Введено | Март 2011 ( 2011-03 ) |
---|---|
Промышленность | Цифровая связь |
Тип разъема | Связь с помощью видимого света |
Физический диапазон | Спектр видимого света , ультрафиолетовое и инфракрасное излучение |
Li-Fi (также пишется как LiFi ) — это беспроводная коммуникационная технология, которая использует свет для передачи данных и местоположения между устройствами. Термин был впервые введен Харальдом Хаасом во время выступления на TEDGlobal в Эдинбурге в 2011 году . [1]
Li-Fi — это система световой связи, способная передавать данные на высоких скоростях в видимом свете , ультрафиолетовом и инфракрасном спектрах. В своем нынешнем состоянии для передачи данных в видимом свете могут использоваться только светодиодные лампы . [2]
С точки зрения конечного пользователя , эта технология похожа на Wi-Fi — ключевое техническое отличие заключается в том, что Wi-Fi использует радиочастоту для создания электрического напряжения в антенне для передачи данных, тогда как Li-Fi использует модуляцию интенсивности света для передачи данных. Li-Fi может работать в областях, которые в противном случае были бы восприимчивы к электромагнитным помехам (например, салоны самолетов , больницы или военные). [3]
Li-Fi является производной от технологии оптической беспроводной связи (OWC), которая использует свет от светодиодов (LED) в качестве среды для предоставления сетевой, мобильной, высокоскоростной связи аналогично Wi-Fi . [4] Прогнозировалось, что рынок Li-Fi будет иметь совокупный годовой темп роста в 82% с 2013 по 2018 год и будет стоить более 6 миллиардов долларов в год к 2018 году. [5] Однако рынок не развился как таковой, и Li-Fi остается нишевым рынком. [6]
Связь с помощью видимого света (VLC) работает путем включения и выключения тока на светодиодах на очень высокой скорости, за пределами способности человеческого глаза заметить это. [7] Технологии, которые позволяют осуществлять роуминг между различными ячейками Li-Fi, также известный как хэндовер, могут позволить плавно переходить между Li-Fi. Световые волны не могут проникать через стены, что означает гораздо меньший диапазон и меньший потенциал взлома по сравнению с Wi-Fi. [8] [9] Прямая видимость не всегда необходима для передачи сигнала Li-Fi, а свет, отраженный от стен, может достигать 70 Мбит/с . [10] [11]
Li-Fi может быть потенциально полезен в электромагнитно-чувствительных зонах, не вызывая электромагнитных помех . [8] [12] [9] Как Wi-Fi, так и Li-Fi передают данные по электромагнитному спектру , но в то время как Wi-Fi использует радиоволны, Li-Fi использует видимый, ультрафиолетовый и инфракрасный свет. [13] Исследователи достигли скорости передачи данных более 224 Гбит/с, [14] что было намного быстрее, чем у типичного быстрого широкополосного доступа в 2013 году. [15] [16] Ожидается, что Li-Fi будет в десять раз дешевле Wi-Fi. [17] Первая коммерчески доступная система Li-Fi была представлена на Всемирном мобильном конгрессе 2014 года в Барселоне.
Хотя светодиоды Li-Fi должны быть включены для передачи данных, их можно затемнить до уровня, ниже уровня видимости человека, при этом они будут излучать достаточно света для передачи данных. [17] Это также является серьезным узким местом технологии, когда она основана на видимом спектре, поскольку она ограничена целями освещения и не идеально подходит для целей мобильной связи, учитывая, что другие источники света, например солнце, будут мешать сигналу. [18]
Поскольку коротковолновый диапазон Li-Fi не может проникать через стены, передатчики должны быть установлены в каждой комнате здания, чтобы обеспечить равномерное распределение Li-Fi. Высокие затраты на установку, связанные с этим требованием для достижения уровня практичности технологии, являются одним из потенциальных недостатков. [5] [7] [19]
Первоначальное исследование по связи с использованием видимого света (VLC) было опубликовано Институтом Фраунгофера им. Генриха Герца в сентябре 2009 года, в котором была продемонстрирована скорость передачи данных 125 Мбит/с на расстоянии 5 м с использованием стандартного белого светодиода. [20] В 2010 году скорость передачи данных уже была увеличена до 513 Мбит/с с использованием формата модуляции DMT. [21]
В ходе своего выступления на конференции TED Global Talk в 2011 году профессор Харальд Хаас , эксперт по мобильным коммуникациям в Эдинбургском университете , представил термин «Li-Fi», обсуждая концепцию «беспроводных данных отовсюду». [22]
Общий термин « видимая световая связь » (VLC), история которого восходит к 1880-м годам, включает в себя любое использование видимой световой части электромагнитного спектра для передачи информации. Проект D-Light, финансируемый с января 2010 по январь 2012 года в Эдинбургском институте цифровых коммуникаций, сыграл важную роль в продвижении этой технологии, а Хаас также внес вклад в создание компании для ее коммерциализации. [23] [24]
В октябре 2011 года исследовательская организация Fraunhofer IPMS и отраслевые партнеры сформировали консорциум Li-Fi для продвижения высокоскоростных оптических беспроводных систем и преодоления ограниченного объема доступного радиочастотного беспроводного спектра путем использования совершенно другой части электромагнитного спектра. [25]
Практическая демонстрация технологии VLC с использованием Li-Fi [26] состоялась в 2012 году, при этом в лабораторных условиях была достигнута скорость передачи данных, превышающая 1 Гбит/с. [27] В 2013 году лабораторные испытания достигли скорости до 10 Гбит/с. К августу 2013 года была продемонстрирована скорость передачи данных приблизительно 1,6 Гбит/с через одноцветный светодиод. [28] Значительный рубеж был достигнут в сентябре 2013 года, когда было заявлено, что Li-Fi или системы VLC в целом не требуют абсолютно условий прямой видимости. [29] В октябре 2013 года сообщалось, что китайские производители работают над комплектами разработки Li-Fi. [30]
В апреле 2014 года российская компания Stins Coman анонсировала беспроводную локальную сеть BeamCaster Li-Fi, способную передавать данные со скоростью до 1,25 гигабайт в секунду (ГБ/с). Они предвидят увеличение скорости до 5 ГБ/с в ближайшем будущем. [31] В том же году мексиканская компания Sisoft установила новый рекорд, передавая данные со скоростью до 10 ГБ/с по всему спектру света, излучаемого светодиодными лампами. [32]
Преимущества работы детекторов, таких как лавинные диоды в режиме Гейгера , как однофотонные лавинные диоды (SPAD), были продемонстрированы в мае 2014 года, подчеркнув повышенную энергоэффективность и чувствительность приемника. [33] Этот режим работы также способствовал квантово-ограниченной чувствительности, позволяя приемникам обнаруживать слабые сигналы со значительных расстояний. [34]
В июне 2018 года Li-Fi успешно прошел испытания на заводе BMW в Мюнхене для промышленного применения под эгидой Института Фраунгофера им. Генриха Герца. [35]
В августе 2018 года Академия Кайла в Шотландии провела пилотное использование этой технологии в своих помещениях, что позволило студентам получать данные посредством быстрых включений и выключений освещения в комнате. [36]
В июне 2019 года французская компания Oledcomm продемонстрировала свою технологию Li-Fi на Парижском авиасалоне 2019 года . [37]
Этот раздел может быть слишком техническим для понимания большинства читателей . ( Июнь 2022 г. ) |
Как и Wi-Fi, Li-Fi является беспроводным и использует аналогичные протоколы 802.11 , но он также использует ультрафиолетовую , инфракрасную и видимую световую связь . [38]
Одна часть VLC смоделирована по образцу протоколов связи, установленных рабочей группой IEEE 802. Однако стандарт IEEE 802.15.7 устарел: он не учитывает новейшие технологические разработки в области оптической беспроводной связи, в частности, с введением методов модуляции с ортогональным частотным разделением каналов (O-OFDM), которые были оптимизированы для скоростей передачи данных, множественного доступа и энергоэффективности. [39] Введение O-OFDM означает, что требуется новый импульс для стандартизации оптической беспроводной связи. [ необходима цитата ]
Тем не менее, стандарт IEEE 802.15.7 определяет физический уровень (PHY) и уровень управления доступом к среде (MAC). Стандарт способен обеспечить достаточную скорость передачи данных для передачи аудио, видео и мультимедийных услуг. Он учитывает мобильность оптической передачи, ее совместимость с искусственным освещением, присутствующим в инфраструктурах, и помехи, которые могут быть созданы окружающим освещением. Уровень MAC позволяет использовать связь с другими уровнями, как с протоколом TCP/IP . [ необходима цитата ]
Стандарт определяет три уровня PHY с разными скоростями:
Форматы модуляции, распознаваемые для PHY I и PHY II, — это on-off keying (OOK) и variable impulse-position modulation (VPPM). Манчестерское кодирование , используемое для слоев PHY I и PHY II, включает тактовую частоту внутри передаваемых данных, представляя логический 0 с символом OOK «01» и логическую 1 с символом OOK «10», все с компонентом постоянного тока. Компонент постоянного тока позволяет избежать затухания света в случае расширенного цикла логических нулей. [ необходима цитата ]
В июле 2023 года IEEE опубликовал стандарт 802.11bb для сетей на основе световых волн, призванный обеспечить нейтральный по отношению к поставщикам стандарт для рынка Li-Fi.
Многие эксперты предвидят движение в сторону Li-Fi в домах, поскольку он имеет потенциал для более высоких скоростей и его преимущества безопасности с тем, как работает технология. Поскольку свет отправляет данные, сеть может быть заключена в одной физической комнате или здании, что снижает вероятность удаленной сетевой атаки. Хотя это имеет больше последствий для предприятий и других секторов, домашнее использование может быть продвинуто вперед с ростом домашней автоматизации, которая требует передачи больших объемов данных через локальную сеть. [41]
Большинство дистанционно управляемых подводных аппаратов (ROV) управляются с помощью проводных соединений. Длина их кабелей накладывает жесткие ограничения на их рабочий диапазон, а другие потенциальные факторы, такие как вес и хрупкость кабеля, могут быть ограничительными. Поскольку свет может проходить через воду, связь на основе Li-Fi может обеспечить гораздо большую мобильность. [42] [ ненадежный источник ] Полезность Li-Fi ограничена расстоянием, на которое свет может проникать в воду. Значительное количество света не проникает дальше 200 метров. За пределами 1000 метров свет не проникает. [43]
Эффективная передача данных возможна в воздушной среде, например, в коммерческих пассажирских самолетах, использующих Li-Fi. Использование этой передачи данных на основе света не будет мешать оборудованию на самолете, которое использует радиоволны , например, его радиолокационному соединению Li-Fi . [44]
Все чаще медицинские учреждения используют удаленные обследования и даже процедуры. Системы Li-Fi могли бы предложить лучшую систему для передачи больших объемов данных с низкой задержкой по сетям. [ требуется ссылка ] Помимо обеспечения более высокой скорости, световые волны также оказывают меньшее воздействие на медицинские инструменты . Примером этого может служить возможность использования беспроводных устройств в МРТ, аналогичных радиочувствительным процедурам. [44] Еще одним применением Li-Fi в больницах является локализация активов и персонала. [45]
Транспортные средства могли бы общаться друг с другом через передние и задние фары для повышения безопасности дорожного движения. Уличные фонари и светофоры также могли бы предоставлять информацию о текущей дорожной ситуации. [46]
Благодаря особым свойствам света оптические лучи могут быть особенно хорошо сгруппированы по сравнению с радиоустройствами, что позволяет реализовать высоконаправленные системы Li-Fi. Разработаны устройства для использования вне помещений, которые затрудняют доступ к данным из-за их малого угла луча, тем самым повышая безопасность передачи. Их можно использовать, например, для связи между зданиями или для объединения в сеть небольших радиоячеек.
Везде, где в промышленных зонах необходимо передавать данные, Li-Fi способен заменить контактные кольца , скользящие контакты и короткие кабели, такие как Industrial Ethernet . Благодаря реальному времени Li-Fi (что часто требуется для процессов автоматизации), он также является альтернативой обычным промышленным стандартам беспроводной локальной сети . Fraunhofer IPMS, исследовательская организация в Германии , заявляет, что они разработали компонент, который очень подходит для промышленных приложений с передачей данных, чувствительных ко времени. [47]
Уличные фонари можно использовать для отображения рекламы близлежащих предприятий или достопримечательностей на мобильных устройствах , когда человек проходит мимо. Клиент, входящий в магазин и проходящий через передние фонари магазина, может показывать текущие распродажи и акции на мобильном устройстве клиента. [48]
В складировании внутреннее позиционирование и навигация являются важнейшим элементом. 3D-позиционирование помогает роботам получать более детальный и реалистичный визуальный опыт. Видимый свет от светодиодных лампочек используется для отправки сообщений роботам и другим получателям и, следовательно, может использоваться для расчета позиционирования объектов. [49]