Технология Li-Fi: устройство, работа, применение и особенности

Li-Fi представляет новую технологию передачи данных, которая позволяет передавать данные в сто раз быстрее, чем Wi-Fi. Технология Li-Fi произведет революцию в бизнесе в будущем, заложив основу для того, что к 2022 году станет многомиллиардной индустрией. Ведутся работы по достижению скорости 1 Гбит/с и выше с помощью технологии Li-Fi. Это значительно превысит производительность существующей сверхскоростной широкополосной связи.

Li-Fi все еще находится в зачаточном состоянии, но многие компании уже хотят инвестировать в него. В ближайшем будущем она может найти широкое применение, заменяя Wi-Fi везде, где это возможно, а через несколько лет ожидается широкое коммерческое использование этой 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, оснащенный декодером для декодирования светового сигнала.

1.  Технология Li-Fi устроена таким образом, что электрический свет может быть использован в качестве беспроводного маршрутизатора.

Сегодня основными компонентами системы Li-Fi являются:

• Яркий светодиод, который является источником передаваемых данных.
• Кремниевый фотодиод (фотодетектор), реагирующий на видимый свет, который является приемником передаваемых данных.

Система — передатчик Li-Fi — в большинстве случаев состоит из четырех основных компонентов

• Светодиодная лампа.
• Усилитель высокочастотной (ВЧ) цепи мощности.
• Печатная плата.
• Корпус.

Печатная плата используется для подключения входа и выхода лампы. В него встроен микроконтроллер для управления различными функциями лампы. Радиочастотный сигнал генерируется твердотельным радиочастотным усилителем в цепи питания, который создает электрическое поле вблизи лампы. Высокая плотность энергии электрического поля позволяет перевести содержимое лампы в плазменное состояние. Эта контролируемая плазма действует как интенсивный источник света. Все вышеупомянутые компоненты размещены в алюминиевом корпусе.

Сцинтилляционный диод невидим для человеческого глаза, а метод цифровой модуляции позволяет передавать данные со скоростью до 10 Гбит в секунду. Для записи передаваемых пакетов данных используется специальный приемник.

В рамках последнего события компания Oledcomm выпустила смартфон под управлением Android. Этот смартфон имеет одно важное изменение: вместо фронтальной камеры в нем установлен датчик Li-Fi. Датчик получает команды от светодиодных лампочек, которые расположены рядом со смартфоном и позволяют просматривать видео или изображения на устройстве.

Также был показан прототип компактного внешнего Li-Fi приемника, который подключается к смартфону через разъем 3,5 мм. Этот приемник позволяет принимать данные Li-Fi на устройствах, не оснащенных модулем. oledcomm планирует вскоре представить свою разработку для планшетов и смартфонов, что позволит технологии Li-Fi получить широкое распространение.

Принцип действия

Когда через светодиод проходит постоянный ток, он испускает непрерывный поток протонов, излучая видимый свет. Интенсивность свечения изменяется в зависимости от напряжения. Поскольку светодиоды являются полупроводниковыми приборами, интенсивность их излучения и ток можно модулировать с относительно высокой скоростью.

Эти изменения свечения могут быть уловлены специальным фотодатчиком, который преобразует их в ток. Человеческий глаз не может уловить модуляцию интенсивности люминесценции, поэтому связь происходит непрерывно. Поэтому технология Li-Fi способна передавать поток информации на невероятно высоких скоростях с помощью одной светодиодной лампы.

Технология Li-Fi работает за счет модуляции двоичного кода светового потока от специального светодиодного источника света. Сами приемные и передающие устройства неотличимы от стандартной светодиодной лампы. Передатчики, подключенные к компьютерам или другим цифровым электронным устройствам, получают информацию только при попадании на них света от источника Li-Fi.

Естественно, это накладывает некоторые ограничения на потенциальные области применения данной технологии, но такая оптическая связь гораздо более безопасна, чем обычный Wi-Fi. Сигнал последнего может быть перехвачен в любой точке в радиусе действия устройства. Кроме того, технология Li-Fi может беспрепятственно использоваться в местах, где запрещено применение устройств, излучающих внешние радиоволны. К ним относятся салоны самолетов, отделения неотложной помощи больниц и целый ряд других мест.

Применение

Использование светодиодов для освещения резко возросло с развитием Li-Fi. Технология Li-Fi отлично справляется с загрузкой живых потоков, скачиванием видео и аудио. Эти задачи требуют большой полосы пропускания для входного канала, но требуют минимальной выходной мощности. Это позволяет освободить значительную часть доступных радиочастотных каналов.

Сегодня технология Li-Fi используется во многих областях.

• Умное освещение: любое общественное или частное освещение, включая уличное, может быть использовано в качестве стандартной точки доступа Li-Fi, используя датчик и коммуникационную инфраструктуру.
• Освобождение радиочастот сотовых сетей. Пиковые нагрузки могут быть перенесены на Li-Fi. Это особенно эффективно для входящих каналов связи с узкими местами.
• Мобильное подключение: планшеты, смартфоны, ноутбуки и другие мобильные устройства со встроенными модулями подключения Li-Fi. Небольшие расстояния обеспечивают отличную и надежную связь.
• Медицина и здравоохранение. Особенность Li-Fi света в том, что он не создает электромагнитных помех для медицинского оборудования. Кроме того, технология не подвержена воздействию сканеров МРТ.
• Опасное производство. использование технологии Li-Fi предлагает безопасную альтернативу электромагнитному излучению для радиочастотной связи на нефтехимических заводах и шахтах.
• Подводная связь. Использование радиочастот в воде не представляется возможным из-за сильного поглощения сигналов. Звуковые волны имеют очень низкую пропускную способность и могут беспокоить морских животных. Использование технологии Li-fi может успешно решить эти проблемы связи на коротких расстояниях.
• Авиация. Технология Li-Fi может быть задействована с целью уменьшения длины проводки, снижения веса, повышения гибкости в установке оборудования, а также сидений пассажирского салона, в которых уже установлены LED-светильники. Система развлечений на борту сможет поддерживаться и взаимодействовать с устройствами пассажиров.
• Транспортные средства и автомобили. Вывески и светофоры, уличные фонари, задние фонари и фары уже производятся с использованием светодиодных ламп. Это позволяет осуществлять связь между дорожной инфраструктурой и транспортными средствами в системах управления дорожным движением, а также в системах безопасности.
• Игрушки. Многие игрушки сегодня активно используют светодиоды, благодаря чему между интерактивными игрушками может быть установлена недорогая связь.
• Локальные и высокоточные информационные услуги, такие как реклама и навигация. Они обеспечат людей точной информацией, относящейся к определенному месту и времени.
• Государственные учреждения, банки, т.е. там, где важна безопасность и скорость передачи информации.
• Применение в быту. Планируется, что светодиодные лампы будущего будут выполнять сразу две функции: освещать помещение и создавать беспроводную коммуникационную сеть, которая позволит подключаться к устройствам и выходить в Интернет.

Типичные характеристики

• Светодиод работает со скоростью 1 мкс, а это значит, что человеческий глаз его не замечает.
• Технология Li-Fi — это дешевая и быстрая версия Wi-Fi, работающая в видимом диапазоне длин волн. Технология предполагает использование видимого света со спектром от 400 терагерц (780 нм) до 800 терагерц (350 нм) для передачи данных. Для работы li-Fi используются электромагнитные волны.
• Стандарт IEEE 802.15.7 для Li-Fi определяет физический уровень сети OSI, PHY (физический уровень), включая уровень управления доступом к среде (MAC).
• Фактическая достигнутая скорость в настоящее время составляет 1 Гбит/с, в ближайшем будущем она составит 15 Гбит/с. Потенциальная скорость — 3 Тбит/с.

Достоинства и недостатки

Преимущества технологии Li-Fi включают.

• Технология привлекательна по сравнению с другими странами. Высокая скорость Li-Fi уже позволяет передавать онлайн-видео в HD-качестве.
• Технология Li-Fi считается наиболее безопасной, поскольку для ее перехвата хакерами необходимо находиться в одном помещении с «жертвой».
• Низкое энергопотребление устройства и значительная скорость передачи данных.
• Стоимость компонентов низкая. Все разработки этого передатчика были созданы из обычных светодиодов, а технический процесс его создания прост и малозатратен. В будущем Интернет можно будет передавать с помощью обычных электрических лампочек.
• Передача данных на большой территории.

Недостатком технологии Li-Fi является.

• Небольшое расстояние передачи. Сегодня это максимум 10 метров.
• Работа в одном помещении, поскольку световые волны не могут проникать через стены и непрозрачные материалы. Это большой недостаток по сравнению с технологией RF Wi-Fi.