Начиная с 2011 года, Харальд Хаас, специалист по оптической беспроводной передаче данных, профессор Эдинбургского университета (Эдинбург, Великобритания), всерьез занимался продвижением принципиально новой технологии беспроводной передачи данных посредством мигающего светодиодного света. Тогда большинство университетских профессоров решили, что идея, конечно, интересная, но вряд ли реализуема. И вот, четыре года спустя, Хаас все же создал первый роутер, работающий согласно его концепции.

Технология получила название Li-Fi (light" - "свет","fidelity" - "точность"). Новый роутер показал настолько поразительные характеристики, что превзошел по скорости Wi-Fi в 100 раз, достигнув в лабораторных условиях рекордной скорости передачи данных в 224 Гб/с. Испытания в лаборатории проводила эстонская компания Velmenni. Хаас даже снабдил свой первый роутер , чтобы сделать доступ в сеть автономным, и на данный момент роутер поддерживает устойчиво скорость в 10Гбит/с посредством чуть заметного мерцания светодиодов.

Для того, чтобы начать поставлять на европейский рынок первые серийные системы уже с декабря 2016 года, изобретатель Li-Fi, Харальд Хаас, объединил свою компанию pureLiFi с компанией Lucibel, чтобы совместно развивать и более эффективно продвигать новшество ближе к рядовому потребителю, дабы в конце концов сделать Li-Fi основным способом доступа пользователей в сеть.

Суть технологии заключается в следующем. Три цветовых канала миниатюрной светодиодной лампы, красный, зеленый и синий, передают параллельно по 3,5 гигабита данных в секунду, в итоге удается получить 10 гигибит в секунду. Включение и выключение света происходит при этом с бешеной скоростью, порождая огромные массивы бинарных данных.

Это так называемая цифровая модуляция с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), позволяющая передавать миллионы пучков света разной интенсивности в секунду.

Профессор Хаас иллюстрирует это примером с лейкой душа, которая выпускает строго параллельные струи воды, вот и свет в системе Li-Fi ведет себя аналогичным образом.

Между тем, китайские и немецкие исследователи тоже проявили интерес к изучению данной технологии. Еще в 2011 году немцам удалось получить передачу данных с рекордной скоростью в 800 Мбит/с на расстояние 1,8 метров, а китайцы, используя лишь 1 ваттный светодиод, подключили четыре компьютера к интернету на скорости 150 Мбит/с.

Профессор Хаас подчеркивает, что технология на основе световых волн более надежна в плане защищенности, чем Wi-Fi. Известно, что сеть Wi-Fi можно взломать извне, и перехватить файлы, ведь радиоволны проходят сквозь стены за пределы помещения.

В то же время, траффик Li-Fi теоретически можно будет перехватить только находясь в том же помещении, где расположены передатчик с приемником, ведь свет не проникает сквозь стены. Таким образом, злоумышленникам ставится надежный заслон, они не смогут ничего взломать или перехватить ни с улицы, ни даже из соседней комнаты. Но прежде всего, преимущество Li-Fi в высокой скорости и низком энергопотреблении (КПД же обычных роутеров в лучшем случае достигает 5%).

Перспективы у технологии однозначно есть. Волны видимого света имеют очень широкий диапазон частот, он на четыре порядка шире, чем у радиоволн. Нет риска, что сети окажутся перегруженными, как с Wi-Fi, не потеряется ни скорость, ни производительность сетей.

Светодиоды всюду распространены — инфраструктура практически уже создана, и к тому же, светодиоды смогут выполнять двойную функцию — передатчик данных и источник света одновременно. Однако остается вопрос, насколько корректно система сможет работать в освещенном помещении или в условиях яркого солнечного света?

Разработчики, тем не менее, возлагают большие надежды именно на VLC ("visual light communication") - на передачу данных видимым светом, именно так называется технология Li-Fi на научном языке.

Высокая скорость Li-Fi уже позволяет успешно передавать видео в HD-качестве, при этом сохраняя высокую энергоэффективность системы. Еще одно преимущество перед Wi-Fi — точность и стабильность соединений с интернетом внутри зданий. Благодаря равномерному распределению светодиодных передатчиков, по сути решается проблема зон слабого и прерывистого приема.

Андрей Повный

Изображение: Ким Паулин

В условиях плотных городских застроек диапазон, в котором передаются сигналы Wi-Fi, все чаще переполнен помехами в основном от других аналогичных устройств. Более того, физика электромагнитных волн устанавливает верхний предел пропускной способности традиционных Wi-Fi. Короче говоря, на заданной частоте можно передавать лишь определенное количество данных. Чем ниже частота волны, тем меньше данных она может передать.

Ближайшая лампочка передает сигнал в 10 раз быстрее, чем Wi-Fi

Но что, если бы вы могли передавать информацию, используя волны гораздо более высокой частоты, не прибегая к регулятору телекоммуникационного лицензирования в своей стране? Свет, как и радио, представляет собой электромагнитную волну, но она имеет примерно в 100 000 раз большую частоту, чем Wi-Fi сигнал. И никому не нужна лицензия на лампочку. Вам лишь необходимо, чтобы она очень быстро и точно мерцала для передачи сигнала.

Конечно, никому не понравится идея сидеть под мерцающей лампой. Но Li-Fi стандарт, предложенный всего два года назад, стремительно преобразился с технологической точки зрения.

Во-первых, данные передаются на светодиодные лампочки – это может быть та лампа, которая освещает помещение, в котором вы сейчас находитесь. Она очень быстро мигает со скоростью до миллиардов раз в секунду. Это мерцание настолько быстро, что человеческий глаз не может его воспринять. (Для сравнения, средняя энергосберегающая компактная люминесцентная лампа мерцает от 10 000 до 40 000 раз в секунду). Приемник на компьютере или мобильном устройстве, на который попадает видимый свет, декодирует это мерцание в данные. Светодиодные лампы достаточно быстро передают сигналы. Они делают это в 10 раз быстрее, чем самая высокоскоростная Wi-Fi сеть.

Ограничения интернета через «Лай Фай» (Li-Fi)

Li-Fi имеет один большой недостаток по сравнению с Wi-Fi: вы, вернее ваше устройство, должно быть в пределах видимости лампочки. При этом нет потребности в специальных лампах, в принципе, к Интернету может быть подключена обычная лапма у вас на работе или дома. Но это будет означать, что, в отличие от Wi-Fi, вы не можете пойти в соседнюю комнату, если в ней нет лампочки с установленным подключением.

Тем не менее, новое поколение ультра-быстрых Wi-Fi-устройств, которые мы, вероятно, начнем использовать в скором времени, столкнутся с явными ограничениями. Они используют более широкий диапазон радиочастот, который не настолько переполнен другими сигналами (по крайней мере, на данный момент) и имеют более высокую пропускную способность. Но, как и видимый свет, они не могут проникать сквозь стены.

С Li-Fi технологией экспериментировали инженеры компании Oledcomm. Команда университета Фудань представила экспериментальную Li-Fi сеть, в которой четыре компьютера были подключены к одной и той же лампочке. Другие исследователи работают над передачей данных через светодиоды различных цветов. Например, представьте себе передачу различных сигналов через каждый из красных, зеленых и синих светодиодов внутри разноцветных светодиодных лампочек.

Из-за своих ограничений Li-Fi не заменит все другие беспроводные сети. Но эта технология может дополнить их в густонаселенных районах и заменить в тех местах, где радиосигналы должны быть сведены к минимуму, например, в больницах. Или там, где они не работают, к примеру, под водой.

Li-Fi представляет новую технологию передачи данных, которая должна обеспечить в сто раз большую скорость передачи данных, чем Wi-Fi. Технология Li-Fiдолжна кардинально изменить бизнес в будущем, создав основу для многомиллиардной индустрии уже к 2022 году. На текущий момент ведутся работы по достижению скорости по Li-Fi технологии в 1 Гбит/с и выше. Это позволит значительно превзойти показатели существующего сверхбыстрого широкополосного доступа.

На данный момент Li-Fi только развивается, однако уже многие компании намерены инвестировать в нее. В ближайшем будущем она может найти широкое применение, максимально заменив Wi-Fi. Планируется, что через несколько лет начнется широкомасштабное коммерческое использование данной технологии.

Технология Li-Fi: устройство

Li-Fi представляет аббревиатуру от Light Fidelity, то есть беспроводной формы коммуникации при помощи видимого света. Это технология оптической беспроводной передачи информации обеспечивает двустороннюю высокоскоростную мобильную связь с применением света из светодиодов вместо радиоволн. Через световые потоки обеспечивается передача двоичных данных. Термин Li-Fi был придуман немецким физиком Гаральдом Гаасом.

Для обеспечения работы Li-Fi необходимо следующее аппаратное обеспечение:

• Светодиодная система освещения.
• Маршрутизатор, установленный вместе с системой освещения.
• Приемник, который оснащен декодером с целью расшифровки светового сигнала.

Технология Li-Fi устроена так, что в качестве беспроводных маршрутизаторов могут использоваться электрические светодиодные лампочки.

Сегодня основными компонентами системы Li-Fi являются:

• Яркий светодиод, который является источником передаваемых данных.
• Кремниевый фотодиод (фотодетектор), который может реагировать на видимый свет, он является приемником передаваемых данных.

Система — излучатель Li-Fi в большинстве случаев включает четыре основных компонента:

• Светодиодная лампочка.
• Высокочастотный (ВЧ) усилитель цепи питания.
• Печатная плата.
• Корпус.

Печатная плата применяется для соединения входов и выходов лампы. В нее входит встроенный микроконтроллер, который применяется для управления разными функциями лампы. Радиочастотный сигнал создается твердотельным ВЧ усилителем цепи питания, благодаря чему вблизи лампочки создается электрическое поле. Высокая плотность энергии электрического поля позволяет доводить содержимое лампочки до состояния плазмы. Указанная управляемая плазма и выступает в качестве интенсивного источника света. Все вышеперечисленные компоненты обрамляются алюминиевым корпусом.

Для глаза людей мерцания диодов незаметны, а цифровой метод модуляции позволяет передавать данные до 10 Гбит в секунду. Чтобы регистрировать переданные пакеты применяется специальный приемник.

Среди последних разработок можно назвать смартфон от компании Oledcomm, который работает под управлением Android. У смартфона имеется одна важная модификация: вместо фронтальной камеры у него имеется Li-Fi сенсор. Указанный сенсор получает команды от светодиодных ламп, которые располагаются поблизости от смартфона, что позволяет просматривать видеоролики или изображения на устройстве.

К тому же был продемонстрирован прототип компактного внешнего Li-Fi приемника, он подключается к смартфону посредством 3,5-миллиметрового разъема. Такой приемник позволяет получать данные Li-Fi на устройствах, которые не оборудованы модулем. В скором времени Oledcomm планирует внедрить свою разработку в планшеты и смартфоны, что позволит широко распространить технологию Li-Fi.

Принцип действия

В момент прохождения постоянного тока через LED светодиод происходит излучение непрерывного потока протонов, выдающего видимое свечение. При изменении напряжения меняется и интенсивность свечения. Так как светодиодные лампы являются полупроводниковыми устройствами, то интенсивность излучения и ток можно модулировать на достаточно высоких скоростях.

Данные изменения свечения можно улавливать специальным фотодетектором, чтобы преобразовать их обратно в электрический ток. Человеческий глаз не способен уловить модуляцию интенсивности свечения, вследствие чего связь является непрерывной. В результате технология Li-Fi способна при помощи светодиодной лампочки передавать потоки информации на невероятно высокой скорости.

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).

---