Технология li fi реферат

Обновлено: 08.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Исследование высокоскоростной беспроводной коммуникационной технологии Li-Fi

Никитин Вячеслав Олегович

Мешкова О.В. руководитель, преподаватель

Чебоксарский электромеханический колледж

"Li-fi" - это новая технология (аббревиатура в названии составлена, по аналогии с широко известными Hi-fi и Wi-fi, из английских слов "light" - "свет" и "fidelity" - "точность"), обещающая надежный и дешевый способ подключения к интернету практически из любого места с помощью специальных светодиодов.

Технология под названием Li-Fi, разработкой которой ученые занимаются уже четыре года, передает информацию с помощью LED-светодиодов, которые мерцают на уровне наносекунд, что делает процесс незаметным для человеческого глаза. В 2011 году ученым удалось добиться ошеломительной скорости в 224 Гб/с. Однако в домашнем использовании без громоздких устройств Li-Fi может передавать около 1 Гб/с.

Использование света в качестве несущей имеет преимущества перед радиоволнами:

- во-первых, выгода в энергопотреблении: в радиомодемах КПД не превышает 5%, большая часть энергии уходит в тепло;

- во-вторых, теоретически светом можно передавать информацию на гораздо большей скорости, чем по радио, просто за счет меньшей длины волны;

- в третьих, лампочки можно использовать в больницах, да и в густонаселенном городе хотспоты не будут интерферировать друг с другом, как WiFi.

Принцип работы Li-Fi сводится к изменению параметров свечения светодиодных ламп (LED) с очень высокой скоростью. Этим процессом управляет специальный микрочип, кодирующий таким образом информацию. Для регистрации световых пучков применяется особый фотодетектор, осуществляющий обратное преобразование данных. Связь через видимый свет ( VLC ) использует сверхскоростные импульсы света для передачи информации, которые остаются незаметными для человеческих глаз. Оптические беспроводные технологии, которые иногда называют АОЛС, а в последнее время – Li - Fi , предлагают совершенно новый подход к беспроводным технологиям с точки зрения скорости передачи данных, гибкости и комфортности эксплуатации. Принцип работы технологии Li-Fi показан на рисунке 1.

рисунок 1 - Принцип работы технологии Li-Fi

Модуляция происходит настолько быстро, что человеческий глаз не успевает ее заметить. Фотоприемник получает сигнал и преобразует его обратно в исходные данные. Этот метод использования быстрых импульсов света для передачи информации с помощью беспроводных технологий относится к АОЛС, ее высокий потенциал позволяет конкурировать с технологией Wi - Fi .

рисунок 2 - Светодиоды высокой яркости

Приведем сравнительную характеристику технологий Li - Fi и Wi - Fi ( см. таблица 1.).

Изобретение двунаправленной, высокоскоростной беспроводной коммуникационной технологии физиком Х. Хаасом. Особенность передачи данных в Li-Fi через свет. Основные преимущества и недостатки применения фотодетекторов. Революция в использовании светодиодов.

Рубрика	Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	28.09.2016
Размер файла	19,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Что такое Li-Fi

Li-Fi (Light Fidelity) -- это двунаправленная, высокоскоростная беспроводная коммуникационная технология. Термин был придуман Харальдом Хаасом.[1] Данный вид передачи данных использует видимый свет, как канал связи (в отличие от радиоволн в Wi-Fi). Таким образом Li-Fi принадлежит к технологиям VLC. Также был установлен рекорд скорости в 100 раз превышающий Wi-Fi, 224 Гб/с.[2]

По сути, это способ беспроводной передачи данных. В случае с Li-Fi информация передается оптически, то есть при помощи света. В цепочке задействованы 3 устройства: на LED-лампу подается контент, она, в свою очередь, передает информацию за счет мерцания света. Светочувствительная панель принимает, а затем конвертирует информацию и отправляет ее на устрой -реципиент.

На первый взгляд кажется, что технология передачи данных с помощью света будет сеять хаос. Все источники света используются для доступа к интернету, вокруг мерцает свет, а ночь никогда не наступает. Но на самом деле все не так.

В ближайшее время у человечества появится альтернатива Wi-Fi. Специалисты из Университета Эдинбурга, во главе с Гаральдом Хаасом разработали новую технологию под названием Li-Fi.

Главным отличием в сетях станет передача данных - если в Wi-Fi передача проходила при помощи радиоволн, то в сети Li-Fi данные будут передаваться через свет. Чтобы это стало возможно, будет применяться высокая частота смены интенсивности свечения. Нужно это для того, чтобы колебания были незаметны для зрения человека. Для регистрации закодированных данных будут применять фотодетекторы.

Хаас представил свое изобретение в 2012 году. Правда, когда поток света был прегражден ладонью, беспроводная связь оборвалась.

Во время презентации скорость сети Li-Fi составила 10 Мбит/с. Сейчас, благодаря ученым, удалось достигнуть скорости в 130 Мбит/с. В дальнейшем разработчики надеются пересечь рубеж 1 Гбит/с.

Среди плюсов этой системы, относительная дешевизна компонентов. Ее можно использовать в помещениях, где не рекомендуют пользоваться радиоволнами. Но основным минусом является прямая видимость между источниками света

Эта технология использует свет от светодиодов (LED) в качестве среды передачи данных.[3] Прогнозируется, что среднегодовой темп роста Li-Fi рынка составит 82 % между 2013 и 2018 годами и будет составлять более $6 млрд в год к 2018 году.[4]

Связь по видимому свету (англ. Visible light communications) работает путём переключения подачи напряжения на светодиоды на очень высокой частоте,[5] незаметной для человеческого глаза. Cветовые волны не могут проникать через стены, поэтому радиус действия Li-Fi невелик, с другой стороны Li-Fi более надежно защищен от взлома, чем обычный беспроводной канал связи.[6][7] Также нет надобности в прямой видимости для передачи сигнала -- свет, отраженный от стен может достигать пропускной способности в 70 Мбит/сек.[8][9]

PureLiFi -- пример первой доступной для потребителя Li-Fi системы. Она была представлена в 2014 году на Mobile World Congressс в Барселоне.[10]

Bg-Fi -- Li-Fi система, состоящая из приложения для мобильного устройства, и простого устройства, как например, IoT устройства, с датчиком цвета, микроконтроллером и встроенным программным обеспечением. Свет от дисплея мобильного устройства отправляется на датчик цвета, который преобразует свет в цифровую информацию. Светоизлучающие диоды позволяют синхроннизироваться с мобильным устройством.[11][12]

Эксперименты эстонского стартапа Velmenni показали, что информация передается по Li-Fi со скоростью 1 гигабит в секунду. Это примерно в 100 раз быстрее, чем средняя скорость передачи данных по Wi-Fi. беспроводной коммуникационный фотодетектор светодиод

Кто изобрел технологию

Li-Fi изобрел немецкий физик Харальд Хаас. Он является профессором Эдинбургского университета. Впервые он представил технологию на конференции TED в 2011 году.

Хаас основал компанию pureLiFi, которая занимается разработкой технологии Li-Fi. Партнерами Хааса являются его коллеги, с которыми он работал над технологией с 2008 года.

В феврале pureLiFi анонсировала первое сотрудничество с французской компанией по производству светодиодных ламп. Первые лампы Li-Fi будут анонсированы в третьем квартале 2016 года.

Как и Wi-Fi, Li-Fi использует протоколы, аналогичные 802.11, но он использует видимый свет (вместо радиочастотной волны), который имеет гораздо более широкую полосу пропускания.

Стандарт IEEE 802.15.7 определяет физический уровень (PHY) и уровень управления доступом к среде (MAC).

Стандарт определяет три физических (PHY) уровня с разными пропускными способностями:

· PHY I был создан для наружного применения и работает на скоростях от 11.67 Кбит/с до 267.6 Кбит/сек.

· PHY II позволяет достигать скоростей передачи данных от 1.25 Мбит/с до 96 Мбит/сек.

Сможет ли любая лампа стать средством передачи данных?

Хаас считает, что сможет. Единственное условие -- это должна быть светодиодная (LED) лампа. Для превращения лампы в средство передачи данных ее нужно связать с небольшим микрочипом. Задача чипа -- обрабатывать информацию.

Как Li-Fi будет уживаться с Wi-Fi

Ваш Wi-Fi роутер пока рано выбрасывать. Эксперты сходятся во мнении, что после запуска Li-Fi (при условии, что технология будет успешной) обе технологии будут использовать параллельно. Но даже если Li-Fi удастся вытеснить Wi-Fi, пройдут годы, прежде чем это произойдет. До первого коммерческого запуска осталось 3-4 года. А на переделку инфраструктуры уйдет в разы больше времени.

Какие преимущества

Создатель технологии называет три:

1. Эффективность. Человечество уже использует лампы для освещения, поэтому если они же будут передавать информацию, это позволит экономить энергию.

2. Доступность. LED-лампы есть практически везде: в машинах, квартирах, офисах, самолетах. Если каждую из них превратить в средство для передачи данных, мы получим интернет без границ.

3. Безопасность. Свет не может проходить сквозь стены, поэтому информация, с которой работает пользователь, будет доступна в пределах лишь одной комнаты.

Есть и недостатки

Пока технология находится в разработке и у нее есть ряд недостатков. Например, Li-Fi плохо работает (чаще не работает) в открытом пространстве. Это связано с большим количеством солнечного света.

Харальд Хаас видит будущее в ярких красках. Он рассказывает о том, как машины смогут коммуницировать между собой посредством света, чтобы избегать аварий и передавать информацию о проблемах на дороге. Он также мечтает, что каждый уличный фонарь будет средством передачи данных. Но, пожалуй, он не бывал в странах, где каждый третий фонарь не работает.

Всем известно, что домашнюю сеть Wi-Fi можно взломать извне. Но это не пройдет с Li-Fi, поскольку для передачи данных используются световые волны, и это безопасно, поскольку свет не проникает сквозь стены

Компания Velmanni, стоявшая у истоков новой технологии, заявляет, что Li-Fi будет готов к массовому использованию в ближайшие три-четыре года.

Харальд Хаас, считающийся изобретателем Li-Fi и являющийся соучредителем pureLiFi, объединился с компанией Lucibel с целью совместной разработки и продвижения на европейском рынке первой полноценной серийной системы освещения с поддержкой технологии Li-Fi. Надеемся, что первые готовые решения, доступные рядовому пользователю, уже появятся к декабрю 2016 года.

Революция в использовании светодиодов

Технология Li-Fi использует в качестве среды передачи данных свет от светодиодов (LED), что позволяет менять интенсивность лучей даже на высоких скоростях. Это, в свою очередь, способствует передаче данных с помощью световых лучей (невидимых человеческому глазу) на ресивер, настроенный на прием световых сигналов.

Технология Li-Fi по своей сути напоминает пульт дистанционного управления, в котором применяется источник инфракрасного излучения, но при этом Li-Fi функционирует намного быстрее, и у него гораздо богаче диапазон рабочих частот. Ходят даже слухи, что эта технология доберется даже до камер наших смартфонов!

Так как данные передаются на сверхвысоких скоростях, светодиоды можно продолжать использовать в качестве основного источника освещения любого помещения. Поэтому не нужно ничего апгрейдить или устанавливать. Можно просто пользоваться вмонтированными светодиодами.

Однако до сих пор не выяснено, что же делать, когда при работе в интернете нам не нужен свет, скажем в утренние часы в ярко освещенной комнате.

Коммерческие перспективы

По мнению Гаральда Хааса, новая технология обладает огромным коммерческим потенциалом: она позволяет превратить обычные осветительные приборы в хотспоты, что в корне изменит способ доступа к интернету, сетевому видео, играм. Мы сможем скачивать фильмы с настольной лампы, подключаться к картографическим сервисам через уличный фонарь и слушать музыку через освещённые витрины магазинов. Сама технология гарантирует довольно серьёзный уровень безопасности: передатчик и приёмник должны находиться на линии прямой видимости, и перехватить сигнал не так просто, как в случае с радиоволнами. Достаточно повернуть настольную лампу - и не нужно никаких кодов доступа или ключей. Свет не проникает через стены и не подвержен влиянию помех, которые затрудняют передачу информации по радио.

Разумеется, всё это одновременно можно назвать и недостатками Li-Fi: например, мобильный телефон на основе этой технологии не будет столь же практичен, как аппарат, использующий для связи радиоволны. Скорее, это местный способ связи, применимый в помещениях, в городской инфраструктуре или для ближней связи в средах, препятствующих прохождению радиоволн.

Свойства

Преимущество технологии в том, что вы будете использовать светильники, которые уже есть, технология может пригодиться не только в быту. Тот же принцип позволит светодиодным светофорам передавать цифровые данные на автомобили или поезда, не прерывая своей обычной работы, - полагают немецкие учёные института имени Фраунгофера.

Один белый светодиод может обеспечить качественную передачу сигнала на расстояние до 5 метров, а несколько светильников способны покрыть своим действием большое помещение. Скорость передачи (при приемлемых ошибках и потерях) составляет 100-230 мегабит в секунду. И, как гласит пресс-релиз института, в одном из опытов его сотрудники, при содействии специалистов Siemens, достигли пиковой скорости передачи данных "по воздуху" через коммерческий белый светодиод даже в 500 мегабит в секунду.

Li-Fi может кардинально изменить способ передачи информации и обеспечить скорость обмена данными до 600 Мбит/с.

Более сложные технологии могут сильно увеличить скорость передачи данных при помощи VLC. Команды Оксфордского и Эдинбургского университетов сконцентрированы на параллельной передаче данных с использованием массивов светодиодных ламп, в которых каждая лампа передает свой поток. Другие группы используют наборы красных, зелёных и голубых ламп для изменения частоты света, поскольку каждая частота кодирует свой канал передачи данных.

Подобные документы

Принципы построения радиосистемы "Стрелец". Модуль беспроводной передачи данных по технологии ZigBee, преимущества и недостатки его применения, принцип действия и оценка возможностей. Описание структурной и принципиальной электрической схемы устройства.

дипломная работа [1,4 M], добавлен 24.04.2015

Осуществление беспроводной передачи данных по технологиям ближней связи, применяемые в мобильных устройствах. IrDA: преимущества и недостатки. Bluetooth для мобильной связи, потребность в устройствах, частотный конфликт. Системные и технические аспекты.

реферат [29,3 K], добавлен 23.04.2009

Классификация и конструкция светодиодов. Светодиоды на основе карбида кремния, на основе структур AIIIBV. Перспективы применения полупроводниковых светодиодов в качестве источников света для сигнализации, отображения и передачи информации, освещения.

реферат [1,6 M], добавлен 20.10.2014

Что такое ТСР? Принцип построения транкинговых сетей. Услуги сетей тракинговой связи. Технология Bluetooth - как способ беспроводной передачи информации. Некоторые аспекты практического применения технологии Bluetooth. Анализ беспроводных технологий.

курсовая работа [139,1 K], добавлен 24.12.2006

Классификация линий передачи по назначению. Отличия цифровых каналов от прямопроводных соединений. Основные методы передачи данных в ЦПС. Ethernet для связи УВК с рабочими станциями ДСП и ШНЦ. Передача данных в системах МПЦ через общедоступные сети.

реферат [65,1 K], добавлен 30.12.2010

Характеристика современного состояния цифровых широкополосных сетей передачи данных, особенности их применения для передачи телеметрической информации от специальных объектов. Принципы построения и расчета сетей с использованием технологий Wi-Fi и WiMax.

дипломная работа [915,0 K], добавлен 01.06.2010

Протокол беспроводной передачи данных, помогающий соединить n-ное количество компьютеров в сеть. История создания первого Wi-Fi. Стандарты беспроводных сетей, их характеристики, преимущества, недостатки. Использование Wi-Fi в промышленности и быту.

Li-Fi представляет новую технологию передачи данных, которая должна обеспечить в сто раз большую скорость передачи данных, чем Wi-Fi. Технология Li-Fi должна кардинально изменить бизнес в будущем, создав основу для многомиллиардной индустрии уже к 2022 году. На текущий момент ведутся работы по достижению скорости по Li-Fi технологии в 1 Гбит/с и выше. Это позволит значительно превзойти показатели существующего сверхбыстрого широкополосного доступа.

На данный момент Li-Fi только развивается, однако уже многие компании намерены инвестировать в нее. В ближайшем будущем она может найти широкое применение, максимально заменив Wi-Fi. Планируется, что через несколько лет начнется широкомасштабное коммерческое использование данной технологии.

Устройство

Li-Fi представляет аббревиатуру от Light Fidelity, то есть беспроводной формы коммуникации при помощи видимого света. Это технология оптической беспроводной передачи информации обеспечивает двустороннюю высокоскоростную мобильную связь с применением света из светодиодов вместо радиоволн. Через световые потоки обеспечивается передача двоичных данных. Термин Li-Fi был придуман немецким физиком Гаральдом Гаасом.

Для обеспечения работы Li-Fi необходимо следующее аппаратное обеспечение:

Светодиодная система освещения.
Маршрутизатор, установленный вместе с системой освещения.
Приемник, который оснащен декодером с целью расшифровки светового сигнала.

Технология Li-Fi устроена так, что в качестве беспроводных маршрутизаторов могут использоваться электрические светодиодные лампочки.

Сегодня основными компонентами системы Li-Fi являются:

Яркий светодиод, который является источником передаваемых данных.
Кремниевый фотодиод (фотодетектор), который может реагировать на видимый свет, он является приемником передаваемых данных.

Система — излучатель Li-Fi в большинстве случаев включает четыре основных компонента:

Светодиодная лампочка.
Высокочастотный (ВЧ) усилитель цепи питания.
Печатная плата.
Корпус.

Печатная плата применяется для соединения входов и выходов лампы. В нее входит встроенный микроконтроллер, который применяется для управления разными функциями лампы. Радиочастотный сигнал создается твердотельным ВЧ усилителем цепи питания, благодаря чему вблизи лампочки создается электрическое поле. Высокая плотность энергии электрического поля позволяет доводить содержимое лампочки до состояния плазмы. Указанная управляемая плазма и выступает в качестве интенсивного источника света. Все вышеперечисленные компоненты обрамляются алюминиевым корпусом.

Для глаза людей мерцания диодов незаметны, а цифровой метод модуляции позволяет передавать данные до 10 Гбит в секунду. Чтобы регистрировать переданные пакеты применяется специальный приемник.

Среди последних разработок можно назвать смартфон от компании Oledcomm, который работает под управлением Android. У смартфона имеется одна важная модификация: вместо фронтальной камеры у него имеется Li-Fi сенсор. Указанный сенсор получает команды от светодиодных ламп, которые располагаются поблизости от смартфона, что позволяет просматривать видеоролики или изображения на устройстве.

К тому же был продемонстрирован прототип компактного внешнего Li-Fi приемника, он подключается к смартфону посредством 3,5-миллиметрового разъема. Такой приемник позволяет получать данные Li-Fi на устройствах, которые не оборудованы модулем. В скором времени Oledcomm планирует внедрить свою разработку в планшеты и смартфоны, что позволит широко распространить технологию Li-Fi.

Принцип действия

В момент прохождения постоянного тока через LED светодиод происходит излучение непрерывного потока протонов, выдающего видимое свечение. При изменении напряжения меняется и интенсивность свечения. Так как светодиодные лампы являются полупроводниковыми устройствами, то интенсивность излучения и ток можно модулировать на достаточно высоких скоростях.

Данные изменения свечения можно улавливать специальным фотодетектором, чтобы преобразовать их обратно в электрический ток. Человеческий глаз не способен уловить модуляцию интенсивности свечения, вследствие чего связь является непрерывной. В результате технология Li-Fi способна при помощи светодиодной лампочки передавать потоки информации на невероятно высокой скорости.

Технология Li-Fi работает модулированием двоичного кода потока света от специального светодиодного источника. Само приемно-передающее устройство ничем не отличается от стандартной светодиодной лампочки. Приемные датчики, подключенные к компьютеру или иному цифровому электронному устройству, позволяют получать информацию лишь в момент, когда на них падает свет от источника Li-Fi.

Естественно, что это накладывает определенные ограничения на возможности применения данной технологии, однако такая оптическая связь на порядок безопасней традиционный Wi-Fi. Сигналы последней можно перехватить в любой точке, которая находится в радиусе действия оборудования. К тому же технологию Li-Fi можно будет беспрепятственно использовать в местах, в которых запрещено применение оборудования, излучающего посторонние радиоволны. Это салоны самолетов, реанимационные палаты медицинских учреждений и ряд иных мест.

Применение

Развитию технологии Li-Fi способствовал резкий рост применения светодиодов в целях освещения. Технология Li-Fi отлично подходит для загрузки прямых трансляций, загрузки видео и аудио и так далее. Данные задачи предъявляют значительные требования к пропускной способности входных каналов, однако требуют минимум мощности исходящих. В результате освобождается большая часть существующих радиочастотных каналов.

ИК-порт был медленным и недальнобойным, поэтому сейчас он если и используется – то лишь в роли пульта для телевизоров. Но представьте нечто подобное, только с радиусом действия по всей комнате, и скоростями в несколько гигабит на секунду. Именно такие возможности предлагает Li-Fi.

Li-Fi (названа по аналогии с Wi-Fi) – это технология передачи данных, использующая в качестве канала световое излучение. Отличие ее от ИК-порта заключается в использовании не инфракрасного, а видимого света. Если в ИК-связи используются волны длиной 800-2000 нм, то в Li-Fi – 400-800 нм, заметные глазу. Для сравнения, длина радиоволны Wi-Fi – 6-12 см, то есть в тысячи раз больше.

Схема волн света: цветной участок - диапазон работы Li-Fi (видимый свет), слева - ИК-излучение © Miss Sews-it-all

Чем короче волна – тем выше частота, а чем выше частота – тем больше данных можно передать за единицу времени. Поэтому Li-Fi теоретически сможет обеспечивать скорость до десятков и сотен гигабит в секунду (против чуть более 1 Гбит/с у самого быстрого Wi-Fi).

Как работает Li-Fi

Обратная связь организуется схожим образом: лампа оснащается фотосенсором, а смартфон или компьютер передает данные посредством столь же скоростных мерцаний подсветки экрана или специального диода. В устройствах без дисплея (роутер, медиацентр, принтер и т.д.) для этих целей может использоваться специальный светодиод на корпусе.

Перспективы Li-Fi

Для связи Li-Fi сетей с внешним миром могут использоваться оптоволоконные линии, которые способны обеспечивать скорость связи до нескольких терабит в секунду. Таким образом, используя технологию, можно добиться практически бесшовной связи с мгновенным откликом. Канал между удаленным хранилищем (облаком) и пользовательским устройством будет ограничен скоростью дисков, а не интернета.

Применяя Li-Fi, можно организовать скоростную связь там, где использовать радиосигнал невозможно в силу засоренности эфира или иных причин. При этом сигнал остается в рамках помещения (стены свет не пропускают), что важно в плане информационной безопасности.

Локальные сети, использующиеся для передачи секретной информации, невозможно взломать и перехватить, не проникнув на сам режимный объект. Такая особенность Li-Fi точно понравится военным, правоохранителям и прочим силовым структурам. В бизнесе и промышленности она тоже будет полезной.

Пара ложек дегтя

Перспективы Li-Fi выглядят интересно, но на практике все не столь радужно. Некоторые ограничения способны перечеркнуть достоинства оптического соединения посредством этой технологии.

Одной из сложностей реализации Li-Fi является потребность в разделении световых потоков. Устройства должны различать сигнал от передатчика и свое собственное излучение, отраженное от стен и иных объектов. Эта проблема решаема (она ведь свойственна и радиосигналу), но она мешает добиться максимальных теоретических скоростей (нескольких Тбит/с).

Более серьезной является проблема стороннего света. Светодиодные лампы в помещении обычно дают освещенность 50-500 лк (люкс), тогда как пасмурным днем на улице – 1000 лк, а в солнечный полдень – до 100000 лк. Проникая через окна, солнечный свет способен напрочь заглушить сигнал Li-Fi в помещении. Бороться с этим можно, используя жалюзи на окнах и постоянное искусственное освещение, но днем на улице организовать связь Li-Fi невозможно.

Любители посидеть в темноте (например, перед сном глянуть пару видео на смартфоне или почитать книгу) тоже могут быть не удовлетворены Li-Fi. Ведь для его использования надо, чтобы освещение в комнате было, пусть и не очень интенсивное.

Все эти нюансы делают Li-Fi технологией хоть и перспективной, но не универсальной. С одной стороны, она способна обеспечить высокие скорости связи, защищенность локального соединения, и может использоваться там, где радиосигнал нормально не работает. Но с другой стороны – Li-Fi непригоден к уличному применению, нуждается в затенении помещений днем, требует использования более сложных схем освещения.

Плюсы Li-Fi позволяют сделать вывод, что технология продолжит развиваться и уже через несколько лет устройства с ее поддержкой поступят на рынок. Однако заменой Wi-Fi ей стать, однозначно, не суждено. Мобильные устройства продолжат активно использовать радиосигнал.

А как вы думаете, что ждет Li-Fi в перспективе? Найдет ли она массовое применения, и если да, когда это может случиться?

Известна особенность людей: до того как будет сделано какое- либо замечательное открытие, они удивляются, как это оно может быть сделано, а после того — как это оно не было открыто раньше?

Инфракрасный порт, Bluetooth, сейчас идет эра Wi-Fi — так проходило развитие устройств для беспроводной передачи информации.

Но в 2011 году профессор Эдинбургского университета Харальд Хаас представил новейший проект (Li-Fi), который может перевернуть представление о технологиях передачи данных беспроводным путем, а также понятии света и освещения как такового, поскольку, забегая вперед, в качестве источника передачи данных используется видимая световая волна. В своей статье я хочу сравнить эти две технологии.

Для начала обратимся к истории возникновения данных проектов и выясним их предназначение.

Wi-Fi был создан в 1991 году компанией NCR Corporation/AT&T (впоследствии — Lucent Technologies и Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды. Создателем является Вик Хейз. Продукт обеспечивал скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с. Для работы Wi-FI было внедрено несколько специальных стандартов шифрования, на данный момент используется лишь один, это метод шифрования — WPA. С развитием технологии скорость смогли увеличить вплоть до 600 Мбит/с (по стандарту IEEE 802.11n). То же можно сказать и о диапазоне работы. Сначала Wi-Fi ограничивался расстоянием в несколько метров, но со временем расстояние увеличилось до сотен и тысяч метров.

В основе принципа работы беспроводной сети лежат радиоволны, которые применяются, например, в сотовой связи, телевидении, радиоприемниках. Обмен данными по беспроводной сети похож на переговоры с использованием радиосвязи. Далее происходит следующее:

- Wi-FI-адаптер превращает данные в радиосигнал и передает их в эфир с применением антенны;

- беспроводной маршрутизатор принимает и декодирует этот сигнал;

- таким же образом происходит и обратная связь, маршрутизатор получает информацию из Интернета, преобразует ее в радиосигнал и передает на адаптер беспроводной связи компьютера.

Применяемые для работы Wi-Fi приемники и передатчики очень похожи на устройства, применяемые в сотовых телефонах и радиоприемниках. Они могут передавать и принимать радиоволны, а также преобразовывать единицы и нули цифрового сигнала в радиоволны и наоборот. Также есть и различие, которое состоит в частотах радиоволн. Wi-Fi-адаптер работает на частотах от 2,4 Ггц до 5 Ггц. Данные диапазоны во много раз превосходят те, что используются в радиоприемниках или сотовой связи. На более высокой частоте можно передавать больше данных, в принципе все логично.

В Wi-Fi используются сетевые стандарты 802.11 в нескольких разновидностях

1. По стандарту 802.11a. В данном случае данные передаются на частотах 5 Ггц со скоростью до 54 Мбит/с, предусматривающую разделение исходного сигнала на передающей стороне на несколько подсигналов. Такой подход позволяет уменьшить воздействие помех.

2. Стандарт 802.11b является самым медленным и самым недорогим стандартом на сегодняшний день. За счет своей стоимости этот стандарт был широко распространен. Данные передаются на частотах 2,4 ГГц со скоростью до 11 Мбит/с.

3. Стандарт 802.11g схож с 802.11b. Данные передаются на частотах 2,4 Ггц, но с довольной высокой скоростью до 54 Мбит/с, за счет кодирования OFDM, как и в 802.11a.

4. Стандарт 802.11n. Является, пожалуй, самым новым и самым быстрым стандартом на сегодняшний день. Теоретически, 802.11g может обеспечивать скорость 54 Мбит/с, но на практике она составляет около 24 Мбит/с по причине перебоев в сети. А 802.11n обеспечивает скорость 140 Мбит/с. Он был утверждён 11 сентября 2009 года Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE).

Wi-Fi передатчики способны работать в одном из трех частотных диапазонах. И могут перескакивать между ними для уменьшения влияния помех. Помимо того, это позволяет многим устройствам использовать возможности беспроводной связи.

Эту технологию по праву можно назвать гениальной. Но и в ней есть свои недостатки.

1. Невысокая скорость.

Конечно, если сравнивать текущие виды связи, такие как 3G/4G и Wi-Fi, по скорости, бесспорно, выигрывает последний претендент. Но мы используем эту технологию достаточно долгое время, и порой даже этого становится мало. Скорость передачи данным способом не превышает 45–50 Мбит/с. В сравнении с локальной сетью, (где скорость в среднем около 100 Мбит/с) бешеным темпом жизни и развитием технологии, для XXI века этого, на мой взгляд, маловато. Пора бы придумать что-нибудь новенькое.

2. Неустойчивость к преградам.

Если вы живете в двухэтажном доме с большим количеством мебели, техники и комнат, хочу вас огорчить, все это может стать препятствием для сигнала Wi-Fi и значительно снизить скорость передачи данных. В данном случае придется затрачиваться на несколько точек доступа для комфортного пользования интернетом.

3. Ограниченный радиус действия.

Радиус действия обычного Wi-Fi маршрутизатора использующего стандарт 802.11b или 802.11g, составляет 45 м в помещении и 450 м снаружи. Однако, если будет происходить наложение сигналов соседних точек, это отрицательно скажется на скорости. Эта проблема может возникнуть при большой плотности точек доступа, например, в больших многоквартирных домах, где многие жильцы ставят свои точки доступа Wi-Fi.

Думаю, теперь стало понятно, что такое Wi-Fi и как работает. Теперь можем переходить к технологии, которая в будущем может перевернуть представление о доступе в сеть. Речь пойдет о Li-Fi. Итак, обо всем по порядку.

В последнее время также стал активизироваться интерес к связи в видимом свете. Ученые стали понимать, что распространение светодиодов, которые поддаются более тонкой настройке, чем обычные лампы накаливания, наверняка сделает технологию экономичнее и удобнее в использовании. Есть еще один важный фактор — быстро растущую популярность беспроводных коммуникационных устройств во всем мире.

Еще одна причина, вследствие которой ученые стали искать альтернативу.

У существующей беспроводной Интернет-сети есть проблема: чем доступнее она становится, тем медленнее работает.

В условиях плотных городских застроек диапазон, в котором передаются сигналы Wi-Fi, все чаще переполнен помехами в основном от других аналогичных устройств. Более того, физика электромагнитных волн устанавливает верхний предел пропускной способности традиционных Wi-Fi. Короче говоря, на заданной частоте можно передавать лишь определенное количество данных. Чем ниже частота волны, тем меньше данных она может передать.

Но что, если бы можно было передавать информацию, используя волны гораздо более высокой частоты? Свет, как и радио, представляет собой электромагнитную волну, но она имеет примерно в 100 000 раз большую частоту, чем Wi-Fi сигнал. А лицензия на лампочку не нужна, нужно только, чтобы она очень быстро и точно мерцала для передачи сигнала.

Вряд ли кому понравится идея работать при мерцающем свете. Но Li-Fi стандарт, предложенный всего два года назад, стремительно преобразился с технологической точки зрения.

Во-первых, данные передаются на светодиодные лампочки — это может быть лампа, освещающая помещение, в котором вы находитесь. Она мигает со скоростью до миллиардов раз в секунду. Это мерцание настолько быстро, что человеческий глаз не может его воспринять. (Для сравнения, средняя энергосберегающая компактная люминесцентная лампа мерцает от 10 000 до 40 000 раз в секунду). Приемник на компьютере или мобильном устройстве, на который попадает видимый свет, декодирует это мерцание в данные. Светодиодные лампы передают сигналы в 10 раз быстрее, чем самая высокоскоростная Wi-Fi сеть.

С Li-Fi технологией экспериментировали инженеры компании Oledcomm. Команда университета Фудань представила экспериментальную Li-Fi сеть, в которой четыре компьютера были подключены к одной и той же лампочке. Другие исследователи работают над передачей данных через светодиоды различных цветов.

Электромагнитный спектр, частью которого являются используемые в Wi-Fi и сотовой связи радиоволны, также включает спектр видимого света. Хаас обнаружил, что разная скорость мерцания света позволяет передавать данные: когда лампа включена, передаётся цифровая единица, когда отключена — ноль. Технология Li-Fi работает, модулируя двоичным кодом поток света от специального светодиодного источника. Модуляция осуществляется на высокой частоте, гораздо быстрее, чем это может уловить человеческий глаз. А само приемно-передающее устройство по внешнему виду ничем не отличается от светодиодной лампочки для бытового освещения.

Сейчас в мире используется более 14 млрд. ламп. Для Хааса это готовая инфраструктура, которую нужно оборудовать специальными чипами, стоимость которых будет варьироваться от $1 до $5. Этого достаточно, чтобы превратить обычную лампу в прибор, способный передавать данные.

Приемные датчики, подключенные к компьютерам или другим цифровым электронным устройствам, позволяют получать информацию тогда, когда на них падает прямой свет от источника Li-Fi.

Ещё совсем недавно Li-Fi считалась планом на далёкое будущее, однако новая компания Oledcomm представила Android-смартфон, оснащённый Li-Fi приёмником, который находится на месте фронтальной камеры. Данный смартфон показывает нам, что у технологии Li-Fi есть большое будущее.

Также компания Oledcomm представила внешний Li-Fi приемник, который подключается к смартфону с помощью разъёма 3,5 мм. Такое устройство даёт возможность принимать Li-Fi сигнал тем устройствам, которые изначально не оснащены нужным модулем.

Таким образом, можно сделать вывод, что использование видимых световых лучей в качестве передачи данных имеет следующие преимущества перед радиоволнами:

1. Выгода электропотребления (КПД радиомодемов не превышает 5 %, почти вся их энергия уходит в тепло).

2. Светом возможно передавать данные на гораздо большей скорости, чем по радио, но за счет меньшего расстояния.

Новая технология может оказаться в ближайшем будущем самым экологичным и экономичным способом передачи информации. Разработчики технологии во главе с Х. Хаасом готовят несколько пилотных проектов, которые позволят сделать связь Li-Fi такой же привычной, как сотовая и Wi-Fi.

Помимо вышесказанного, технология оптической беспроводной связи Li-Fi может без ограничений использоваться в местах, где запрещено использование оборудования, излучающего посторонние радиоволны, которые могут нарушить нормальную работу критичного оборудования. К таким местам, безусловно, относятся реанимационные палаты медицинских учреждений, салоны самолетов и некоторые другие места.

Li-Fi имеет один большой недостаток по сравнению с Wi-Fi: вы, вернее ваше устройство, должно быть в пределах видимости лампочки. При этом нет потребности в специальных лампах, в принципе, к Интернету может быть подключена обычная лампа у вас на работе или дома. Но это будет означать, что, в отличие от Wi-Fi, вы не можете пойти в соседнюю комнату, если в ней нет лампочки с установленным подключением.

Итак, что же такое технология Li-Fi.. Прорыв в науке? Или бесполезная игрушка?

Ученые говорят, что в будущем Li-Fi вполне может стать дешевым и энергоэффективным методом передачи данных по сравнению с существующими сейчас беспроводными радиосистемами.

Я думаю, время покажет.

2. Пролетарский А. В. Беспроводные сети Wi-Fi / Пролетарский А. В., Баскаков И. В., Чирков Д. Н. — М.: Интернет-Университет Информационных технологий; БИНОМ; Лаборатория знаний, 2007–216 с.

Основные термины (генерируются автоматически): данные, IEEE, видимый свет, высокая частота, скорость, сотовая связь, стандарт, устройство, беспроводная сеть, локальная сеть.

Читайте также: