Технология Li-Fi
Каждый год число подключаемых к беспроводной связи устройств и приборов интернета вещей (IoT), автономного (беспилотного) транспорта и робототехники значительно увеличивается. В связи с этим растут и требования к скорости передачи данных, пропускной способности, времени задержки и безопасности каналов связи. В нашей статье рассмотрим технологию передачи данных вместе со светом от комнатных источников освещения.
Выбрать раздел:
С целью удовлетворения растущих требований к передаче данных и решения вопроса перегруженности радиочастотного спектра, ряд разработчиков предлагает внедрение в телекоммуникационном секторе новых инновационных технологий. Одной из таких технологий является Light Fidelity (Li-Fi), которая представляет собой двустороннюю беспроводную связь, использующую вместо традиционных радиочастот световое излучение для формирования двоичных кодов и передачи данных в оптическом диапазоне частот от 400 до 800 ТГц.
В качестве маршрутизаторов Li-Fi предлагается использовать специальные светодиодные лампы (Light-Emitting Diode, LED), которые одновременно могут применяться для освещения частных домовладений и офисов. Короткие импульсы при быстром мерцании LED-ламп, передают информацию на фотодиодный приемник, преобразующий амплитудную модуляцию света в электрический сигнал, после чего, устройство «усиления и обработки» восстанавливает его обратно в поток исходных данных, который получают мобильные устройства с выходом в Интернет. При этом частота мерцания ламп составляет выше 60 Гц и не воспринимается человеческим зрением. Для двухстороннего обмена данными все системы Li-Fi должны использовать датчики инфракрасного излучения.
Предполагается, что технология Li-Fi обеспечит быстрые, более надёжные и безопасные соединения в сравнении с самыми современными беспроводными технологиями, включая Wi-Fi и 5G.
В теории скорость передачи данных может достигать 10 ГБ/с, что в 100 раз выше, чем у Wi-Fi, это обусловлено тем, что частота световых волн на порядок выше частоты радиоволн, поэтому спектр оптического диапазона имеет более широкую полосу пропускания.
Кроме высокой скорости передачи данных Li-Fi обладает следующими преимуществами:
- Экономическая эффективность технологии по сравнению с Wi-Fi системами. Благодаря использованию светодиодных ламп, Li-Fi легко интегрируется в любую систему освещения и не требует прокладки дополнительных кабелей и затрат на установку. Более того, Li-Fi потребляет меньше энергии, чем Wi-Fi, что способствует снижению операционных расходов.
- Высокая пропускная способность и малая задержка, способствует передаче больших объемов данных.
- Безопасность: сеть Li-Fi доступна только в пределах ограниченной освещенной зоны и не может проходить сквозь непрозрачные конструкции, обеспечивая более защищенную передачу данных.
- Уменьшение рисков вреда для здоровья: в отличие от радиоволн, не создает вредного электромагнитного излучения, что делает технологию безопасной для применения в больницах и школах.
- Совместимость с устройствами Интернета вещей: предоставляет надежный и быстрый канал передачи данных для устройств IoT, что особенно важно в условиях растущего спроса на эти устройства.
Подробнее о программе США по сертификации и маркировке устройств Интернета вещей мы рассказывали в статье в нашей группе в ВК.
Дополнительными преимуществами являются снижение помех другим беспроводным технологиям и повышенная надежность (на Li-Fi не влияют погодные условия и другие факторы окружающей среды).
Указанные преимущества выводят технологию на лидирующие позиции при рассмотрении вариантов внедрения её в таких отраслях, как здравоохранение, автономный транспорт, интеллектуальная дорожная система и розничная торговля, а также для промышленных и коммерческих приложений, где необходима высокоскоростная, безопасная и надежная беспроводная связь.
С 2018 года технология Li-Fi тестируется на заводе BMW в Мюнхене, успешно обеспечивая производственный процесс.
Также Li-Fi был использован в «пилотном» проекте в средней школе Kyle Academy в Шотландии. Учащиеся получали данные через соединение между своими портативными компьютерами и USB-устройством, которое преобразовывало электрический сигнал от потолочных светодиодов в цифровую информацию.
В Индии несколько компаний и студенческое образовательное и культурное движение «Ладакха» уже используют технологию Li-Fi.
Несмотря на преимущества новой технологии, существуют и недостатки:
- Ограниченная проникающая способность: в отличие от радиосигналов, сигналы Li-Fi не могут распространяться через стены или другие непрозрачные преграды, что сокращает количество сценариев применения технологии.
- Ограничения по радиусу действия: обмен данными осуществляется в пределах, так называемых конусов световых потоков.
- Прямая зависимость от освещения: работа может быть затруднена в условиях недостаточной освещенности — высока вероятность сбоев соединения.
- Необходимость наличия световых источников в помещении, что требует дополнительной инфраструктуры.
- Ограниченная совместимость с существующими устройствами, которые обычно используют Wi-Fi для подключения к сети.
Исследования Li-Fi-технологии продолжаются. Лидерами в этой сфере являются компании pureLiFi, Fraunhofer HHI и Philips. Компании уже интегрируют свое оборудование Li-Fi в обычные системы освещения в домах и офисах, предлагают использовать для передачи данных уличные фонари, а встроенные в световые приборы автомобилей приемо-передающие устройства смогут обеспечить коммуникацию интеллектуальных машин друг с другом.
Кроме этого, в конце июля 2023 года институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers Vehicular Technology Society, IEEE) стандартизировал беспроводную связь на основе оптической передачи информации. Стандарт IEEE 802.11bb определяет спецификации физического уровня и системную архитектуру для беспроводной связи с использованием световых волн. Принятие стандарта IEEE 802.11bb ускорит повсеместное распространение новой технологии передачи данных и даст возможность производителям более активно внедрять Li-Fi-технологии. Так, американская компания pureLiFi, уже продает свои ИК-роутеры, а также представила прототип первого смартфона с поддержкой Li-Fi. Помимо этого pureLiFi разработала модуль Light Antenna ONE для интеграции в подключенные устройства — элемент размером 14,5 мм уже предлагается OEM-производителям для оценки и тестирования. Ожидается, что в скором времени появится широкий спектр устройств с поддержкой Li-Fi.
Несмотря на то, что Li-Fi является перспективным направлением, технологии на основе проводной, беспроводной и радиосвязи по-прежнему имеют ряд преимуществ. Передача данных осуществляется на большие расстояния и имеет проникающую способность даже через непрозрачные объекты. Впрочем, некоторые из этих достоинств одновременно являются и недостатками радиосвязи. Поэтому на сегодняшний день рассматриваются различные варианты интеграции этих технологий. Так, с принятием нового стандарта будет обеспечено взаимодействие Li-Fi и Wi-Fi систем. Новая технология позволит разгрузить радиосети и, более того, гарантировать стабильную передачу данных в местах, где у беспроводных систем связи будут возникать проблемы, например — в туннелях.
Учитывая стремительное развитие инфраструктуры на основе Интернета вещей, Li-Fi является перспективной технологией, которая позволит обеспечить развертывание IoT с высокими требованиями к скорости и пропускной способности беспроводных сетей, а также стабильную связь и надежную передачу данных в зонах с радиочастотными помехами.