Безкоштовно по Україні
0
Кошик порожній
Ваш кошик

Li-Fi – передача даних за допомогою світлодіодів

Сьогодні людство активно використовує технологію Wi-Fi, навіть не маючи приводу замислюватися про альтернативи. Проте, вчені в усьому світі продовжують вивчати й інші способи передачі даних, у тому числі, ті, про які більшість з нас навіть не може помислити. Серед нових віянь слід виділити технологію Li-Fi, якій пророкують досить великі перспективи використання, аж до повного витіснення більшості з відомих на сьогодні способів передачі інформації.

Термін «Li-Fi» був придуманий та введений у широкий ужиток у 2011-тому році вченим-фізиком німецького походження, фахівцем у області бездротової та оптичної передачі даних, професором, завідувачем кафедри мобільного зв'язку у Університеті Едінбургу Харальдом Хаасом. Він представив свої напрацювання у рамках конференції «TED Global», використавши досить звичайну світлодіодну лампу для передачі інформації. Досвід, що був продемонстрований, полягав у тому, що лампочка випускала хвилі, завдяки яким на екран проектувалося відео з квіткою, а на підтвердження того, що джерелом трансльованих відеоданих є саме світлоприлад, Хаас періодично перекривав її світло рукою, викликаючи перешкоди.

Li-Fi по праву вважається гідною альтернативою усім іншим відомим на сьогодні технологіям: видиме світло просте та знайоме кожному, при цьому спокійно сприймається органами почуттів людини, на відміну від тих самих радіохвиль. Замість нинішніх бездротових роутерів можна буде використовувати трансивери зі світлодіодами, які одночасно здатні й освітлювати приміщення, й передавати інформацію у великих обсягах. Вже з самого початку робіт передбачалося, що Li-Fi буде здатний забезпечувати швидкість передачі даних приблизно у 100 разів більше у порівнянні зі знайомим нам Wi-Fi.

 

 Передача інформації за допомогою світла

 

Розвиток технології

Після першої публічної демонстрації знайшлося багато скептиків, які стверджували, що застосування димованих світлодіодних ламп для масового вжитку – вельми складна у реалізації концепція, нехай іі вкрай цікава. У професора Хааса пішло 4 роки на те, щоб створити перший прототип, який повністю втілював його ідеї, був компактним, ефективним та високоточним. Слід сказати, що сама технологія Li-Fi отримала свою назву від двох слів: Li – «light» ( «світло») та Fi – «fidelity» ( «точність»). У лабораторних умовах новий роутер-трансивер зумів легко перевищити стократний рубіж швидкості у порівнянні з Wi-Fi, досягнувши рекордного показника у 224 Гбіт/с, та показавши відмінні результати у інших категоріях.

Найважливішим є те, що у технології, яка розглядається, геть відсутні недоліки, які називають основними перешкодами на шляху розвитку усіх інших способів передачі даних. При цьому наявні переваги, по суті, засновані на тому, що кожен з нас й так знає про світло. Наприклад, у Li-Fi не знижується надійність підключення та швидкість на кожному приймачі при підключенні великої кількості пристроїв: світла буквально вистачає на всіх. При цьому також можна згадати іншу цікаву аналогію, що стосується потенційної уразливості, на прикладі побутових освітлювальних приладів. Так, вмикаючи люстру у вітальні, ми знаємо, що її світло буде поширюватися тільки у межах цього приміщення, та не стане освітлювати ані кухню, ані ванну кімнату. Світло не проникає крізь стіни, а тому ані перехоплення інформаційного сигналу ззовні, ані його спотворення неможливі. І цю умовну обмеженість можна було б одночасно віднести й до категорії недоліків, якби не одне важливе «але»: людині необхідні джерела світла в усіх приміщеннях будинку, а раз там є лампочка, там буде й інтернет.

До всього сказаного також обов'язково слід додати ємність мережі. З фізики нам відомо, що ширина видимої частини спектра у цілих 10 тисяч разів більше ширини радіоспектра – й увесь цей обсяг може бути використаний для передачі даних. Нарешті, не забуватимемо про питання, пов'язані з енергоефективністю. Хоча Wi-Fi сам по собі і так досить економічний, навіть він не зрівняється за цим показником з напівпровідниками. Точно так само, як будь-який світлодіодний світильник є набагато більш енергоефективним у порівнянні з аналогічним приладом, у якому встановлені лампочки розжарювання, так і Li-Fi, що застосовує ті самі комплектуючі, споживає меншу потужність порівняно з попередніми технологіями. А якщо додати до цього той факт, що ефекти комбінуються (світловипускання та передача сигналів відбуваються одночасно й за допомогою одних і тих самих пристроїв), сукупні енерговитрати на два вкрай необхідних у побуті процеси падають нижче усіх існуючих технологій.

На самому початку розвитку концепції Li-Fi найбільше занепокоєння у вчених викликали стробоскопічні – мерехтіння. Якщо спростити сутність Li-Fi до рівня зрозумілих більшості термінів, то можна сказати, що тут використовується найпростіша двійкова логіка. Бінарні дані як завжди складаються з умовного нуля та одиниці, які досягаються шляхом увімкнення та вимкнення діода, тільки це робить не людина за допомогою вимикача, а спеціальний мікроконтролер. При цьому чергування двох станів відбувається настільки швидко (менш, ніж за 1 мкс), що органи зору навіть не встигають відреагувати. Ну а раз продуктивна частота лежить поза відчуттями людини, для неї світло буде здаватися увімкненим постійно, а тому ніяк не позначиться на сприйнятті.

При цьому саме запізнювання людських очей у вловлюванні світла дає вченим необхідний запас. Уся інформація може кодуватися по-різному, формуючи великі фрагменти даних на різних частотах, при цьому абсолютно не зачіпаючи чутливу для нас область. Зручність даної технології також полягає у тому, що у процесі передачі даних немає потреби вдаватися до використання пристроїв або агентів-посередників. У джерелі сигнал перетворюється на бінарний код, потім випромінюється в усі боки, після чого приймається фотодіодом-ресивером та назад переводить отримані дані у двійкову систему. Такий підхід можна по праву назвати одним з найпростіших та найшвидших.

 

 Світлодіодні технології бездротового зв'язку

 

Перші випробування професор Хаас проводив у лабораторіях естонської компанії Velmenni, що не тільки дозволило йому вивчити процеси передачі даних найбільш детально, але також відкрило додаткові можливості для подальших експериментів та комерціалізації результатів. Серед низки інших дослідів слід зазначити спробу перевести Li-Fi на умови повної автономності: для цього вчений забезпечив роутер-трансмітер сонячною батареєю та провів серію експериментів для подібних обставин. І навіть тут стійка швидкість передачі інформації жодного разу не падала нижче рівня у 10 Гбіт/с.

Наприкінці 2016-го року Хаас зумів об'єднати свою компанію «pureLiFi» зі вже існуючим французьким брендом «Lucibel», який займається освітлювальними технологіями. Метою їхнього злиття була подальша модернізація технології, фабричне виробництво систем, що підтримують Li-Fi, та виведення їх на масовий європейський ринок. Найважливішим завданням тут було зробити таку технологію доступною за ціною та реалізацією, просунути її з інформаційної точки зору, пояснити переваги населенню та зацікавити потенційного споживача. У не дуже далекій перспективі передбачається саме технологію Li-Fi зробити основним способом доступу користувачів до інтернету.

Комплекти пристроїв для передачі даних по Li-Fi включають до себе усього три елементи: власне, джерело світла, контролер-маршрутизатор та приймач сигналів. Споживачі можуть купувати не тільки вже готові світильники, але й лампи, які мало чим зовні відрізняються від звичайних LED-моделей. У кожній з них розташовується три стандартних кольорових канали – червоний, зелений та синій, швидкість передачі даних за якими може легко досягати 3,5 Гбіт/с. Підсумовуючи їх значення, підсумковий потік перевищує 10 Гбіт/с, формуючи величезні масиви інформації шляхом високочастотних циклів увімкнення та вимкнення діодів.

Сфери застосування Li-Fi передбачені вже сьогодні. Згадаємо лише ті з них, які можна назвати такими, що найбільш потребують швидкого впровадження подібної технології на сучасному етапі розвитку людства.

  • Смарт-освітлення у Розумному будинку напевне не буде обходитися без Li-Fi, адже такий метод передачі даних здатен замінити будь-які інші бездротові та дротяні системи, виступаючи вкладеною інфраструктурою в усьому інтелектуальному комплексі.
  • У салонах літаків, у операційних та палатах реанімації, а також на будь-яких інших особливо небезпечних або військових об'єктах, де раніше використання інтернету було пов'язане із загрозою безпеці або з перешкодами у функціонуванні обладнання, світло зможе без проблем застосовуватися, як і раніше, узявши на себе додаткову функцію.
  • Мобільний зв'язок отримає великий спектр додаткових частот, коли його звільнять інші, більше не використовувані технології.
  • При роботі персоналу під водою, особливо у промислових або дослідницьких цілях, передача сигналу по радіохвилях була майже безглуздою, оскільки рідина їх гасила. Світло може вирішити цю проблему за достатньої інтенсивності випромінювання.
  • Інтерактивні бездротові пристрої та іграшки зможуть завжди підтримувати зв'язок з мережею без додаткових засобів. Слабкий прийом автоматично усувається за рахунок рівномірного та майже що повсюдної присутності люстр, настільних ламп, світильників, прожекторів, світлофорів, ліхтарних стовпів та ін.
  • Транспортні мережі та системи навігації зможуть зв'язуватися між собою безпосередньо, покращуючи дорожню обстановку та дозволяючи забезпечити всебічну безпеку пішоходів та транспорту, не використовуючи для зв'язку проміжні ланки.
  • Смартфони, планшети та ноутбуки отримають просте, стабільне та високошвидкісне підключення до Всесвітньої павутини. При цьому невелика відстань до джерела по повітрю сформує ідеальні умови для максимальної безпеки при збереженні вільного доступу.

 

 Li-Fi як новий спосіб передачі даних

 

Майбутнє вже тут

Якщо дивитися правді у очі, то ймовірність експансії Li-Fi є великою вже у найближчі п'ять років. Для цього вже зараз є багато передумов не тільки технічного характеру, але також у запитах суспільства, його підготовленості та наявності базової інфраструктури. Відомо, що енергоефективність, яка вже сьогодні знаходиться у тренді, у подальшому буде тільки набирати оберти, а це означає неминучий попит на таку продукцію. Той самий Wi-Fi, за усіх його сильних боків, має мізерний ККД, якщо розглядати його з точки зору техніки – усього лише 5-7%. У діодах же при виконанні сполученої задачі освітлення та передачі даних сукупний ККД починається від 65%, й уже відомо, що у самому найближчому майбутньому він зможе досягати 90%.

Комп'ютеризація суспільства, збільшення кількості носимих гаджетів та стаціонарної офісної техніки навіть зараз демонструють певну неспроможність існуючих систем. У випадку з передачею даних за допомогою світла ризик перевантаження мереж просто буде відсутній, а швидкість потоку інформації виявиться абсолютно незалежною від навантаження на систему, яке забезпечується колегами чи сусідами.

Як було сказано вище, неймовірно важливим для швидкого поширення будь-якої нової технології є підготовленість суспільства та інфраструктури. За обома показниками у Li-Fi відмінні перспективи. По-перше, світлодіоди сьогодні вже нікого не лякають, а встановлення ще двох-трьох невеликих електронних блоків у квартирі не стане ні для кого проблемою. По-друге, зовнішній вигляд самих ламп, використовуваних для даних цілей майже нічим не відрізняється від знайомого. По-третє, мережу енергорозподілу не потрібно ніяк готувати: у будь-якому будинку достатньо світильників та розеток, щоб підключити усе необхідне обладнання.

Особливий інтерес до даної технології ось уже 10 років проявляють у Китаї та Німеччини. У Піднебесній вдалося підключити до інтернету зі швидкістю 150 Мбіт с цілих чотири комп'ютери, використовуючи лише один світлодіод з потужністю у 1 Вт, а німці змогли передавати інформацію при 800 Мбіт/с ще у 2011-тому році. Сьогодні ж у даній області спостерігається помірне затишшя, що багато експертів пов'язують з анонсом революційного прориву, який готується ретельно вже на самий найближчий час.