Использовать свет в качестве канала связи - идея неновая. В 1880 году Александр Белл создал фотофон - устройство, позволяющее передавать звук с помощью света. А в период Второй мировой войны морские суда в конвое, в случае введения режима радиомолчания из-за атак подлодок, передавали друг другу закодированные азбукой Морзе сообщения с помощью штатного прожектора или любого другого источника света. Противник из-под воды не мог перехватить такое сообщение, и этот способ считался довольно безопасным. В наши дни главным примером применения света для передачи информации является оптоволокно. Но что будет, если использовать свет не в кабельных технологиях, а в беспроводных? На этот вопрос попытались ответить создатели Li-Fi - технологии беспроводной связи в видимом спектре излучения.

Li-Fi

Li-Fi — достаточно молодая технология. Первое публичное упоминание произошло в 2011 году на конференции TED, где немецкий инженер и профессор Харальд Хаас продемонстрировал беспроводную передачу данных с помощью светодиодной лампочки. Название Li-Fi расшифровывается как Light Fidelity, на манер Wireless Fidelity, более известной как Wi-Fi.

На данный момент несколько компаний занимаются разработками в данной сфере. Вот успехи некоторых из них:

• PureLifi - своеобразный лидер в индустрии. Именно здесь работает уже упомянутый Харальд Хаас. В 2014 году представила своё первое устройство, сейчас компания работает над телефоном с технологией Li-Fi.

• OledComm - французская компания. Сейчас можно приобрести их комплект за 1000$. Помимо этого, компания выиграла тендер на размещение в парижском метрополитене порядка 250 тысяч светодиодов с технологией Li-Fi.

• Velmenni - в 2015 году эта эстонская компания построила первую сеть Li-Fi в нескольких офисах Таллина. Velmenni смогла достичь скорости в 1 Гб/с.

Суть технологии

Принцип работы Li-Fi основывается на светодиодах (LED). В момент прохождения постоянного тока через светодиод происходит излучение света. Интенсивность излучение зависит от напряжения тока. Поскольку светодиод - это полупроводниковое устройство, напряжение можно модулировать (изменять) с высокой частотой, что напрямую будет влиять на интенсивность светового потока. Говоря простыми словами, с помощью светодиода можно создать мерцание (изменение свечения светодиода) с очень большой частотой, не заметное человеческому глазу. Это мерцание можно улавливать специальным фотодетектором и преобразовывать в цифровой сигнал. 

Технические особенности

По заявлениям разработчиков, в лабораторных условиях им удалось достигнуть скорости в 224 ГБ/с. В практических условиях речь идет о скоростях порядка 1ГБ/с. Использование света в качестве канала связи позволяет достичь больших скоростей, но накладывает определенные ограничения на возможности применения. Во-первых, в отличие от Wi-Fi, один “маршрутизатор” Li-Fi - в данном случае светодиод - может обеспечить соединение только одному устройству. Во-вторых, свет довольно капризное явление по сравнению с радиоволнами: он не может преодолевать физические объекты, а при отражении от поверхностей сигнал начинает портиться. Кроме того, более яркий источник света (например, от Солнца) также может повлиять на качество сигнала.

Технология Li-Fi использует протоколы, разработанные рабочей группой IEEE 802, а именно стандарт IEEE 802.15.7, определяющий физические уровни с различными пропускными способностями и уровень доступа к среде передачи, который позволяет осуществлять взаимосвязь с протоколами стека TCP/IP.

Плюсы и минусы

Очевидно, что самым главным недостатком Li-Fi на сегодняшний день является то, что технологии, ориентированной на широкого потребителя, до сих пор не существует. Не существует в том плане, что все наработки используются по большей части в лабораториях с идеальными условиями, далекими от условий окружающей среды, и в очень нишевых проектах. Как всегда, реальность намного прозаичнее. На заре появления технологии прогнозировалось, что темп роста рынка Li-Fi с 2013 по 2018 составит 82%, а к 2018 он будет составлять более 6$ млрд в год. Однако к 2021 году такой рынок не развился, и Li-Fi так и осталась нишевой технологией. 

Не будем хоронить технологию раньше времени и выделим плюсы и минусы, исходя из того, что мы знаем о Li-Fi на данный момент:

Плюсы:

• В теории скорость ощутимо выше, чем у Wi-Fi (>1 Гбит/с в полевых условиях).

• Можно использовать в местах, чувствительных к электромагнитным помехам (кабины самолетов, больницы, атомные электростанции).

• Безопасность - световые волны не могут проникать через стены, данные передаются в пределах одной комнаты.

• Не требуется прямой видимости источника; получить информацию можно и с помощью отраженных от препятствий волн (но скорость в этом случае упадет до 70 Мбит/c).

• В густонаселенных местах хотспоты не будут интерферировать друг с другом, как в Wi-Fi.

• Широкий диапазон видимого излучения (в 10000 раз шире радио).

• Выгода в энергопотреблении (в радиомодемах кпд не превышает 5%, большая часть энергии уходит в тепло).

Минусы:

• Яркие источники света (например, солнечный свет) могут создавать помехи и даже прерывать сигнал.

• Небольшое покрытие и дальность работы, необходимость прямой видимости для больших скоростей.

• В квартирах достаточно одного Wi-Fi роутера, в случае с Li-Fi для эффективной работы необходимо много светодиодов (теоретически можно объединить все лампы в помещении в mesh-сеть, через которую можно передавать сигнал из одной комнаты в другую через общий коридор). 

• Теоретически, компоненты для Li-Fi дешевле по себестоимости, но для работы нужна принципиально новая инфраструктура, чего не нужно для Wi-Fi 802.11ad.

Стоит учитывать, что это по большей части спекуляции. Технология до сих пор шлифуется в лабораториях. Трудно сказать, как покажет себя Li-Fi на самом деле, когда выйдет на массовый рынок (если выйдет). Однако даже гипотетические преимущества стоят того, чтобы попробовать сделать что-то практически применимое. 

Область применения

В определении областей применения стоит отталкиваться от основной особенности Li-Fi: света как канала связи. По самым разным причинам, от техники безопасности до работоспособности различных систем, электромагнитное излучение в некоторых случаях не может использоваться. Например, в больницах, где находится чувствительное к такому излучению оборудование. Или в местах, где электромагнитное излучение подвержено сильным помехам. В подобных местах, где Wi-Fi или обычная мобильная сеть исключены, применение может найти Li-Fi.

IoT - еще одна сфера, в которой Li-Fi может найти практическое применение в ближайшем будущее. Новая технология поможет снять нагрузку с плотного спектра Wi-Fi, обеспечивая бесперебойную беспроводную передачу данных для “домашнего” и промышленного IoT. Также Li-Fi можно будет использовать для создания локальных сетей в пределах одного помещения.

Резюме

В середине десятых многие утверждали, что Li-Fi если не вытеснит, то будет конкурировать с Wi-Fi в ближайшие несколько лет. Однако этого не произошло. Когда технология Li-Fi будет коммерциализирована - никто не знает. Одних результатов в локальных экспериментах недостаточно, необходимы изменения инфраструктуры, доработанное оборудование и немалые инвестиции. Однако рано списывать “ламповый интернет” со счетов. История знает немало примеров, когда путь новых технологий от идеи до рынка занимал десятилетия. Возможно, в недалеком будущем Li-Fi будет совместно использоваться с Wi-Fi и 5G в специфичных кейсах.