Создан "li-fi" - сверхбыстрый интернет на светодиодах. Li-Fi технология (сверхбыстрый Интернет на светодиодах): обзор, описание, устройство и перспективы

Все мы используем Wi-Fi в разных вариациях, чтобы иметь доступ к интернету дома, на работе или в таких местах, как отель, автобус, аэропорт или высокоскоростной поезд. Только в тех случаях, когда отсутствует беспроводная связь, мы пользуемся кабельным подключением или мобильными сетями (GSM/UMTS/LTE). В основном, Wi-Fi столь популярен по той причине, что он бесплатен, или же потому, что при фиксированной ставке он предоставляет безлимитный доступ.

Осталось совсем немного времени до того момента, когда мы начнем использовать другую технологию, которая сейчас находится только лишь на экспериментальном этапе разработки: мы говорим о технологии Li-Fi (Light Fidelity). В основе этой технологии лежит использование света, который передает информацию при помощи светодиодов (LED), мерцающих с разницей в пару наносекунд, что делает этот процесс невозможным для восприятия человеческим глазом.

Что же такое Li-Fi?

Эта технология очень похожа на Wi-Fi, но передача данных происходит не посредством радиоволн (микроволны на частоте 2.4 ГГц или 5 ГГц), а при помощи видимого света (часть электромагнитного спектра, который мы можем видеть – набор волновых длин, известных в качестве видимых, чья частота значительно превышает частоту радиоволн), что ограничивает их радиус действия. Эта технология использует обладающие долгим сроком службы и низким энергопотреблением светодиодные лампы, их яркость модулируется подключенным к интеренету роутером. Этот процесс происходит незаметно для человеческих глаз, но не для тех устройств, которые включены в систему подходящего фотодиодного ресивера (светочувствительной панели). Вне лабораторий и экспериментальной среды с помощью этой технологии была достигнута скорость в 1 Гбит/сек и более, что в 100 раз быстрее, нежели скорость большинства домашних Wi-Fi сетей.

Технология «связь по видимому свету» подразумевает использование любой части электромагнитного светового спектра для передачи информации. В 2010 г. физик Харальд Хаас, преподающий в университете Эдинбурга в Великобритании, основал проект «D-Light», а к концу 2011 г. многочисленные группы и компании образовали «Li-Fi консорциум», главной целью которого является распространение и продвижение этой технологии. Разнообразные производители, такие как Samsung и LG, например, проявили интерес к этой технологии. Скорее всего, Li-Fi не заменит, а лишь дополнит Wi-Fi, так как девайсы с технологией W-Fi распространены повсеместно и их замена будет непрактичной и крайне затратной.

Сама концепция это новой технологии не нова, чего не скажешь о ее применении. На протяжении многих лет светодиоды на основе инфракрасного спектра использовались для всех видов дистанционного управления, начиная ТВ и игрушками и заканчивая гаражными дверями и автомобилями. Новой является возможность передачи на высокой скорости пользовательских данных посредством интернета между разными девайсами, соединенными в одну сеть.

Одними из главных преимуществ, кроме низких затрат на реализацию, является то, что, вполне возможно, эта технология поможет избежать поглощения радиоволн, а также, что на ее использования не требуется лицензия. Видимый свет не вступает в противоречие с другими частотами, поэтому его можно будет использовать в общественных местах, на борту самолета или в качестве коммунальной услуги в системе «умного города». Будучи размещенным в уличных фонарях или светофорах, Li-Fi не только значительно облегчит пользование информационными сетями для индивидуальных пользователей, но и улучшит передачу траффика, а также усилит безопасность во время этого процесса. Кроме того, новая технология может стать частью Интернета вещей (IoT), соединив многочисленные устройства без использования радиодиапазона.

Одним из недостатков, который в то же время является и достоинством, выступает тот факт, что, будучи основанным на передаче посредством световых лучей, Li-Fi не передает сигналы через стены, поэтому каждая комната должна быть обладать соединением. Чтобы провести Li-Fi-сеть через весь дом, необходимо создать что-то наподобие домашней сети, но это не такая уж и большая проблема. Но в таком случае будет крайне тяжело защититься от хакеров и повысить безопасность соединения. Кроме того, эта технология вряд ли будет работать надлежащим образом как под ярким солнечным светом, так и в темноте, так что придется прилагать усилия, чтобы поддерживать соответствующие условия, что может быть вредным для здоровья.

Один из главных недостатков на сегодняшний день – это возможность только лишь скачивать информацию из интернета на высоких скоростях, но не загружать ее в сеть. Но рано или поздно и эта проблема будет решена. Люди пресыщены микроволновым диапазоном, и Li-Fi был придуман для того, чтобы остановить экспансию радиоспектра.

Перевод из журнала "Telephone communication"

Подключаетесь к Интернету через wi-fi? Нравится скорость? А не хотите ли быстрее?

Профессор Харальд Хаас изобрел Li-Fi – технологию «суперскоростной» передачи информации, позволяющую раздавать интернет через… лампочку.

Что такое Li — Fi интернет

Технически это реализовано с помощью чипа, встроенного в светодиодную лампу – такая «лампочка» способна передавать данные в сто раз быстрее модемов, использующих традиционные технологии.

Звучит, как новости из далекого будущего? Тем не менее, это уже настоящее – устройства, работающие на технологии Хааса, уже есть на рынке.

→ Новички, читайте —

Что же все таки такое лай-фай ?

Это технология высокоскоростной передачи данных, использующая в качестве «носителя » свет видимого спектра. Во время передачи светодиоды мигают, отключаясь и включаясь на очень короткие периоды. Частота миганий настолько высока, что человеческим глазом заметить мерцание невозможно, что позволяет использовать лампы с такими светодиодами для освещения.

Что такое li-fi в реальности, протестировала компания из Эстонии Velmenni. Ее сотрудники установили в нескольких производственных помещениях и офисах Таллина соответствующее оборудование и произвела замеры скорости передачи. Результат оказался потрясающим: по лай-фай информация передавалась на скорости 1 гигабит в секунду! Для сравнения – в большинстве сетей wi-fi средняя скорость передачи не превышает 10 мегабит в секунду.

Не буду торопиться утверждать, что за этой новой технологией будущее. Скорее всего, появление li-fi не станет причиной исчезновения вай-фай – эти способы передачи информации еще долго будут мирно сосуществовать. Оборудование лай-фай будет устанавливаться там, где это оправдано и возможно. А устройства типа ноутбуков, смартфонов и подобных им гаджетов приобретут опцию, позволяющую «бесшовно» переключаться между «старыми» 3G-сетями, вай-фай и «новейшим» световым интернетом.

Дипак Соланки, генеральный директор Velmenni, прогнозирует широкое распространение «лампочного» способа передачи данных уже в ближайшие годы. Пока же инженеры думают, как пользоваться преимуществами технологии тем пользователям, которые захотят работать на соединенных с интернетом устройствах не только при включенных лампах, но и в полной темноте.

О том, что такое лай-фай, профессор Хаас рассказал ученому миру пять лет назад. К тому времени он уже около десяти лет занимался разработкой «светового интернета». Кстати, научное название этой технологии – visual light communication (сокращенно – VLC).

→ Такое видали? —

В 2011 году Харальд Хаас продемонстрировал, как оснащенная специальным чипом светодиодная лампа передает на компьютер видео в формате HD («high-definition» – высокая четкость). К тому времени ученый придумал более звучное имя для технологии, переименовав VLC в li-fi (сокращение от light fidelity).

Учитывая стоимость, доступность и повсеместное распространение светодиодов, передача информации методом лай-фай обещает стать более энергоэффективным и дешевым решением, чем используемые сегодня беспроводные радиосистемы.

Та часть электромагнитного спектра, которой является видимый свет, в 10 тысяч раз шире спектра радиоизлучения. Потенциально ширина «светового» канала передачи почти ничем не ограничена. К преимуществам li-fi, по мнению Хааса, относится и более стабильное и точное подключение компьютеров к сетям внутри зданий – главное равномерно распределить светодиодные передатчики. Это особенно важно на фоне сильного ослабевания сигнала обычного wi-fi-роутера по мере удаления от модема (из-за этого в офисах и жилых домах появляются зоны с настолько слабой связью, что подключиться в них к интернету становится невозможно).

Что такое lifi с точки зрения безопасности?

Видимый свет не способен проходить сквозь стены. Это свойство, считает профессор Хаас, делает технологию VLC более надежной в вопросах конфиденциальности передаваемой информации, чем популярный сегодня wi-fi.

Что такое Li-Fi

Технология передачи информации без проводов, которая работает как Wi-Fi, но во много раз быстрее и использует не радиоволны, а видимый свет. В лабораторных условиях через Li-Fi смогли передать данные на скорости 224 Гбит/с, что в 22,4 раза быстрее максимальной скорости разрабатываемого Wi-Fi-стандарта IEEE 802.11ax, в 30 раз быстрее IEEE 802.11ac (его используют, например, в MacBook Pro 2015 года).

Что позволяет такая скорость

За 1 секунду вы сможете скачать примерно 20 фильмов в HD, архив из 50 000 фотографий или столько текста, сколько содержит книгохранилище с площадью примерно 2000 кв. м.

Как это работает

Роль роутера выполняет светодиодная лампочка (иногда три: красная, зеленая и синяя), мерцающая так быстро, что человеческий глаз видит равномерный световой поток. Передающее информацию мерцание принимает фотодетектор, который расшифровывает информацию. Так ноутбук получает доступ в интернет. Высокая скорость Li-Fi получается по нескольким причинам: короткая длина волны, высокая плотность сигнала и широкий канал передачи (спектр частот видимого света намного шире спектра радиоволн).

Чем Li-Fi хуже Wi-Fi

Li-Fi - не самое надежное соединение. Оно хорошо работает в пределах комнаты и на расстоянии около 10 метров, но передать сигнал в другую комнату роутер не сможет (как ни странно, но свет не проходит через стены). Li-Fi не требует работы в прямой видимости. Если между роутером и детектором поставить стол, то доступ в интернет не исчезнет: свет отразится от стен и достигнет детектора, но скорость снизится до 70 Мбит/с. На открытом воздухе роутер будет работать только в сумраке или при сильной облачности - и то на очень небольшом расстоянии. При ярком солнечном свете, как и при работе других искусственных источников, или, например, в случае тумана роутер не сможет передавать данные. У Wi-Fi с этим проблем нет.

А чем оно лучше Wi-Fi

Самое главное - он намного быстрее соединения через обычные Wi-Fi-роутеры, а в теории скорость можно увеличить во много раз. Li-Fi тяжело взломать, поскольку сигнал не покидает комнаты. Роутеру не нужно тратить энергию на нагрев (как в случае с Wi-Fi), поэтому он будет работать экономично. Поскольку передача света остается бесплатной, компаниям не придется платить за лицензирование радиочастот.

Где можно использовать Li-Fi

Разработчики и журналисты придумали три сферы, где интернет начнут раздавать через лампочки в ближайшем будущем. Во-первых, в самолетах. Wi-Fi создает помехи для авиационных приборов и связи, а лишние кабели увеличивают вес самолета. Li-Fi выглядит идеальным решением: его сигнал не выйдет за пределы пассажирского салона, а оборудование почти ничего не весит. Во-вторых, Li-Fi можно будет использовать в банках и организациях, которым важна секретность. В этом случае недостаток Li-Fi-роутера (раздавать только в пределах комнаты) станет дополнительным рубежом безопасности: злоумышленники за пределами комнаты не смогут перехватить сигнал, а внутри нее будет проще контролировать утечки. В-третьих, промышленность, тяжелая обработка данных и производства, на которых нужно быстро передать большой объем данных.

Где им пользуются прямо сейчас

Пока система лишь тестируется, но в конце прошлого года эстонский стартап Velmenni провел Li-Fi-сеть, через которую передавали данные на скорости 1 Гбит/с (для сравнения: самый быстрый тариф Ростелекома в Москве - 100 Мбит/с). Полностью перейти на Li-Fi оказалось тяжело, поэтому в Velmenni использовали комбинированную сеть: Wi-Fi и Li-Fi.

Кто придумал эту технологию

Принцип действия Li-Fi впервые сформулировал 46-летний немецкий физик и профессор Эдинбургского университета Харальд Хаас (Harald Haas). С 2007 года он и его студенты экспериментировали с передачей данных через светодиодную лампочку из IKEA, а в 2011 году Хаас рассказал о своем видении будущего на конференции TED. Профессор основал компанию PureLiFi, которая проводит исследования и иногда выпускает светодиодные роутеры. Идея Хааса не стала принципиально новой - в 1880 году Александр Белл пытался передать звук с помощью светового сигнала на устройство под названием фотофон. Хаас просто вывел опыты Белла на новый уровень и решил передавать не звук, а информацию.

Зачем Li-Fi нужен в будущем

Wi-Fi не справится с интернетом вещей, считает Хаас. К 2020 году в мире будет 20,8 миллиарда носимых устройств и бытовой техники из «умного дома», почти три на каждого человека. Если они начнут передавать данные по Wi-Fi в одном частотном диапазоне, начнутся затрудняющие передачу помехи. Сегодня такое падение скорости можно наблюдать в оживленных местах со множеством работающих роутеров. А к 2025–2030 годам ситуация осложнится. Хаас видит мир, где интернет раздается от каждой лампочки (для этого их нужно модифицировать), видео можно загрузить от уличного фонаря, а машины общаются друг с другом светом фар.

Принадлежит ли Li-Fi одной организации

Нет, занимается исследованиями, продвигает идею среди производителей и выбивает финансирование. Но есть и другие компании: смогла в 2014 году передать через свет данные на скорости 1,25 Гбит/с, Sisoft - на скорости . Недавно Li-Fi заинтересовались в NASA и Apple (в коде iOS 9.1 поддержки световой передачи).

Когда Wi-Fi придет конец

Скорее всего, не скоро (по крайней мере в ближайшем будущем). Это признают даже разработчики световой передачи. Через три-четыре года, когда первые светодиодные роутеры появятся на потребительском рынке, будут использовать комбинацию из Li-Fi- и Wi-Fi-сетей. Но последние продолжат существовать, поскольку у Li-Fi остаются нерешенные проблемы (передача на улице).

Что такое Li-Fi

Li-Fi (Light Fidelity) достаточно молодая технология. Ее родоначальником считается немецкий физик Харальд Хаас, который в 2011 году в качестве роутера использовал светодиодную лампу. В лабораторных условиях он достиг скорости передачи в 224 Гб/с. Такая скорость позволяет, например, скачать за одну секунду 18 фильмов по 1,5 ГБ или до 50 000 фотографий! Идея стала возможной благодаря технологии VLC (Visible Light Communication), которая позволяет источнику света не только выполнять функцию освещения, но и передавать информацию. Транзит данных реализуется светодиодами типа LED, наносекундное мерцание которых незаметно для человека.

Преимущества технологии Li-Fi

Достоинством Light Fidelity является высокая скорость передачи данных. Если брать за основу 224 Гб/с, то Li-Fi превышает предельную скорость Wi-Fi-стандарта IEEE 802.11ax в 22,4 раза, а IEEE 802.11ac – в 30 раз.

Вторым плюсом технологии является ее относительно высокая защищенность от хакерского проникновения. Дело в том, что положенный в основу передачи свет не проходит через стены. Поэтому для взлома сети Li-Fi злоумышленник должен находиться в непосредственной близости к источнику сигнала, тем самым теряя свою анонимность.

Недостатки технологии Li-Fi

Вышеобозначенный плюс вытекает из главного недостатка технологии Light Fidelity, а именно короткого диапазона передачи информации. Не только хакер должен быть близко к источнику света, чтобы провести взлом. Сам пользователь может воспользоваться Li-Fi только в пределах помещения.

Сравнительный анализ технологий Li-Fi и Wi-Fi

Технологии Li-Fi и Wi-Fi основаны на схожих протоколах IEEE 802.11. Однако Li-Fi использует электромагнитные волны видимого света, в то время как Wi-Fi – радиоволны. Благодаря этому, первая технология получает преимущество с точки зрения более широкой полосы пропускания.

Стандарт IEEE 802.15.7 определяет для Li-Fi физический уровень сетевой модели OSI PHY (Physical layer), а также уровень управления доступом к среде МАС-адрес (Media Access Control). Рабочая версия IEEE 802.15.7 выделяет три PHY, различных по пропускным способностям, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристика физических уровней стандарта Li-Fi (IEEE 802.15.7)

По сравнению с Wi-Fi, Light Fidelity имеет значительно бо льшую скорость передачи данных. Однако технология способна распространять сигнал на существенно меньшие расстояния, чем радиоволны.

Таким образом, технология Li-Fi по сравнению с Wi-Fi:

1. Использует волны видимого света вместо радиоволн.

2. Имеет более широкую полосу пропускания.

3. Имеет бо льшую скорость передачи данных.

4. Более инфобезопасна.

5. Имеет меньшую зону покрытия.

6. Способствует оптимизации энергозатрат, объединяя систему освещения и хот-споты.

7. Li-Fi-устройства не создают друг другу помехи в сети.

Технология Li-Fi как революция в беспроводной передаче данных

Родоначальник световой технологии Хаас полагает, что преимущества Li-Fi сделают световую сеть востребованной в цифровом мире. По его словам, Wi-Fi не сможет соответствовать требованиям мобильной передачи данных, которые предъявляет концепция Интернета вещей . К 2020 году на каждого пользователя будет приходиться примерно три сетевых устройства. В реальных показателях – порядка 20,8 млрд. подключений. Если все устройства начнут использовать одни и те же частоты Wi-Fi, то в сети возникнут помехи, что негативно повлияет на скорости передачи данных. За вторую половину третьего десятилетия ситуация только обострится. Эффективным решением может стать, по мнению Хааса, технология Light Fidelity, благодаря которой распространять сигнал будет любая адаптированная для данной функции лампочка.

Сроки реализации технологии Li-Fi

На сегодняшний день речь о коммерческом запуске Li-Fi не идет. Однако чем выше частота применения светодиодных светильников, тем бо льшие возможности открываются для распространения световой передачи данных. Любой светодиод может одновременно освещать помещение и транслировать массивы бинарных данных. Согласно исследованиям Grand View Research, к 2024 году рынок световой технологии передачи данных вырастет до 100 млрд. долл.

Основной компанией, занимающейся исследованием, развитием и продвижением Li-Fi, считается PureLiF, основанная Харальдом Хаасом. Однако интерес к технологии проявляют другие коммерческие структуры. Например, испытания Li-Fi проводили Beamcaster , достигнув 1,25 Гбит/с, и компания Sisoft, которая передала данные со скоростью в 10 Гбит/с.

Осенью 2016 года появилась информация, что специализирующаяся на светодиодном освещении компания Lucibel, с которой сотрудничает PureLiF, готова реализовать проект по оснащению первого в мире офиса двухстронней передачей данных по технологии Li-Fi. Внедрять решение планируется в Париже.

Другая французская компания, Oledcomm, согласно полученному тендеру, должна оснастить свыше 60 станций парижского метрополитена 250 тыс. светодиодных источников света. В данном проекте технология Li-Fi будет использовать одностороннюю коммуникацию. Например, передавать информацию о расположении объектов.

Также в коде операционной системы iOS компании Apple найдена информация о тестировании передачи данных с помощью светового излучения Li-Fi.

Заменит ли Li-Fi стандарт Wi-Fi?

Скорее всего, полного вытеснения Wi-Fi технологией Light Fidelity не произойдет. Разработчики Li-Fi предполагают, что на массовый рынок продукт поступит не раньше, чем через 3-4 года. Светодиодные роутеры будут использоваться в комбинации с Wi-Fi. Это обусловлено наличием у световой технологии передачи данных нерешенных проблем.

В частности, Li-Fi сложно применять на улице, поэтому данный участок может обслуживаться Wi-Fi. Если же видение Харальда Хааса и воплотится в жизнь и раздавать сигнал сможет любая лампочка, то ожидать этого в ближайшем будущем не стоит. Наиболее вероятный сценарий – это комплексное использование Li-Fi и Wi-Fi.

С техническими особенностями функционирования сетей мобильной связи в лицензированном и нелицензированном частотных диапазонах (технологии HetNet, LWA, LAA, eLAA, Multefire и другие) можно ознакомиться в книге "

Image caption Технология беспроводной оптической передачи данных позволит подключаться к интернету с огромной скоростью

Британские ученые утверждают, что достигли скорости передачи данных в 10 Гбит в секунду с помощью новой технологии "li-fi" - беспроводной связи посредством света.

Исследователи использовали микросветодиодную лампу, передавая по 3,5 Гбита информации в секунду через каждый из трех "основных" цветов - красный, зеленый и синий, - которые вместе составляют обычный "белый" свет.

Это означает, что, сложив каналы, можно передавать данные с общей скоростью в 10 Гбит в секунду.

"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.

Высокая скорость

Проект изучения передачи данных с помощью так называемого ультрапараллельного видимого света был инициирован университетами Эдинбурга, Оксфорда и Кэмбриджа и финансируется британским Советом по исследованиям в области инженерных и физических наук.

Крошечные микросветодиоды, разработанные в Университете Стратклайд в Глазго, испускают параллельные потоки света, умножая таким образом количество данных, которое может быть передано за единицу времени.

"Представьте себе головку душа, которая направляет воду строго параллельными струями, - а мы таким же образом заставили вести себя свет", - объясняет профессор Харальд Хаас, специалист по оптической беспроводной передаче данных университета Эдинбурга и один из инициаторов проекта.

Метод цифровой модуляции, называемый ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), позволил ученым использовать микросветодиоды для передачи миллионов пучков света разной интенсивности в секунду. Говоря проще, лампы включаются и выключаются - но с бешеной скоростью.

Из этих включений-выключений складываются огромные массивы бинарных данных, цепочки единиц и нулей, передаваемые с высокой скоростью.

Ранее в этом году немецкие ученые из Фраунгоферовского института Генриха Герца заявляли, что в лабораторных условиях способны достичь скорости передачи данных с помощью светодиодов в 1 Гбит в секунду.

В октябре китайские исследователи сообщили, что построили светодиод на микрочипе со скоростью в 150 Мбит в секунду, обеспечивающий подключение к интернету сразу четырем компьютерам.

"Световое качество"

Профессор Харальд Хаас занимается разработкой "li-fi" уже десять лет. Научным языком эта технология называется "передачей данных видимым светом", или сокращенно VLC ("visual light communication").

В 2011 году Хаас продемонстрировал, что светодиодная лампа, оснащенная технологией обработки сигнала, может передавать на компьютер видеоизображение высокой четкости ("high-definition").

Он же и придумал более звучное название для технологии VLC - "light fidelity" или просто "li-fi".

"Li-fi" обещает стать более дешевым и энергоэффективным методом передачи данных, чем существующие беспроводные радиосистемы, учитывая доступность и повсеместное распространение светодиодов.

Видимый свет - часть электромагнитного спектра, в 10 тысяч раз более широкая, чем спектр радиоизлучения. Потенциально свет может обеспечить практически неограниченную широту канала передачи данных.

По мнению профессора Хааса, еще одно преимущество новой технологии заключается в том, что при равномерном распределении светодиодных передатчиков можно достичь гораздо более точного и стабильного подключения к интернету внутри зданий.

Недостатком традиционных wi-fi-роутеров всегда было то, что сигнал слабеет по мере удаления от передатчика, и в домах и офисах появляются зоны, где связь слабая настолько, что подсоединение к интернету становится нестабильным или вовсе прерывается.

Кроме того, видимый свет не проходит сквозь стены, поэтому технология VLC потенциально более надежна, чем традиционный wi-fi, с точки зрения сохранения конфиденциальности передачи данных, подчеркивает профессор Хаас.