Преспективы развития LI-FI



Преспективы развития LI-FI

Абиева Мадина Серахметовна, преподаватель

Казахская академия транспорта и коммуникаций имени М. Тынышпаева

Бозымбаев Болатжан Даулетович, кандидат технических наук;

Алтыбаева Мадина Муратовна, студент;

Бейсек Лаура Бейсеккызы, студент

Университет «Туран» (Казахстан)

Важнейшим процессом в телекоммуникационных системах является процесс передачи данных, то есть процесс физического переноса цифровых данных в виде сигналов от устройства к устройству. Одним из первых каналов передачи данных был медный провод, затем была создана волоконно-оптическая система, а позже появились и беспроводные каналы. Технология Li-Fi (Light Fidelity) — это новейшая оптическая технология беспроводной передачи информации [1].

Профессор Эдинбургского университета 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.

Принцип работы Li-Fi-систем заключается в кодировании данных и модуляции светового сигнала, который потом передается светодиодными (LED) осветительными приборами. Модулируемый свет мерцает так быстро, что человеческий глаз этого не замечает. А вот специальный датчик, встроенный в мобильное устройство или подключенный к компьютеру, легко улавливает этот сигнал. Прибор может расшифровывать информационный сигнал и, при необходимости, отсылать данные в обратном направлении [1].

Максимальная скорость переключения светодиодов ограничивается способом их производства, который определяет их устойчивость к перегоранию, эта же устойчивость не позволяет использовать люминесцентные лампы и лампы накаливания для передачи данных по технологии VLC. Методом оптического мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (O-OFDM — Optical orthogonal frequency-division multiplexing) с квадратурной фазовой манипуляцией (QPSK — Quadrature Phase Shift Keying), на световой поток излучаемый белыми светодиодами происходит наложение данных при помощи модуляций. На практике метод O-OFDM реализуется при помощи алгоритма быстрого вычисления преобразования Фурье (FFT — Fast Fourier transform), то есть дискретного преобразования Фурье [2].

По данной технологии в Шанхае 17 октября 2015 года (Синьхуа) китайские ученые успешно провели эксперимент указывая на возможность пользователей Интернета WiFi в стране, получить онлайн сигналы через посылаемые лампочки (LiFi).

Четыре компьютеры под одним ватт светодиодной лампочки могут подключиться к Интернету в соответствии с принципом, что свет может быть использован в качестве носителя вместо традиционных радиочастот, как и в WiFi, сказал Ши Нань, профессор информационных технологий с шанхайского университета Фудань.

Лампочка со встроенными микрочипами могут производить скорость передачи данных, так быстро, как 150 мегабит в секунду, что быстрее, чем в среднем широкополосным доступом в Китае, сказал Ши, возглавляющий исследовательскую группу LiFi в том числе ученых из Шанхайского института технической физики Китайской академии наук.

В настоящее время беспроводное оборудование передачи сигнала является дорогостоящим и низкой эффективности, сказал Ши. «Что касается мобильных телефонов, миллионы базовых станций были установлены по всему миру в целях укрепления сигнал, но большая часть энергии расходуется на их систем охлаждения», объяснила она. «Коэффициент использования энергии лишь 5 процентов».

По сравнению с базовыми станциями, число лампочек, которые могут быть использованы практически безграничны. Между тем, китайский народ замены старомодных лампочек накаливания на светодиодные лампочки в быстром темпе. «Везде, где есть светодиодная лампочка, есть сигнал в Интернет» сказал Чи. «Выключите свет, и нет никакого сигнала».

Тем не менее, есть еще долгий путь, чтобы сделать LiFi коммерческий успех».Если свет блокируется, то сигнал будет отрезана», сказал Чи.

Что еще более важно, по мнению ученого, развитие ряда ключевых частей связанных технологии, в том числе управления свет связи, а также дизайн и изготовление микрочипов, все еще находится в экспериментальной период.

В Эстонии впервые в рабочих условиях испытан новый метод беспроводной передачи данных, который использует не радиоволны, а световую часть спектра.

Для передачи сигнала требуется источник света, например, обычная светодиодная лампа, интернет-соединение и фотосенсор.

В ноябре 2015 года Velmenni протестировал технологию в некоторых офисах и промышленных пространствах в Таллине.

В ходе испытания достигнута скорость передачи данных в 1 Гб/сек. Лабораторные испытания показали, что теоретически возможна скорость до 224 Гб/сек.

Технология Li-fi предлагает скорость передачи до 1 Гб/сек, что в 100 раз превышает возможности современных сетей Wi-fi.

По словам гендиректора Velmenni Дипака Соланки (Deepak Solanki), его компания проводит несколько пилотных проектов в разных сферах, где применима VLC (visible light communication) — видимая световая коммуникация.

Таблица 1

Преимущества Wi-Fi	Преимущества Li-Fi
1) Возможность разворачивания сети без использования кабеля, что уменьшает стоимость организации и/или дальнейшего расширения сети. Это особенно важно в местах, где отсутствует возможность прокладки кабель. 2) Предоставление доступа к сети мобильным устройствам. 3) Широкое распространение на рынке Wi-Fi-устройств, а также их гарантированная совместимость благодаря обязательной сертификации оборудования Wi-Fi Alliance. 4) Мобильность клиентов и возможность пользования Интернетом в любой обстановке. 5) Возможность подключения к сети в зоне действия Wi-Fi нескольких пользователей с различных устройств — телефонов, компьютеров, ноутбуков и т. п. 6) Низкий уровень излучения Wi-Fi-устройствами в момент передачи данных (в 10 раз меньше, чем у мобильного телефона).	1) Высокая скорость передачи данных 2) Использование света, а не радиочастотных сигналов. 3) Безопасное использование в самолетах. 4) Под водой в море Li-Fi может обеспечить передачу данных на некоторое расстояние. 5) Информационная безопасность — еще одно главное преимущество, т. к. свет не приникает сквозь стены. 6) Реализуя технологию во всем мире каждый уличный фонарь будет являться бесплатной точкой доступа в Интернет. 7) Li-Fi решит вопрос с нехваткой пропускной способности радиочастот.
Недостатки Wi-Fi	Недостатки Li-Fi
1) Создаются определенные помехи. 2) В разных странах частотные диапазоны и эксплуатационные ограничения отличаются. 3) Небольшой радиус действия — порядка 45 метров в помещении и в пределах метра снаружи от него. 4) Легко взламываемый алгоритм шифрования WEP. 5) Производительность сети снижается при плохой погоде	1) Передача данных может осуществляться только в пределах прямой видимости

Исследуя все преимущества Li-Fi перед Wi-Fi, видно, что использование света в качестве несущей имеет преимущества перед радиоволнами. Во-первых, выгода в энергопотреблении: в радиомодемах кпд не превышает 5 %, большая часть энергии уходит в тепло. Во-вторых, теоретически светом можно передавать информацию на гораздо большей скорости, чем по радио, просто за счет меньшей длины волны. В третьих, лампочки можно использовать в больницах, да и в густонаселенном городе хотспоты не будут интерферировать друг с другом, как Wi-Fi.

Литература:

1. Анализ технологии LI-FI Храпов С. Д., Старичихин М. Г., Бурдуковский Н. П. магистры по направлению «Прикладная информатика», Технологический университет, Россия, г. Королев
2. Петрусь Иван Павлович ФГБОУ ВПО «Уральский Государственный Университет Путей Сообщения» Россия, Екатеринбург1 Аспирант E-Mail: petrus_ivan@mail.ru
3. Гузенкова Елена Алексеевна ФГБОУ ВПО «Уральский Государственный Университет Путей Сообщения» Россия, Екатеринбург Аспирант E-Mail: eguzenkova@usurt.ru
4. Алексеев Д. А. Li-Fi — прорыв в науке или бесполезная игрушка? Преимущества и недостатки Li-Fi перед Wi-Fi [Текст] / Д. А. Алексеев, В. В. Ермолаева // Молодой ученый. — 2015. — № 11. — С. 161–164.
5. Артюшенко, В. М. Беспроводные системы связи [Текст] / В. М. Артюшенко,Т. С. Аббасова: учебное пособие / под ред. д-ра тех. Наук, проф. В. М. Артюшенко, ФГОУВПО «РГУТиС». — М., 2008. — 170 с.