Li-Fi тэхналогія (звышхуткі Інтэрнэт на святлодыёдах): агляд, апісанне, прылада і перспектывы

Li-Fi - новая тэхналогія перадачы дадзеных, якая карэнным чынам зменіць бізнэс у будучыні, стварае магчымасці, саспелыя для выкарыстання ўжо сёння, і рыхтуецца стаць шматмільярднай індустрыяй да 2022 года. У цяперашні час вядуцца распрацоўкі па дасягненню хуткасці 1Гбит / с, якая дазволіць перасягнуць паказчыкі звышхуткага шырокапалоснага доступу.

інфармацыйны святло

Тэрмін Li-Fi быў прыдуманы прафесарам Харальдам Хаас і пазначае спосаб трансляцыі інфармацыі з дапамогай святла, які забяспечвае высакахуткасную двунакіраваную мабільную сувязь, падобную Wi-Fi. Можа прымяняцца як для разгрузкі існуючых сетак, якія працуюць на радыечастотах, так і для павелічэння іх прапускной здольнасці.

Для сверхбыстрой сувязі выкарыстоўваецца бачная частка электрамагнітнага спектру. Гэта адрознівае дадзеную тэхналогію ад такой ўстоянай формы бесправадной камунікацыі, як Wi-Fi, у якой задзейнічаны традыцыйныя частоты.

У Li-Fi дадзеныя перадаюцца мадуляцыяй інтэнсіўнасці святла, прымаюцца фотоприёмником, і сігнал пераўтворыцца ў электрычны. Мадуляцыя вырабляецца такім чынам, што чалавечае вока яе не ўспрымае.

Тэхналогія высакахуткасны аптычнай сувязі Li-Fi ставіцца да катэгорыі бесправадной камунікацый, якая, акрамя бачнага святла, уключае інфрачырвоны і ультрафіялетавае. Яе унікальнасць заключаецца ў выкарыстанні існуючых сетак асвятлення.

Li Fi - звышхуткі інтэрнэт на святлодыёдах

Калі пастаянны ток падаецца на LED-лямпу, яна выпускае стабільны паток фатонаў бачнага святла. Пры памяншэнні або павелічэнні току яркасць святлення таксама змяняецца. Паколькі LED-лямпы з'яўляюцца паўправадніковымі прыборамі, ток і, такім чынам, аптычны выхад можна мадуляваць з вельмі высокай хуткасцю. Ён можа быць прыняты фотаэлементам і ператвораны назад у электрычны ток. Мадуляцыя яркасці непрыкметная для чалавечага вока і гэтак жа зручная, як і радыё. Пры выкарыстанні гэтай тэхнікі святлодыёдным лямпа здольная перадаваць інфармацыю з высокай хуткасцю.

Радыёчастотнай сувязь патрабуе наяўнасці электрычнай схемы, антэн і складаных прымачоў, у той час як Li-Fi-тэхналогія значна прасцей. У ёй прымяняюцца прамыя метады мадуляцыі, падобныя тым, якія задзейнічаны ў недарагіх інфрачырвоных камунікацыйных прыладах - пультах дыстанцыйнага кіравання. Прымяненне інфрачырвонай сувязі абмежаваны ў сілу патрабаванняў санітарных нормаў бяспекі вачэй, у той час як LED-лямпы валодаюць высокай інтэнсіўнасцю святлення і дэманструюць значную хуткасць працы.

Святло ці радыё?

Li-Fi можа ператварыць лямпу ў бесправадную кропку доступу па аналогіі з маршрутызатарам Wi-Fi.

У традыцыйнай сувязі выкарыстоўваюцца радыёчастоты, але іх колькасць вельмі абмежавана. Прылады - кампутары, ноўтбукі, прынтэры, смарт-тэлевізары, смартфоны і планшэты - павінны канкураваць за прапускную здольнасць. З'яўленне ўсё большай колькасці рэчаў, якія выкарыстоўваюць Wi-Fi, напрыклад, халадзільнікаў, гадзін, фотаапаратаў, сотавых тэлефонаў, з'яўляецца прычынай затрымак і зніжэння хуткасці перадачы дадзеных. Li-Fi-тэхналогія выкарыстоўвае частоты светлавых хваляў, якіх у 10 000 разоў больш, чым радыёчастот.

Радыёхвалі ствараюць электрамагнітныя перашкоды, якія перашкаджаюць працы прыбораў і абсталявання самалётаў, бальніц і патэнцыйна небяспечныя на такіх вытворчасцях, як ядзерная энергетыка, бурэнне нафтавых і газавых свідравін. Li-Fi выкарыстоўвае святло, искробезопасный і ня які стварае электрамагнітных перашкод.

Радыёхвалі праходзяць скрозь сцены і столі. Святло гэтага не робіць. У гэтым і складаецца розніца ў абароне дадзеных паміж Wi-Fi і Li-Fi. Хакер, які знаходзіцца па-за будынкам, здольны падлучыцца да радыёсеткі ўнутры яго. Дадзеныя, якія перадаюцца па Li-Fi, даступныя толькі там, куды свеціць лямпа.

Стандарт Wi-Fi 802.11a / g забяспечвае хуткасць перадачы да 54 Мбіт / с, і гэта значэнне можна павялічыць да 1 Гбіт / с. Ва універсітэце Эдынбурга ўжо дасягнулі 3 Гбіт / с у манахромным рэжыме. Адзін поўнакаляровы RGB-святлодыёд можа перадаваць да 9 Гбіт / с.

Інтэрнэт з лямпачкі Li-Fi

Развіццю дадзенай тэхналогіі спрыяў рэзкі рост выкарыстання святлодыёдаў у мэтах асвятлення.

Li-Fi як нельга лепш падыходзіць для загрузкі відэа і аўдыё, прамых трансляцый і т. Д. Гэтыя задачы прад'яўляюць высокія патрабаванні да прапускной здольнасці ўваходных каналаў, але патрабуюць мінімальнай магутнасці выходных. Такім чынам, вызваляецца вялікая частка інтэрнэт-трафіку існуючых радыёчастотных каналаў, пашыраючы магчымасці сотавай сувязі і Wi-Fi.

Светлавой інтэрнэт Li-Fi знаходзіць прымяненне ў мностве абласцей:

• Вызваленне радыёчастот: пікавыя нагрузкі сотавых сетак можна перакласці на Li-Fi. Гэта асабліва эфектыўна на ўваходных камунікацыйных каналах, дзе вузкія месцы ўзнікаюць найбольш часта.
• Смарт-асвятленне: любое прыватнае ці публічнае асвятленне, уключаючы вулічныя ліхтары, можа быць выкарыстана ў якасці кропак доступу Li-Fi, з адной і той жа інфраструктурай сродкаў сувязі і датчыкаў.
• Мабільныя падлучэння: ноўтбукі, смартфоны, планшэты і іншыя мабільныя прылады могуць непасрэдна злучацца з дапамогай Li-Fi. Невялікае адлегласць забяспечвае выдатную і абароненую камунікацыю.
• Небяспечнае вытворчасць: Li-Fi-тэхналогія складае бяспечную альтэрнатыву электрамагнітных перашкод ад радыёчастотнай сувязі на такіх аб'ектах, як шахты і нафтахімічныя прадпрыемствы.
• Медыцына і ахова здароўя: святло не стварае электрамагнітныя перашкоды і таму не перашкаджае медыцынскага абсталявання, а таксама не схільны дзеянню МРТ-сканараў.
• Авіяцыя: Li-Fi можа быць выкарыстаны для зніжэння вагі, памяншэння даўжыні праводкі і павелічэння гнуткасці ў размяшчэнні абсталявання сядзенняў пасажырскага салона, дзе LED-свяцільні ўжо ўсталяваныя. Сістэма забаў на борце здольная падтрымлівацца і ўзаемадзейнічаць з мабільнымі прыладамі пасажыраў.
• Камунікацыя пад вадой: з-за моцнага паглынання сігналу выкарыстанне радыёчастот у вадзе з'яўляецца немэтазгодным. Акустычныя хвалі маюць вельмі нізкую прапускную здольнасць і трывожаць марскіх жывёл. Li-Fi-тэхналогія забяспечвае рашэнне для сувязі малога радыусу дзеяння.
• Транспартныя сродкі і транспарт: ужо вырабляюцца фары, заднія ліхтары, вулічныя свяцільні, шыльды і светлафоры, у якіх выкарыстоўваюцца LED-лямпы. Дзякуючы гэтаму становіцца магчымай камунікацыя паміж аўтамабілямі і дарожнай інфраструктурай ў сістэмах забеспячэння бяспекі і кіравання дарожным рухам.
• Высокадакладныя, лакальныя інфармацыйныя службы, такія як рэклама і рух, якія дазваляюць атрымліваць інфармацыю, звязаную з пэўным месцам і часам.
• Цацкі: святлодыёды прымяняюцца ў многіх цацках, што можа быць выкарыстана для недарагі сувязі паміж інтэрактыўнымі цацкамі.

Прататып для распрацоўшчыкаў

Li-1st дазваляе кліентам хутка распрацоўваць і тэставаць прыкладання Li-Fi. Прылада падтрымлівае поўную дуплексную сувязь з прапускной здольнасцю 11,5 Мбіт / с на адлегласці да 3 м, адначасова забяспечваючы дастатковую асвятленне на працоўным стале. Рабочая дыстанцыя залежыць толькі ад сілы крыніцы святла. Прылада прапануе простае бяспечнае бесправоднае падключэнне да сеткі, спалучаецца з LED-лямпамі.

Li-1st ствараўся як база для пілотных праектаў распрацоўшчыкаў Li-Fi.

Першы камерцыйны прадукт

Li-Flame быў публічна прадэманстраваны на выставе Mobile World Congress у Барселоне ў сакавіку 2016 г. Прылада прадстаўляе наступнае пакаленне першай у свеце высакахуткасны бесправадной сеткі на аснове бачнага святла. Тэхналогія Li-Flame падтрымлівае значна вялікую шчыльнасць дадзеных, чым лепшыя рашэнні Wi-Fi, а ўласцівая ёй абароненасць ліквідуе непажаданае пранікненне звонку. Акрамя таго, сумяшчэнне асвятлення з бесправадной камунікацыяй адчувальна спрашчае інфраструктуру і зніжае энергаспажыванне.

Li-Flame забяспечвае:

• полудуплексных сувязь 10 Мбіт / с на дыстанцыі да 3 м са стандартнымі свяцільнямі;
• поўную мабільнасць (партатыўны настольны блок з аўтаномным сілкаваннем) з высокай хуткасцю перадачы дадзеных дзякуючы шчыльнай ўсталёўцы кропак доступу Li-Fi;
• бяспечную бесправадную сувязь у межах памяшкання, што выключае рызыка ўцечкі сігналу;
• шматкарыстальніцкія пункту доступу, якія забяспечваюць большую прапускную здольнасць для кожнага карыстальніка;
• бяспечную бесправадную камунікацыю ў асяроддзях, дзе радыёчастоты непажаданыя або недаступныя;
• гнуткасць пры праектаванні камунікацыйных сетак;
• пашырэнне спектру прыкладанняў бесправадной сувязі;
• эканомію на асвятляльным і тэлекамунікацыйным абсталяванні па прычыне выкарыстання адзінай інфраструктуры.

Потолочный блок:

• Дадзеныя і харчаванне паступаюць праз стандартны Ethernet-порт.
• Простая ўстаноўка.
• Падключаецца да LED-сьветача, утвараючы атто-соты.
• Множны доступ.
• Плаўны пераход паміж кропкамі доступу.

Настольная частка:

• Падключэнне да прылады кліента праз USB-порт.
• 10 Мбіт / с інфрачырвоная узыходзячая лінія да потолочной часткі.
• Паваротная галоўка прыёмаперадатчык можа рэгулявацца карыстальнікам.
• Харчаванне ад батарэі і партатыўнасць.

Самая хуткая, самая маленькая і самая абароненая

LiFi-X з'яўляецца развіццём сістэмы Li-Flame. Дазваляе разгарнуць паўнавартасную сетку і, у адрозненне ад існуючых прадуктаў, падтрымлівае множны доступ, роўмінг, поўную мабільнасць, да таго ж простая ў выкарыстанні. Ад папярэдняй версіі адрозніваецца поўнай дуплекснай сувяззю на хуткасці 40 Мбіт / с як у выходным, так і ва ўваходным кірунку, і поўнай мабільнасцю, якая забяспечваецца партатыўнай USB-станцыяй.

Кропка доступу LiFi-X:

• Падтрымка харчавання праз PoE або PLC.
• Простая ўстаноўка.
• Падключэнне да LED-свяцільням для фарміравання атто-соты.
• Множны доступ.
• Плыўнае пераключэнне паміж кропкамі доступу.

Станцыя LiFi-X:

• USB 2.0.

літаратура

Кнігі па тэхналогіі Li-Fi, нягледзячы на яе навізну, ужо не рэдкасць, праўда, у большасці сваёй яны не перакладзены на рускую мову. Вось толькі некаторыя з іх:

• 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.

Кнігі даступныя ў інтэрнэт-краме Amazon.