Li-Fi технология (сверхбыстрый Интернет на светодиодах): обзор, описание, устройство и перспективы

Li-Fi – новая технология передачи данных, которая коренным образом изменит бизнес в будущем, создаёт возможности, созревшие для использования уже сегодня, и готовится стать многомиллиардной индустрией к 2022 году. В настоящее время ведутся разработки по достижению скорости 1Гбит/с, которая позволит превзойти показатели сверхбыстрого широкополосного доступа.

Информационный свет

Термин Li-Fi был придуман профессором Харальдом Хаасом и обозначает способ трансляции информации с помощью света, который обеспечивает высокоскоростную двунаправленную мобильную связь, подобную Wi-Fi. Может применяться как для разгрузки существующих сетей, работающих на радиочастотах, так и для увеличения их пропускной способности.

Для сверхбыстрой связи используется видимая часть электромагнитного спектра. Это отличает данную технологию от такой устоявшейся формы беспроводной коммуникации, как Wi-Fi, в которой задействованы традиционные частоты.

В Li-Fi данные передаются модуляцией интенсивности света, принимаются фотоприёмником, и сигнал преобразуется в электрический. Модуляция производится таким образом, что человеческий глаз её не воспринимает.

Технология высокоскоростной оптической связи Li-Fi относится к категории беспроводной коммуникаций, которая, кроме видимого света, включает инфракрасный и ультрафиолетовый. Её уникальность заключается в использовании существующих сетей освещения.

Li Fi – сверхбыстрый интернет на светодиодах

Когда постоянный ток подаётся на LED-лампу, она испускает стабильный поток фотонов видимого света. При уменьшении или увеличении тока яркость свечения тоже изменяется. Поскольку LED-лампы являются полупроводниковыми приборами, ток и, следовательно, оптический выход можно модулировать с очень высокой скоростью. Он может быть принят фотоэлементом и преобразован обратно в электрический ток. Модуляция яркости незаметна для человеческого глаза и так же удобна, как и радио. При использовании этой техники светодиодная лампа способна передавать информацию с высокой скоростью.

Радиочастотная связь требует наличия электрической схемы, антенн и сложных приёмников, в то время как Li-Fi-технология гораздо проще. В ней применяются прямые методы модуляции, подобные тем, которые задействованы в недорогих инфракрасных коммуникационных устройствах – пультах дистанционного управления. Применение инфракрасной связи ограничено в силу требований санитарных норм безопасности глаз, в то время как LED-лампы обладают высокой интенсивностью свечения и демонстрируют значительную скорость работы.

Свет или радио?

Li-Fi может превратить лампу в беспроводную точку доступа по аналогии с маршрутизатором Wi-Fi.

В традиционной связи используются радиочастоты, но их число весьма ограничено. Устройства - компьютеры, ноутбуки, принтеры, смарт-телевизоры, смартфоны и планшеты - должны конкурировать за пропускную способность. Появление всё большего числа вещей, использующих Wi-Fi, например, холодильников, часов, фотоаппаратов, сотовых телефонов, является причиной задержек и снижения скорости передачи данных. Li-Fi-технология использует частоты световых волн, которых в 10 000 раз больше, чем радиочастот.

Радиоволны создают электромагнитные помехи, которые мешают работе приборов и оборудования самолетов, больниц и потенциально опасны на таких производствах, как ядерная энергетика, бурение нефтяных и газовых скважин. Li-Fi использует свет, искробезопасный и не создающий электромагнитных помех.

Радиоволны проходят сквозь стены и потолки. Свет этого не делает. В этом и состоит разница в защите данных между Wi-Fi и Li-Fi. Хакер, находящийся вне здания, способен подключиться к радиосети внутри него. Данные, передаваемые по Li-Fi, доступны только там, куда светит лампа.

Стандарт Wi-Fi 802.11a/g обеспечивает скорость передачи до 54 Мбит/с, и это значение можно увеличить до 1 Гбит/с. В университете Эдинбурга уже достигли 3 Гбит/с в монохромном режиме. Один полноцветный RGB-светодиод может передавать до 9 Гбит/с.

Интернет из лампочки Li-Fi

Развитию данной технологии способствовал резкий рост использования светодиодов в целях освещения.

Li-Fi как нельзя лучше подходит для загрузки видео и аудио, прямых трансляций и т. д. Эти задачи предъявляют высокие требования к пропускной способности входных каналов, но требуют минимальной мощности исходящих. Таким образом, освобождается большая часть интернет-трафика существующих радиочастотных каналов, расширяя возможности сотовой связи и Wi-Fi.

Световой интернет Li-Fi находит применение во множестве областей:

• Освобождение радиочастот: пиковые нагрузки сотовых сетей можно переложить на Li-Fi. Это особенно эффективно на входных коммуникационных каналах, где узкие места возникают наиболее часто.
• Смарт-освещение: любое частное или публичное освещение, включая уличные фонари, может быть использовано в качестве точек доступа Li-Fi, с одной и той же инфраструктурой средств связи и датчиков.
• Мобильные подключения: ноутбуки, смартфоны, планшеты и другие мобильные устройства могут непосредственно соединяться с помощью Li-Fi. Небольшое расстояние обеспечивает отличную и защищённую коммуникацию.
• Опасное производство: Li-Fi-технология составляет безопасную альтернативу электромагнитным помехам от радиочастотной связи на таких объектах, как шахты и ​​нефтехимические предприятия.
• Медицина и охрана здоровья: свет не создаёт электромагнитные помехи и поэтому не мешает медицинскому оборудованию, а также не подвержен действию МРТ-сканеров.
• Авиация: Li-Fi может быть использован для снижения веса, уменьшения длины проводки и увеличения гибкости в размещении оборудования сидений пассажирского салона, где LED-светильники уже установлены. Система развлечений на борту способна поддерживаться и взаимодействовать с мобильными устройствами пассажиров.
• Коммуникация под водой: из-за сильного поглощения сигнала использование радиочастот в воде является нецелесообразным. Акустические волны имеют очень низкую пропускную способность и тревожат морских животных. Li-Fi-технология обеспечивает решение для связи малого радиуса действия.
• Транспортные средства и транспорт: уже производятся фары, задние фонари, уличные светильники, вывески и светофоры, в которых используются LED-лампы. Благодаря этому становится возможной коммуникация между автомобилями и дорожной инфраструктурой в системах обеспечения безопасности и управления дорожным движением.
• Высокоточные, локальные информационные службы, такие как реклама и навигация, которые позволяют получать информацию, связанную с конкретным местом и временем.
• Игрушки: светодиоды применяются во многих игрушках, что может быть использовано для недорогой связи между интерактивными игрушками.

Прототип для разработчиков

Li-1st позволяет клиентам быстро разрабатывать и тестировать приложения Li-Fi. Устройство поддерживает полную дуплексную связь с пропускной способностью 11,5 Мбит/с на расстоянии до 3 м, одновременно обеспечивая достаточное освещение на рабочем столе. Рабочая дистанция зависит только от силы источника света. Устройство предлагает простое безопасное беспроводное подключение к сети, сочетающееся с LED-лампами.

Li-1st создавался как база для пилотных проектов разработчиков Li-Fi.

Первый коммерческий продукт

Li-Flame был публично продемонстрирован на выставке Mobile World Congress в Барселоне в марте 2016 г. Устройство представляет следующее поколение первой в мире высокоскоростной беспроводной сети на основе видимого света. Технология Li-Flame поддерживает значительно большую плотность данных, чем лучшие решения Wi-Fi, а присущая ей защищённость устранит нежелательное проникновение извне. Кроме того, совмещение освещения с беспроводной коммуникацией ощутимо упрощает инфраструктуру и снижает энергопотребление.

Li-Flame обеспечивает:

• полудуплексную связь 10 Мбит/с на дистанции до 3 м со стандартными светильниками;
• полную мобильность (портативный настольный блок с автономным питанием) с высокой скоростью передачи данных благодаря плотной установке точек доступа Li-Fi;
• безопасную беспроводную связь в пределах помещения, что исключает риск утечки сигнала;
• многопользовательские точки доступа, обеспечивающие большую пропускную способность для каждого пользователя;
• безопасную беспроводную коммуникацию в средах, где радиочастоты нежелательны или недоступны;
• гибкость при проектировании коммуникационных сетей;
• расширение спектра приложений беспроводной связи;
• экономию на осветительном и телекоммуникационном оборудовании по причине использования единой инфраструктуры.

Потолочный блок:

• Данные и питание поступают через стандартный Ethernet-порт.
• Простая установка.
• Подключается к LED-светильнику, образуя атто-соты.
• Множественный доступ.
• Плавный переход между точками доступа.

Настольная часть:

• Подключение к устройству клиента через USB-порт.
• 10 Мбит/с инфракрасная восходящая линия к потолочной части.
• Поворотная головка приёмопередатчика может регулироваться пользователем.
• Питание от батареи и портативность.

Самая быстрая, самая маленькая и самая защищённая

LiFi-X является развитием системы Li-Flame. Позволяет развернуть полноценную сеть и, в отличие от существующих продуктов, поддерживает множественный доступ, роуминг, полную мобильность, к тому же проста в использовании. От предыдущей версии отличается полной дуплексной связью на скорости 40 Мбит/с как в исходящем, так и во входном направлении, и полной мобильностью, обеспечиваемой портативной USB-станцией.

Точка доступа LiFi-X:

• Поддержка питания через PoE или PLC.
• Простая установка.
• Подключение к LED-светильникам для формирования атто-соты.
• Множественный доступ.
• Плавное переключение между точками доступа.

Станция LiFi-X:

• USB 2.0.

Литература

Книги по технологии Li-Fi, несмотря на её новизну, уже не редкость, правда, в большинстве своем они не переведены на русский язык. Вот только некоторые из них:

• Arnon, Shlomi. Visible light communication. Cambridge, United Kingdom: Cambridge University Press, 2015. Print.
• Dimitrov, Svilen, and Harald Haas. Principles of LED light communications : towards networked Li-Fi. Cambridge: Cambridge University Press, 2015. Print.
• Ghassemlooy, Zabih, W Popoola, and S Rajbhandari. Optical wireless communications system and channel modelling with MATLAB. Boca Raton, FL: CRC Press, 2013. Print.

Книги доступны в интернет-магазине Amazon.