Мы привыкли к тому, что технологическое использование света всё больше и больше находит применение в нашей цивилизации: оптические развязки электронных схем, оптические линии связи (в том числе между спутниками), даже прогнозирующийся переход на оптические схемы и оптические процессоры (в относительно недалёком будущем)…

Но есть и ещё одна область использования света, которая будет, наверное, не так широко знакома широкой публике, но тем не менее любопытна сама по себе — назовём её условно «оптические линии ближнего радиуса».

Это условное название в полной мере отображает способ применения: такая связь не предназначена для передачи информации на большие расстояния, но, тем не менее, может быть весьма полезна! 

Сценариев использования такой связи может быть множество, где на первое место поставим (ввиду очевидной полезности) оптическую связь внутри помещений.

«И только свет в окошке...»

Не секрет, что большинство из нас проводят большое количество времени в разнообразных помещениях, например на работе, в офисе. 

Для покрытия офисов внутри беспроводной связью обычно используют специальные Wi-Fi-роутеры с поддержкой так называемой «бесшовной» связи, которые позволяют переходить абоненту между точками доступа без разрыва соединения. 

Однако некоторое время назад появилась и стала развиваться идея о возможности передачи данных внутри помещений с помощью мерцания освещения — особенную актуальность эта идея приобрела именно сейчас, с массовым распространением светодиодных источников света, которые могут мерцать с довольно большими частотами. 

Впервые подобная технология была представлена в 2011 году профессором Эдинбургского университета Харальдом Хаасом, который рассказал о ней на конференции TED, в ходе которой он продемонстрировал передачу данных с помощью мерцающего светодиодного источника, передававшего данные на обычную солнечную панель (для выработки электричества), подключённую к ноутбуку, на котором эти данные и отображались:

Как видно, основными частями системы являются излучатель света, через который передаются модулированные данные, а также фотоприёмник, производящий демодуляцию данных.

В лабораторных условиях эта система смогла достичь скорости передачи данных в 50 Мбит/с (уже сразу, без серьёзных улучшений, фактически на старте работ над технологией).

В видео выше было продемонстрировано, что даже такая простая система позволяет легко передавать видеопоток!

Очевидной проблемой для этой технологии является перекрытие источника света, что также было продемонстрировано (закрыв приёмник листом бумаги), в результате чего видео застыло. 

При этом (и это отдельно оговаривается как позитивная сторона технологии) из-за того, что источник света мерцает очень быстро, такая частота совершенно не различается человеческим зрением и поэтому не доставляет каких-либо неудобств. 

Основной идеей профессора, из-за чего он и разрабатывал эту технологию, являлась концепция максимального использования уже существующей инфраструктуры (например, системы освещения в помещениях), вместо того, чтобы строить какие-то производные элементы (Wi-Fi сети и т.д.). 

Простота технологии может позволить каждому реализовать свой вариант, что и было продемонстрировано многократно массой энтузиастов и групп исследователей, начиная с момента рассказа о технологии широкой публике в 2011 году; например, описание одной из последних реализаций (2024 года) на базе Arduino Nano можно найти здесь.

К слову, простота технологии подразумевает в том числе и простоту аппаратной базы — в видео выше вы могли видеть, что для приёма данных можно использовать обычную солнечную батарею! 

И этот же принцип, даже без какого-либо сложного цифрового кодирования, может быть использован и для прямой передачи аналоговых данных — инициации мерцания лазерного луча указки, подключённой через резистор (чтобы не сжечь лазер) прямо к звуковому порту 3,5 мм смартфона или ноутбука. Солнечная батарея при этом подключается ко входному порту усилителя*, и вуаля: передача звука или голоса на расстояние, прямо в аналоговом виде.

*В видео выше было показано прямое подключение солнечной батареи к усилителю, так как она имела весьма скромный размер. Полагаю, что в зависимости от размера батареи (да и вообще, на всякий случай) имеет смысл эту батарею подавать на вход усилителя также через резистор, чтобы не сжечь уже и сам усилитель.

В настоящий момент технология подобной световой передачи данных (Li-Fi) в варианте внутри помещений активно развивается: был разработан ряд стандартов, а среди компаний, продвигающих эту идею в массы, одними из наиболее известных являются pureLIFI и signify. 

Продуктом первой компании является система из стандартной точки доступа, устанавливаемой в источник света (например, светильник на потолке), и клиентского модуля в виде USB dongle-а, вставляемого, соответственно, в USB-порт компьютера клиента. 

Дальность связи в рамках этой системы составляет около 6 м внутри одного конуса света (т.е. конуса от светильника на потолке) со скоростью передачи данных в 43 Мбит/с. 

При перемещении клиента между точками доступа (читай, «между конусами света») происходит бесшовная передача клиента между ними. Наглядно это показано здесь. 

Одна точка доступа поддерживает подключение до 8 клиентов и подробное описание этой системы можно найти здесь или здесь.

Как заявляется на сайте компании, подобная система обеспечивает связь со степенью безопасности военного уровня, так как свет не может проникать сквозь стены, что исключает возможность реализации атаки «человек посередине». 

Продукт второй компании (signify), представляет собой примерно аналогичную систему, где представлены два основных продукта:

• клиентский терминал (также примерно похожий на USB dongle) и точка доступа: с их использованием обеспечивается покрытие больших площадей, а точка доступа может быть как установлена в качестве самостоятельного устройства, так и интегрирована в имеющуюся систему освещения. При этом обеспечивается довольно высокая скорость передачи данных: до 220 Мбит/с при нисходящем трафике и до 160 Мбит/с при восходящем;

• второй продукт представляет собой «беспроводной кабель» — 2 устройства, связанных между собой по оптическому каналу (насколько можно понять, для связи отдельных зон, помещений) со скоростью передачи данных (в обоих направлениях) до 845 Мбит/с.

Таким образом, можно видеть, что технология вышла за пределы простой демонстрационной концепции и начинает движение в направлении распространения...

Кстати говоря, наверное, было бы забавно реализовать подобное самостоятельно: два микроконтроллера (например, ESP32), связанных проводами. Один — с интернет-роутером и светодиодным светильником, а второй — в виде USB-dongle с оптическим приёмником (даже на базе той же самой солнечной батареи), подключённый к компьютеру клиента.

«Освети мне путь, освети...»

Можно было бы ожидать, что эта технология так и останется как средство замены для Wi-Fi, однако нет: одним из самых неожиданных применений является использование этой технологии в качестве канала связи между автомобилями, в том числе движущимися в колонне!

Очевидно, что такое применение вполне тянет на военное — как способ осуществления связи между транспортными средствами, например в условиях радиоэлектронной борьбы, когда радиочастоты недоступны, или при необходимости сохранения радиомолчания (чтобы не быть обнаруженными противником).

Практическую реализацию этого канала связи (в одном из вариантов, о котором будет ниже) предлагается осуществлять с помощью мерцания светодиодных фонарей заднего света и/или габаритных огней. 

Подобный способ организации связи достаточно подробно рассмотрен вот здесь, где исследователи как раз использовали задние огни машин (в качестве передатчиков), а в качестве приёмника использовалась обычная видеокамера (насколько можно понять, подобная тем, которые применяются в видеорегистраторах). 

В исследовании, на которое приведена ссылка выше, передача данных производилась с помощью фазовой модуляции. То есть, говоря проще, изменялась длительность периодов простоев между вспышками, а сама несущая частота превышала 50 Гц, поэтому была незаметна глазу. Это сделано специально для комфорта человека, так как заднему водителю предстоит подолгу смотреть на задние огни переднего авто.

Так как камера видеорегистратора строит изображение построчно, начиная с верхней строки, то на картинке с камеры начинают наблюдаться артефакты (учитывая, что и источник света тоже быстро мерцает): появление тёмных и светлых полос. 

Соответственно, так как меняются временные промежутки мерцаний, то при передаче 0 или 1 и при анализе полученных кадров можно будет увидеть, что полосы в этих случаях находятся в разном положении на кадре. Таким образом и осуществляется чтение данных…

Проблема этого способа заключается только в том, что из-за необходимости сравнения как минимум двух кадров скорость передачи данных при тестах составляла всего лишь не более 60 бит/с. 

Очевидно, что этого с трудом может хватить только для передачи какого-нибудь пароля «свой/чужой» либо текстовых сообщений. На что-то большее эта система (в такой реализации) будет уже не способна.

На первый взгляд, возникает ощущение, что они здесь «перемудрили», потому что, как мы могли видеть выше, на примере того же способа передачи данных, с помощью лазера или обычного света, можно было всё это реализовать гораздо проще и эффективней, с большей пропускной способностью!

Тем не менее, судя по результатам их тестов, система вполне устойчиво работала даже в условиях дождя, а процент ошибок не превышал примерно 1,6% в обычных условиях и до 6% во время дождя. Так что вполне имеет право на жизнь, но…

Когда начинаешь вникать в эту концепцию, становится понятно, почему они так сделали: их задачей являлось не обеспечение высокой пропускной способности, а создание системы для «доверенности» между всеми машинами в колонне — когда все машины находятся физически в визуальном контакте и обмениваются данными, гарантирующими, что все машины — «доверенные».

В отличие от радиосигнала, который может быть перехвачен, здесь это невозможно, так как для этого надо находиться на месте впереди едущей машины, чтобы камера увидела её сигнал... 

Но это всего лишь одна из реализаций со своими конкретными целями. Никто не мешает реализовать и другой оптический тракт, только с высокой пропускной способностью для полноценного голосового общения и обмена данными... 

После ознакомления со всем этим становится понятно, что для этой технологии есть и ещё одна очевидная ниша — носимые гарнитуры со световым обменом голосовыми данными людей, находящихся в прямой видимости, как способ защищённой связи в условиях полного радиомолчания.

При этом может быть построена сеть как непосредственного обмена данными между участниками, так и с установкой ретранслятора, например на возвышении над всей группой, с которым и обмениваются члены группы.

Для максимальной незаметности оптический канал может передавать данные на невидимых глазу диапазонах длин волн, например, в инфракрасном диапазоне. 

Очевидно, что субъекты такого применения тоже будут специфическими... 

Таким образом, подытоживая, мы видим, что технология световой передачи данных довольно многогранна и начинает выходить в те сферы, которые раньше были не задействованы и где, похоже, для неё есть ещё много неосвоенного…

© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»