ইন্টারনেট অ্যাক্সেসের জন্য অপটিক্যাল বার কোড: একটি ব্লুটুথ-নিয়ন্ত্রিত ওসিসি সিস্টেম

1. সারসংক্ষেপ

এই কাজটি অপটিক্যাল ক্যামেরা কমিউনিকেশন (ওসিসি) ব্যবহার করে ইন্টারনেট অ্যাক্সেসের জন্য একটি অভিনব অ্যাপ্লিকেশন উপস্থাপন করে। সিস্টেমটি একটি স্মার্টফোনের ক্যামেরা ব্যবহার করে একটি এলইডি দ্বারা প্রেরিত অপটিক্যাল সংকেত গ্রহণ করে, যা ডেটা (একটি অপটিক্যাল বার কোড) দিয়ে মডুলেট করা হয়। একটি কাস্টম অ্যাপ্লিকেশন দ্বারা সফলভাবে ডিকোড করার পর, স্মার্টফোন স্বয়ংক্রিয়ভাবে সংশ্লিষ্ট ওয়েবসাইটে অ্যাক্সেস করে। ট্রান্সমিটারটি ব্লুটুথের মাধ্যমে ওয়্যারলেসভাবে নিয়ন্ত্রিত হয়, যা হার্ডওয়্যার পরিবর্তন ছাড়াই প্রেরিত তথ্য গতিশীলভাবে আপডেট করতে দেয়। এই পদ্ধতিটি আরএফ কমিউনিকেশনে বর্ণালী সঙ্কটের সমাধান করে এবং স্মার্টফোন ক্যামেরার সর্বব্যাপীতাকে কাজে লাগায়, আইওটি এবং স্মার্ট পরিবেশে প্রাসঙ্গিক-সচেতন তথ্য সরবরাহের জন্য ওসিসিকে একটি কার্যকর সমাধান হিসেবে প্রতিষ্ঠিত করে।

প্রদর্শনটি সিএমওএস সেন্সরে রোলিং শাটার ইফেক্ট (আরএসই) ব্যবহার করে ভিডিও ফ্রেম রেটের চেয়ে বেশি ডেটা রেট অর্জনের উপর আলোকপাত করে, যা গ্লোবাল শাটার পদ্ধতির তুলনায় একটি প্রধান সুবিধা। সম্ভাব্য প্রয়োগগুলির মধ্যে রয়েছে প্রদর্শনী গাইড, সম্মেলন চেক-ইন এবং গতিশীল পণ্যের তথ্য অ্যাক্সেস।

2. উদ্ভাবন

এই প্রদর্শনের মূল উদ্ভাবনগুলি তিনগুণ, একটি মডুলার এবং ব্যবহারকারী-কেন্দ্রিক নকশার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে।

3. প্রদর্শনের বিবরণ

4. প্রযুক্তিগত বিশ্লেষণ ও মূল অন্তর্দৃষ্টি

মূল অন্তর্দৃষ্টি: এই কাজটি কাঁচা ওসিসি ডেটা রেটে একটি যুগান্তকারী আবিষ্কারের চেয়ে কম এবং ব্যবহারিক, কম খরচে, এবং ব্যবহারকারীকে ক্ষমতায়নকারী অ্যাপ্লিকেশনগুলির দিকে একটি চতুর প্রকৌশলী পিভট। যদিও অনেক ভিএলসি/ওসিসি গবেষণা, যেমন লি-ফাই-তে হাস (২০১১) এর মতো মৌলিক কাজ বা পরবর্তী উচ্চ-গতির প্রদর্শনগুলিতে দেখা যায়, জিবিপিএস গতির পিছনে ছোটে, এই প্রকল্পটি চতুরতার সাথে প্রাসঙ্গিক, ডিভাইস-থেকে-ডিভাইস তথ্য টানার "শেষ মিটার" সমস্যাকে লক্ষ্য করে। এটি স্মার্টফোন ক্যামেরাকে—একটি অতুলনীয় সর্বব্যাপী সেন্সর—একটি নিষ্ক্রিয় ইমেজিং ডিভাইস থেকে একটি সক্রিয় কমিউনিকেশন রিসিভারে রূপান্তরিত করে, বিশেষায়িত হার্ডওয়্যারের প্রয়োজনীয়তা এড়িয়ে যায়। নিয়ন্ত্রণের জন্য ব্লুটুথের একীকরণ হল মাস্টারস্ট্রোক, একটি স্থির আলোর বীকনকে গতিশীলভাবে প্রোগ্রামযোগ্য তথ্য বিন্দুতে রূপান্তরিত করে।

যুক্তিসঙ্গত প্রবাহ: সিস্টেমের যুক্তি মার্জিতভাবে রৈখিক: ১) গতিশীল পেলোড: তথ্য ব্লুটুথের মাধ্যমে ট্রান্সমিটারে ওয়্যারলেসভাবে পাঠানো হয়, প্রি-বার্নড, স্থির অপটিক্যাল আইডির ছাঁচ ভেঙে দেয়। ২) অপটিক্যাল মড্যুলেশন: সহজ কিন্তু শক্তিশালী ওওকে এই ডেটাকে আলোর পালসে এনকোড করে, যা রোলিং শাটার সনাক্তকরণ পদ্ধতির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। ৩) সর্বব্যাপী অভ্যর্থনা: যেকোনো স্মার্টফোন ক্যামেরা একটি রিসিভার হয়ে ওঠে, অন্তর্নির্মিত হার্ডওয়্যার ব্যবহার করে। ৪) নিরবচ্ছিন্ন ক্রিয়া: অ্যাপটি সংকেত ডিকোড করে এবং একটি প্রাসঙ্গিক-নির্দিষ্ট ক্রিয়া (ওয়েব নেভিগেশন) ট্রিগার করে, আলো থেকে কার্যকরী ডিজিটাল বিষয়বস্তুতে লুপ বন্ধ করে। এই প্রবাহ কিউআর কোডের মতো কাঠামোর দর্শনের প্রতিফলন ঘটায় কিন্তু গতিশীল, দূরবর্তীভাবে আপডেটযোগ্য বিষয়বস্তু এবং দৃষ্টিগ্রাহ্য প্যাটার্নের প্রয়োজন নেই এই গুরুত্বপূর্ণ সুবিধা সহ।

শক্তি ও ত্রুটি: প্রাথমিক শক্তি হল এর ব্যবহারিকতা এবং তাৎক্ষণিক মোতায়েনযোগ্যতা। এটি রেডিমেড উপাদান (এসটিএম৩২, এইচসি-০২, স্ট্যান্ডার্ড এলইডি) ব্যবহার করে এবং স্মার্টফোনে কোনও পরিবর্তনের প্রয়োজন নেই, যা গ্রহণের বাধা ব্যাপকভাবে কমিয়ে দেয়। ব্লুটুথ ব্যাকচ্যানেল হল প্রাথমিকভাবে একমুখী ওসিসি লিঙ্কে দ্বিমুখী ক্ষমতার জন্য একটি চতুর সমাধান। যাইহোক, উল্লেখযোগ্য ত্রুটি বিদ্যমান। ডেটা রেট এবং পরিসর এনএফসি বা ইউডব্লিউবির মতো আরএফ বিকল্পগুলির তুলনায় মারাত্মকভাবে সীমিত, যা বড় পেলোড স্থানান্তরের জন্য অনুপযুক্ত করে তোলে। সিস্টেমটি পরিবেষ্টিত আলোর শব্দ, ক্যামেরা কাঁপুনি এবং সুনির্দিষ্ট সারিবদ্ধতার জন্য অত্যন্ত সংবেদনশীল। কাস্টম অ্যাপের উপর নির্ভরতা ব্যবহারকারীদের জন্য একটি ঘর্ষণ বিন্দুও তৈরি করে, বেশিরভাগ ক্যামেরা অ্যাপে নেটিভ কিউআর কোড স্ক্যানারের মতো নয়। ওসিসি চ্যালেঞ্জগুলির উপর জরিপে (যেমন, চৌধুরী এবং সহকর্মীদের দ্বারা, আইইইই কমিউনিকেশনস সার্ভে অ্যান্ড টিউটোরিয়ালস, ২০১৯) উল্লিখিত হিসাবে, পরিবেষ্টিত আলোর হস্তক্ষেপ এবং রিসিভার সংবেদনশীলতা এখনও প্রধান বাধা হিসাবে রয়ে গেছে।

কার্যকরী অন্তর্দৃষ্টি: গবেষকদের জন্য, এগিয়ে যাওয়ার পথ হল বাস্তব-বিশ্বের অবস্থার বিরুদ্ধে প্রযুক্তিকে শক্তিশালী করা। আন্ডারস্যাম্পল্ড ফ্রিকোয়েন্সি শিফট অন-অফ কীং (ইউএফএসওকে) এর মতো উন্নত মড্যুলেশন স্কিমগুলি তদন্ত করা শব্দ প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করতে পারে। পণ্য বিকাশকারীদের জন্য, তাৎক্ষণিক সুযোগটি বিশেষ, নিয়ন্ত্রিত পরিবেশে রয়েছে যেখানে আরএফ অপ্রত্যাশিত (হাসপাতাল, বিমান, বিপজ্জনক এলাকা) বা শারীরিক বস্তুগুলিতে পরিবেষ্টিত, প্রাসঙ্গিক তথ্যের একটি স্তর যোগ করার জন্য—যাদুঘরের প্রদর্শনীর কথা ভাবুন যেখানে বর্ণনা কিউরেটরের ইনপুটের উপর ভিত্তি করে আপডেট হয় বা কারখানার মেঝে যেখানে মেশিনের অবস্থা তার নির্দেশক আলোর মাধ্যমে সম্প্রচারিত হয়। কিলার অ্যাপটি কাঁচা গতি নাও হতে পারে, কিন্তু শারীরিক বিশ্বের অদৃশ্য, গতিশীল ট্যাগিং হতে পারে।

5. প্রযুক্তিগত বিবরণ ও গাণিতিক মডেল

ডিকোডিংয়ের মূল রোলিং শাটার ইফেক্ট ব্যবহার করার উপর নির্ভর করে। রোলিং শাটার সহ একটি সিএমওএস সেন্সরে, প্রতিটি সারি পিক্সেল ক্রমানুসারে এক্সপোজড হয় যেখানে পরপর সারিগুলির মধ্যে একটি ছোট সময় বিলম্ব $\Delta t_{row}$ থাকে। যদি একটি এলইডি একটি কম্পাঙ্ক $f_{LED}$ দিয়ে মডুলেট করা হয়, এবং ক্যামেরার ফ্রেম রেট $f_{frame}$ হয়, তবে এলইডি একটি একক ফ্রেম ক্যাপচার করার সময় একাধিকবার জ্বলতে পারে।

একটি ফ্রেমের মধ্যে এলইডি জ্বলার অন্তত একটি সম্পূর্ণ চক্র সফলভাবে ক্যাপচার করার শর্তটি সময়ের সাথে সম্পর্কিত। প্রতিটি সারির জন্য এক্সপোজার সময় $T_{exp}$ এবং পুরো ফ্রেমের জন্য রিডআউট সময় $T_{read}$ মড্যুলেশনের দৃশ্যমানতা নির্ধারণ করে। ওওকে ব্যবহার করে একটি বাইনারি '১' (এলইডি অন) এবং '০' (এলইডি অফ) সনাক্ত করার জন্য একটি সরলীকৃত মডেল পিক্সেল সারি জুড়ে তীব্রতা প্যাটার্ন বিশ্লেষণ করে বর্ণনা করা যেতে পারে।

ধরা যাক $I_{raw}(x,y)$ পিক্সেল স্থানাঙ্ক (x,y) এ কাঁচা তীব্রতা। পটভূমি বিয়োগ এবং এলইডি অঞ্চল বিচ্ছিন্ন করার জন্য ফিল্টার করার পরে, সারি সূচক $y$ এর একটি ফাংশন হিসাবে সংকেত $S(y)$ পাওয়া যায়: $$S(y) = \frac{1}{N_x} \sum_{x=1}^{N_x} I_{processed}(x,y)$$ যেখানে $N_x$ হল আগ্রহের অঞ্চলে পিক্সেল কলামের সংখ্যা। এই ১ডি সংকেত $S(y)$ সারি-ভিত্তিক এক্সপোজারের সময় এলইডির অন এবং অফ অবস্থার সাথে সম্পর্কিত উচ্চ এবং নিম্ন তীব্রতার বিকল্প ব্যান্ড দেখাবে। বাইনারি ডেটা স্ট্রিম $S(y)$ কে থ্রেশহোল্ড করে পুনরুদ্ধার করা হয়: $$bit[k] = \begin{cases} 1 & \text{if } S(y_k) > \tau \\ 0 & \text{otherwise} \end{cases}$$ যেখানে $\tau$ একটি অভিযোজিত থ্রেশহোল্ড এবং $y_k$ প্রতিটি বিটের জন্য নমুনা বিন্দুর সাথে সম্পর্কিত সারি সূচকগুলিকে উপস্থাপন করে।

6. পরীক্ষামূলক ফলাফল ও কার্যকারিতা

প্রদর্শনটি শেষ-থেকে-শেষ কার্যকারিতা সফলভাবে যাচাই করেছে। পর্যবেক্ষণ করা মূল ফলাফলগুলির মধ্যে রয়েছে:

• সফল ডিকোডিং ও ওয়েব অ্যাক্সেস: স্মার্টফোন অ্যাপ্লিকেশনটি এলইডি দ্বারা প্রেরিত অপটিক্যাল বার কোড ধারাবাহিকভাবে ডিকোড করেছে এবং স্বয়ংক্রিয়ভাবে সঠিক ইউআরএলে ওয়েব ব্রাউজার চালু করেছে। এটি ডেমোর প্রাথমিক সাফল্যের মেট্রিক ছিল।
• গতিশীল আপডেট ক্ষমতা: ব্লুটুথ কন্ট্রোল লিঙ্ক প্রেরিত তথ্য (লক্ষ্য ইউআরএল) রিমোট অ্যাপ থেকে রিয়েল-টাইমে পরিবর্তন করতে দিয়েছে, এবং স্মার্টফোন রিসিভার নতুন তথ্য সঠিকভাবে ডিকোড করেছে, যা সিস্টেমের নমনীয়তা প্রমাণ করেছে।
• কার্যকরী সীমাবদ্ধতা: নিয়ন্ত্রিত অভ্যন্তরীণ আলোতে কার্যকারিতা সর্বোত্তম ছিল। নির্ভরযোগ্য কার্যকরী দূরত্ব সীমিত ছিল (সম্ভবত কয়েক সেন্টিমিটার থেকে কয়েক মিটারের মধ্যে), এবং এলইডি এবং স্মার্টফোন ক্যামেরার মধ্যে তুলনামূলকভাবে সরাসরি দৃষ্টিরেখা প্রয়োজন ছিল। ডেটা রেট এলইডি মড্যুলেশন গতি এবং ক্যামেরা প্যারামিটার দ্বারা সীমাবদ্ধ ছিল, ইউআরএলের মতো সংক্ষিপ্ত স্ট্রিং প্রেরণের জন্য উপযুক্ত কিন্তু উচ্চ-ব্যান্ডউইথ ডেটার জন্য নয়।

7. বিশ্লেষণ কাঠামো: একটি ব্যবহারের দৃশ্যকল্প

দৃশ্যকল্প: গতিশীল যাদুঘর প্রদর্শনী লেবেলিং
একটি যাদুঘর একটি নিদর্শনের জন্য তথ্য প্রদানের জন্য এই সিস্টেমটি ব্যবহার করে। একটি স্থির ফলক বা একটি নির্দিষ্ট কিউআর কোডের পরিবর্তে:

1. সেটআপ: নিদর্শনের কাছে একটি ছোট, বিচক্ষণ এলইডি ইনস্টল করা হয়। এটি ব্লুটুথ-নিয়ন্ত্রিত ড্রাইভার মডিউলের সাথে সংযুক্ত।
2. নিয়ন্ত্রণ: যাদুঘরের বিষয়বস্তু ব্যবস্থাপনা সিস্টেম (সিএমএস) নিদর্শনের জন্য ওয়েবপৃষ্ঠার ইউআরএল ধারণ করে। একটি কিউরেটরের ইন্টারফেসের মাধ্যমে, এই ইউআরএলটি ব্লুটুথের মাধ্যমে এলইডি ড্রাইভারে পাঠানো হয়।
3. দর্শক মিথস্ক্রিয়া: একজন দর্শক যাদুঘরের নির্দিষ্ট অ্যাপটি খোলে (যার মধ্যে ওসিসি ডিকোডার রয়েছে)। তারা নিদর্শনের দিকে (এবং অদৃশ্য জ্বলজ্বল করা এলইডির দিকে) তাদের ফোনের ক্যামেরা তাক করে।
4. ক্রিয়া: অ্যাপটি অপটিক্যাল সংকেত ডিকোড করে এবং সেই নিদর্শনের জন্য নির্দিষ্ট ওয়েবপৃষ্ঠাটি খোলে। ওয়েবপৃষ্ঠায় পাঠ্য, অডিও, ভিডিও বা এমনকি এআর বিষয়বস্তু থাকতে পারে।
5. সুবিধা: প্রদর্শনী স্পর্শ না করেই তথ্য দূরবর্তীভাবে আপডেট করা যেতে পারে (যেমন, নতুন গবেষণার ফলাফল যোগ করা, ভাষার বিকল্প পরিবর্তন করা)। একাধিক প্রদর্শনীর বিষয়বস্তু একটি কেন্দ্রীয় কনসোল থেকে একই সাথে পরিবর্তন করা যেতে পারে। এলইডি নিজেই অপ্রত্যাশিত।

এই কাঠামোটি সিস্টেমের মূল্য প্রস্তাবকে তুলে ধরে: শারীরিক বস্তুগুলিকে আপডেটযোগ্য ডিজিটাল বিষয়বস্তুর সাথে গতিশীল, ওয়্যারলেস এবং নিরবচ্ছিন্নভাবে সংযুক্ত করা।

8. ভবিষ্যতের প্রয়োগ ও উন্নয়নের দিকনির্দেশনা

প্রযুক্তিটি বেশ কয়েকটি প্রতিশ্রুতিশীল পথ খোলে:

• স্মার্ট খুচরা ও বিজ্ঞাপন: পণ্যের তাকগুলিতে এলইডি যা প্রচারমূলক লিঙ্ক, বিস্তারিত স্পেস বা তাৎক্ষণিক কুপন ইউআরএল সম্প্রচার করে। বিষয়বস্তু দিনের সময় বা ইনভেন্টরির উপর ভিত্তি করে পরিবর্তন হতে পারে।
• শিল্প আইওটি ও সম্পদ ট্র্যাকিং: মেশিনারি স্ট্যাটাস এলইডিগুলি আরএফ-সংবেদনশীল পরিবেশে একজন প্রযুক্তিবিদের ফোনে ডায়াগনস্টিক ডেটা বা রক্ষণাবেক্ষণ লগ সম্প্রচার করতে পারে।
• অভ্যন্তরীণ নেভিগেশন ও ভিএলপি উন্নতি: পিডিএফ [২,৩] এ উল্লিখিত হিসাবে, ওসিসি ভিজিবল লাইট পজিশনিং (ভিএলপি) সাহায্য করতে পারে। এই সিস্টেমটি অবস্থান আইডি সম্প্রচার করতে পারে, আরও শক্তিশালী অভ্যন্তরীণ নেভিগেশনের জন্য ত্রিকোণমিতি অ্যালগরিদমগুলিকে পরিপূরক করে।
• প্রবেশযোগ্যতা সরঞ্জাম: শারীরিক বস্তুগুলির শ্রবণযোগ্য বর্ণনা প্রদান (যাদুঘর, পাবলিক স্পেসে) একটি বিচক্ষণ আলোর সংকেতের মাধ্যমে যা ব্যবহারকারীর ফোন দ্বারা ডিকোড করা হয়।

ভবিষ্যতের গবেষণার দিকনির্দেশনা:

1. উন্নত মড্যুলেশন: ওওকের বাইরে পালস-পজিশন মড্যুলেশন (পিপিএম) বা কালার শিফট কীং (সিএসকে) এর মতো স্কিমগুলিতে যাওয়া ডেটা রেট এবং শক্তিশালীতা বাড়াতে।
2. মাল্টি-এলইডি মিমো সিস্টেম: সমান্তরাল ডেটা ট্রান্সমিশন বা কভারেজ এলাকা বাড়ানোর জন্য এলইডি অ্যারে ব্যবহার করা।
3. মানকীকরণ ও নেটিভ ইন্টিগ্রেশন: ব্যাপক গ্রহণের চূড়ান্ত লক্ষ্য হল মোবাইল অপারেটিং সিস্টেমে ওসিসি ডিকোডিং ক্ষমতার একীকরণ, কিউআর কোড স্ক্যানিংয়ের মতো, একটি নির্দিষ্ট অ্যাপের প্রয়োজনীয়তা দূর করে।
4. ডিকোডিংয়ের জন্য মেশিন লার্নিং: চরম পরিবেষ্টিত আলো, আংশিক অবরোধ, বা ক্যামেরা গতি ঝাপসার মতো চ্যালেঞ্জিং বাস্তব-বিশ্বের অবস্থা পরিচালনা করতে নিউরাল নেটওয়ার্ক ব্যবহার করা।

9. তথ্যসূত্র

1. Haas, H. (2011). "Wireless data from every light bulb." TED Global. [লি-ফাই-এর ধারণাগত ভিত্তি]
2. Chowdhury, M. Z., Hossan, M. T., Islam, A., & Jang, Y. M. (2019). "A Comparative Survey of Optical Wireless Technologies: Architectures and Applications." IEEE Access, 6, 9819-9840. [ওসিসি চ্যালেঞ্জগুলির উপর জরিপ]
3. IEEE 802.15.7 Standard. (2011). "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks--Part 15.7: Short-Range Wireless Optical Communication Using Visible Light." [প্রাসঙ্গিক যোগাযোগ মান]
4. Wang, Q., Giustiniano, D., & Puccinelli, D. (2015). "OpenVLC: Software-Defined Visible Light Embedded Networks." In Proceedings of the 1st ACM MobiCom Workshop on Visible Light Communication Systems. [প্রোগ্রামযোগ্য ভিএলসি প্ল্যাটফর্মের উদাহরণ]
5. মূল পিডিএফ-এ উদ্ধৃত গবেষণা: [২] মাল্টি-সেন্সর ফিউশন ভিএলপি/এসএলএএম, [৩] আরওএস-ভিত্তিক রোবট ভিএলপি, [৪] প্রতিফলিত পৃষ্ঠ থেকে ওসিসি, [৫] আন্ডারওয়াটার অপটিক্যাল কমিউনিকেশন (ইউডব্লিউওসি)।