.11g تبدیل شد.
دانستن این موضوع، نگاه من به شبکهٔ خودم را تغییر داد. قدرت سیگنال همان عددی است که همه بر آن تمرکز می‌کنند، اما این بازتاب‌ها هستند که بی‌صدا کیفیت اتصال را کاهش می‌دهند. به همین دلیل، اختصاص کانالی جداگانه به هر نقطهٔ دسترسی، سرعت شبکه‌ام را بیش از هر خرید سخت‌افزاری افزایش داد؛ همچنین روشن می‌کند چرا در خانه‌ای پر از دیوارهای داخلی، نقاط دسترسی سیمی از شبکهٔ مش بی‌سیم بهتر عمل می‌کنند.
استرالیا Wi‑Fi را اختراع نکرد؛ واقعیت جذاب‌تر است
این حق‌اختراع، بخش دشوار را پوشش داد، نه کل ایده را
نسخهٔ رایج این روایت با ادعای اختراع Wi‑Fi توسط استرالیا پایان می‌یابد، اما واقعیت متفاوت است. وکیل CSIRO در دادگاه سال ۲۰۰۹ به هیئت منصفه گفت این مؤسسه مفهوم LAN بی‌سیم را اختراع نکرده، بلکه فقط روشی مؤثر برای عملی‌کردن آن ارائه داده است. شبکه‌های بی‌سیم پیش از آن در چندین مکان در حال توسعه بودند. ویک هیز ریاست کمیتهٔ IEEE را بر عهده داشت که رویکردهای رقیب را به استاندارد ۸۰۲.۱۱ تبدیل کرد و او نیز تا حد زیادی به‌عنوان پدر Wi‑Fi شناخته می‌شود.
آنچه CSIRO در اختیار داشت، قطعه‌ای از پازل بود که سرعت و پایداری بی‌سیم در محیط‌های داخلی را به سطحی رساند که ارزش تجاری پیدا کند؛ و این سازمان سال‌ها از آن حق‌امتیاز دریافت کرد. چهارده شرکت، از جمله Intel، Dell، Microsoft و Nintendo، در سال ۲۰۰۹ با پرداخت مبلغی حدود ۲۰۵ میلیون دلار به توافق رسیدند. گروه دیگری شامل AT&T، T‑Mobile و Lenovo نیز در سال ۲۰۱۲، با افزودن حدود ۲۲۹ میلیون دلار به این مبلغ، توافق کردند. مجموع حق‌امتیازها و توافق‌ها از ۴۳۰ میلیون دلار فراتر رفت.
حل مسئلهٔ بنیادین بی‌سیم در فضاهای داخلی، ادعایی محدودتر از اختراع Wi‑Fi است. بااین‌حال، این ادعا درست است و توضیح می‌دهد چرا این تکنیک از آن زمان در تقریباً هر نقطهٔ دسترسی فروخته‌شده‌ای گنجانده شده است.
آنچه شکار ناموفق سیاه‌چاله بر سقف خانهٔ شما گذاشت
پژوهش‌ها همیشه به نتیجه‌ای که در جست‌وجویش هستند نمی‌رسند. او‌سالیوان سال‌ها به دنبال سیگنالی بود که تا امروز هیچ‌کس آن را کشف نکرده است؛ اما ابزاری که برای این جست‌وجو ساخت، اکنون در firmware همهٔ دستگاه‌های متصل خانهٔ من اجرا می‌شود. نقاط دسترسی من پیوسته این ابزار را فراخوانی می‌کنند و چندین بار در هر ثانیه، داده‌های واقعی را از میان پژواک‌های خود جدا می‌سازند. این، دلیلی قانع‌کننده برای تأمین مالی کنجکاویِ بدون سود آشکار است و یادآوری می‌کند همان فیزیکی که می‌تواند شبکه را مختل کند، امکان‌پذیرشدن آن را نیز فراهم کرده است؛ به همین دلیل، هنوز برای هر دستگاه ثابت از اتصال Ethernet استفاده می‌کنم.
منبع: این مطلب ترجمه و بومی‌سازی مقاله‌ای از MakeUseOf به قلم Jonathon Jachura است. مشاهده مقاله اصلی