Li-Fi

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search
Li-Fi logo
Li-Fi ametlik logo

Li-Fi (ingl k sõnadest light-fidelity: valguse loomutruudus) on kahesuunaline kõrge kiirusega traadita kommunikatsioonitehnoloogia, mis sarnaneb Wi-Fi-ga. Mõiste "Li-Fi" lõi Harald Haas. See on vorm nähtava valguse kommunikatsioonist ja kuulub traadita optiliste kommunikatsioonide (OWC) alamhulka.[1] Li-Fi saab olla täiendus raadiosagedustel põhinevatele kommunikatsioonimeetoditele (Wi-Fi või mobiilivõrk) või isegi asendus, kui jutt käib andmevahetusest. Siiamaani on leitud see olevat ligikaudu 100 korda kiirem kui mõned Wi-Fi teostused, saavutades kiirusi kuni 224 Gbit/s.[2]

Tehnoloogia üksikasjad[muuda | muuda lähteteksti]

Kiire, mobiilse ja võrgustatud kommunikatsiooni edastamiseks sarnaselt Wi-Fi-ga kasutatakse selles tehnoloogias andmete edastajatena valgusdioode (LED-e),[3] mis töötavad infrapuna- ja UV-kiirguse spektris. Nii kantakse üle palju rohkem informatsiooni võrreldes raadiosagedustel põhinevate tehnoloogiatega.[4]

Li-Fi turule prognoositakse aastatel 2013–2018 82%-list aastast liitkasvumäära, seega aastaks 2018 oleks see väärt üle 6 miljardi USD.[5]

Suhtlus nähtava valguse kaudu töötab, nii et LED-i lülitatakse sisse ja välja väga kiiresti, et isegi inimese silm ei suuda sellest aru saada.[6] Kuigi LED-id peavad töötama, et andmeid üle kanda, saab neid tuhmistada alla inimese nägemisvõime.[7] Kuna valguslained ei suuda läbistada seinu, siis on Li-Fil lühem ulatus kui Wi-Fil, aga selle eest on sama põhjuse tõttu ka kindlam.[8] Valgus ei pea vastuvõtjale langema otse LED-ilt, vaid võib ka põrgata seintelt – nii on saavutatud kiirusi kuni 70 Mbit/s.[9]

Li-Fi eeliseks on kasulikkus elektromagnetiliselt tundlikes kohtades, näiteks lennukikabiinides, haiglates ja tuumaenergiajaamades, põhjustamata elektromagnetilist interferentsi. [7][10]

Nii Wi-Fi kui ka Li-Fi edastavad andmeid üle elektromagnetilise spektri, kuid seal, kus Wi-Fi kasutab raadiolained, kasutab Li-Fi nähtavat valgust. Kuigi Ameerika Ühendriikide Föderaalne Kommunikatsioonide Komisjon on hoiatanud võimalikust spektrikriisist, sest Wi-Fi on lähedal täielikule mahutavusele, siis Li-Fi mahutavusel ei ole peaaegu üldse piiranguid.[11] Nähtava valguse spekter on 10 000 korda suurem kui kogu raadiosageduste spekter.[12] Uurijad on saavutanud andmesidekiirusi, mis ületavad 10 Gbit/s, mis on tunduvalt kiirem kui tüüpiline lairiba aastal 2016.[13] Eeldatakse, et Li-Fi saab olema kümme korda odavam kui Wi-Fi. [7] Võimalikud puudused on lühike ulatus, madal töökindlus ja kõrge paigaldushind.[5][6]

PureLifi näitas esimest kaubanduslikult kättesaadavat Li-Fi süsteemi, Li-1st, 2014. aastal Barcelonas toimunud mobiilimessil Mobile World Congress (MWC).[14]

Bg-Fi on Li-Fi süsteem, mis koosneb rakendusest mobiilsele seadmele, ja lihtsale tarbekaubale, nagu värkvõrgu (IoT) seade, millel on värvi sensor, mikrokontroller ja manustarkvara. Valgus mobiilse seadeldise ekraanilt suhtleb värvi sensoriga tarbekaubal, mis muudab valguse digitaalseks informatsiooniks. Valgusdioodid võimaldavad tarbekaubal sünkroonselt mobiiliga suhelda.[15]

Ajalugu[muuda | muuda lähteteksti]

Termini Li-Fi mõtles välja Harald Haas. Avalikkuseni jõudis see mõiste tema TED-i kõnel, kus ta tutvustas ideed tuua traadita andmeid igast valgusallikast. Harald Haas on Edinburghi ülikooli mobiilside juhataja ning PureLiFi kaasasutaja.[1]

Üldine termin, nähtava valguse kommunikatsioon (VLC), mille ajalugu ulatub tagasi 1880. aastatesse, sisaldab mis tahes osa kasutamist nähtava valguse elektromagnetilisest spektrist, et edastada informatsiooni. D-Lighti projekti Edinburghi Instituudis digitaalse kommunikatsiooni jaoks rahastati aastatel 2010–2012.[16] Haas edendas seda tehnoloogiat oma 2011. aastase TED Globali kõnes ja aitas alustada firma, et see turule tuua.[1] PureLiFi, varasem pureVLC, on originaalseadete tootja (OEM) firma, mille ülesanne on kaubelda Li-Fi-toodetega, mis on integreeritud olemasolevate LED-valgussüsteemidega. [17]

Oktoober 2011 lõid erinevad firmad ja tööstusgrupid Li-Fi konsortsiumi, mille missioon on edendada kõrge kiirusega optilisi juhtmeteta kasutusmudeleid nii sees kui ka väljas.[18]

Nähtava valguse kommunikatsiooni (VLC) eksponeeriti 2012 kasutades Li-Fit.[19] August 2013 saavutati andmevahetuskiirusi ligi 1,7 Gbit/s, kasutades ühevärvilist LED-i.[20] September 2013 avaldati pressiteade, kus teavitati, et Li-Fi, ning VLC tehnoloogiad üldisemalt, ei vaja silmside tingimusi.[9] Oktoober 2013 leiti, et Hiina tootjad on arendamas Li-Fi arenduskomplekte.[21]

Aprill 2014 kuulutas Venemaa firma Stins Coman, et nad arendavad traadita kohalikku Li-Fi võrku nimega BeamCaster. Nende praegune punktist punkti moodul edastab andmeid kiirustel 1–10 Gbit/s kasutades lasereid, mis töötavad inimestele nähtamatut elektromagnetlainete spektri osas. Lisaks pakuvad nad ka veel punktist mitmesse punkti moodulit, mis töötab kiirusel 1 Gbit/s.[22][23] Aastal 2014 saavutas Sisoft uue andmevahetuskiiruse rekordi, jõudes kiirusteni kuni 10 Gbit/s.[24]

2016 veebruar leiti, et Apple'i iPhone'i operatsiooni süsteem viitab avalikult Li-Fi võimele oma programmeerimiskoodis. [25]

Standardid[muuda | muuda lähteteksti]

Nagu Wi-Fi on ka Li-Fi traadita ja kasutab sarnaseid 802.11 protokolle, aga Li-Fi kasutab nähtava valguse kommunikatsiooni, raadiolainete asemel, millel on palju suurem ribalaius.

Osa VLCst on modelleritud IEEE 802 töögrupi poolt loodud kommunikatsiooni protokollide järgi. Kuid IEEE 802.15.7 standard on aegunud – see ei arvesta viimaseid tehnoloogilisi arenguid traadita optilise kommunikatsiooni valdkonnas. Täpsemalt ei arvesta see optilise ortogonaalse sagedustiheduse modulaatsioonimeetodiga (O-OFDM), mis on optimeeritud vastavatele andmesidekiirustele, hulgipöördusele ja energia tõhususele.[26] O-OFDMi kasutuselevõtt tähendab, et on vaja uut standardit traadita optilisele kommunikatsioonile.

Sellest hoolimata defineerib IEEE 802.15.7 standard füüsilise kihi (PHY) ja meedia pöördumise juhtimise (MAC-) kihi. See standard on võimeline väljastama piisavat andmesidekiirust, et kanda üle heli, videot ja muid multimeediateenuseid. See võtab arvesse optilise ülekande liikuvust, tema ühilduvust olemasolevate tehisvalgusallikatega infrastruktuuris ning müraga, mida võib tekitada välisvalgustus. MAC-kihi abil on võimalik luua sidemeid teiste kihtidega nagu TCP/IP-protokolliga.

Standard defineerib kolm PHY kihti erinevate kiirustega:

  • PHY I – mõeldud välistele ning madal kiirustega rakendustele. Töötab kiirustel 11,67–267,7 kbit/s. Konvolutsiooni- ja Reed Solomeni koode saab kasutada vigade tuvastuseks, ning moduleerimiseks kasutatakse sisse-välja manipulatsiooni (OOK) või muutuvat pulsi positsiooni modulatsiooni (VPPM).
  • PHY II – mõeldud sisetingimustes kasutamiseks keskmiste andmesidekiirustega vahemikes 1,25 Mbit/s kuni 96 Mbit/s. Reed Solomeni koode saab kasutada veatuvastuseks ning modulatsiooniks kasutatakse OOK-i või VPPM-i. Kiiruse 96 Mbit/s saavutamiseks on vaja optilist kella sagedusega 120 MHz, mida enamikud poest ostetavad seadmed ei toeta. Realistlik on saada sagedus 15 MHz, millega on võimalik saavutada kiirus 9,6 Mbit/s.
  • PHY III – on mõeldud rakendustele, kus on saadaval nii RGB allikad kui ka detektorid. Töötab kiirustel 12 Mbit/s kuni 96 Mbit/s. Veatuvastuseks saab kasutada Reed Solomeni koode ja moduleerimiseks kasutatakse värvi muutuse manipulatsiooni (CSK). [27]

Manchesteri kodeerimine, mida kasutavad PHY I ja PHY II kihid sisaldab kella edastatud andmete sees, kujutades endast loogilist nulli, mille OOK sümbol on "01" ja loogilist ühte, mille OOK sümbol on "10", kõik on alalisvoolu (DC) komponendiga. Alalisvoolu komponent hoiab ära valguse kadumise juhul, kui on järjest pikem jada loogilisi nulle.

Rakendused[muuda | muuda lähteteksti]

Turvalisus[muuda | muuda lähteteksti]

Iga kasutaja saab kasutada kiiremat andmesidekiirust, kui oleks võimalik tavalise Wi-Fi kanaliga. Wi-Fi puhul peab iga kasutaja või grupp otseselt võistlema pääsu eest ribalaiusele. Lõpptulemusena juhtub nii, et mida rohkem on ühendusi, seda aeglasemaks muutuvad allalaadimiskiirused kõigi jaoks. Seevastu Li-Fi puhul, kuna on rohkem pöörduspunkte, pakub iga valguse bassein täis kanali andmesidekiiruse vähemate üheaegsete kasutajatega. Mis tähendab, et igal kasutajal on kuni 1000 korda suurem kiirus. Lisaks, vastupidiselt raadiolainetele, ei läbi valgus seinu. Seega, kasutades väheseid ettevaatusabinõusid, et ära hoida lekkeid läbi akende jms, on turvalisus parem võrreldes Wi-Figa.[28]

Tihedad linnakeskkonnad[muuda | muuda lähteteksti]

Oma loomult on tihedad linnakeskused täielikult kaetud tehisvalgusega. Selline valguse struktuur suudab pakkuda pidevat kõrget andmesidekiirust oma kasutajatele samal ajal, kui nad läbi keskkonna liiguvad. Näiteks, liikudes läbi hotelli koridori või vastuvõturuumis, võib mitu kasutajat korraga saada kiiret andmesidekiirust igas punktis. Lisaks oleks kõrge kiirusega traadita kommunikatsioon olemas igas ruumis, sest see ei läbista seinu. Selle tulemusena on võimalik interferentsivaba suhtlus ja seda spektrit ei pea jagama paljude kasutajatega selles vastavas ruumis.[28]

Mobiilside[muuda | muuda lähteteksti]

Välistes linnakeskkondades pakuks Li-Figa võimaldatud tänava valgustid interneti-pöörduspunktide võrgu. Mobiilsides on raadio baasjaamade vahe 200–500 m. Seega selle asemel, et ehitada uusi raadio baasjaamu linnadesse, suudaksid tänavavalgustid teha mõlemat: valgustada pimedaid tänavaid õhtuti ning kõrge kiirusega andmeside 24/7. Isegi siis kui inimesesilma jaoks on valgus kinni on täiskiirusel andmeside võimalik.[28]

Elektromagnetilisele interferentsi (EMI) suhtes tundlikud keskkonnad[muuda | muuda lähteteksti]

Lennukites pakuks Li-Figa võimaldatud valgustus igale reisijale kõrge kiirusega andmevahetust. See lubab pidevat sidet elektromagnetilist interferentsi tekitamata. Kuna läheb vaja vähem kaableid, tähendab see ka kergemaid lennukeid.[28]

Liitreaalsus[muuda | muuda lähteteksti]

Väljapanekud muuseumides ja galeriides valgustatakse spetsiifilise valgustusega. Li-Figa võimaldatud valgustus saab pakkuda lokaliseeritud informatsiooni selle valguse sees. See tähendab, et külastaja saab kasutada oma kaamerat või mobiiltelefoni, et laadida alla lisainformatsiooni vaadeldava objekti kohta läbi valguse, mis valgustab eksponaati.[28]

Lokaliseeritud reklaamindus[muuda | muuda lähteteksti]

Kasutades poe väljapaneku valgustust Li-Fi ülekande kanalina on võimalik edastada reklaamide informatsiooni nende tarvete, mida ostja vaatab, ning ka kupongide ja eripakkumiste kohta. See lubab ühendada peatänav ja internetis poodlemise kogemus, ning pakkuda uudne jaemüügi ärimudel.[28]

Veealune kommunikatsioon[muuda | muuda lähteteksti]

Vesi neelab raadiolained kiirelt, mis hoiab ära veelause raadio suhtluse, kuid valgus suudab vees läbida suuri vahemaid. Seega Li-Fi kaudu saab sukelduja suhelda sukeldujaga, sukelduja mini-allveelaevaga, sukelduja puurimisplatvormiga jne. [28]

Ohtlikud keskkonnad[muuda | muuda lähteteksti]

Plahvatusohtlikes keskkondades on elektrilise varustuse, k.a. mobiiltelefonide, kasutamine üldiselt oluliselt piiratud. Li-Fi kasutamine andmete edastamiseks lihtsustab andmevõrkude konfiguratsiooni sellistes keskkondades, ja võimaldab uusi süsteeme, et tõsta turva taset nendes keskkondades.[28]

Targad transpordisüsteemid[muuda | muuda lähteteksti]

Auto esi- ja tagatulede lambid vahetatakse tasapidi LED-versioonide vastu. See loob väljavaate autovahelisele suhtlusele üle Li-Fi, mis võimaldaks kokkpõrget ära hoidvate süsteemide arendust ning informatsiooni vahetust sõidutingimuste kohta. Liiklusvalgustid juba kasutavad LED valgustust, seega on võimalik luua ülelinnalisi liikluskorraldussüsteeme. See võimaldaks autosüsteemidel alla laadida informatsiooni võrgust ja omada reaalajalist informatsiooni optimaalsete marsruutide võtmiseks, ning uuendada võrku olukordadega, mida on vahetult kogenud individuaalsed autod.[28]

Tundlikud andmed[muuda | muuda lähteteksti]

Haiglad on kohad, kus nii EMI tundlikkus kui ka andmete turvalisus on mõlemad teemaks. Li-Fi võimaldaks turvaliste võrgustatud meditsiiniliste instrumentide, patsientide andmete jms. parema kasutuselevõtu.[28]

Navigatsioon siseruumides[muuda | muuda lähteteksti]

Tuvastades iga valgusallika (näiteks läbi MAC-koodide, mida laialdaselt kasutavad andmesideruuterid ja arvutid) on võimalik pakkuda tark viis linnakeskonnas navigeerimiseks. Iga koodi tuvastamine seostatakse vastava piirkonnaga.[28]

Prototüübid[muuda | muuda lähteteksti]

Kõige esimest VLC nutitelefoni prototüüpi esitleti aastal 2014 Las Vegase messil Consumer Electronics Show (CES). Telefon kasutab SunPartneri Wysips CONNECTi. See meetod muudab valguslained kasutatavaks energiaks ehk telefon on võimeline vastu võtma ja dekodeerima signaale oma akut kasutamata. [29] Väikestele ekraanidele, nagu on nutikelladel ja -telefonidel, saab lisada läbipaistva õhukese kihi kristalset klaasi, mis muudab need päikese jõul töötavaks. Selle tulemusena võib nutitelefonidel jääda igapäevaseks tegevuseks 15% rohkem akut järele. Selliste ekraanide hind on 2 ja 3 USD vahel, mis on palju odavam kui enamik uutest tehnoloogiatest. [30]

Firma Philips Lighting on loonud VLC-süsteemi klientidele poodides. Nad peavad oma nutitelefonidesse alla laadima äpi ja siis töötab nende nutitelefon poes olevate LEDidega. LEDid suudavad täpselt ära määrata, kus kohas klient poes asub, ja anda neile vastavad kupongid ning informatsiooni, mis põhineb sellel, mis vahekäigus nad on ja mille poole nad vaatavad.[31]

Vaata ka[muuda | muuda lähteteksti]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 1,2 Haas, H. Harald Haas: Wireless data from every light bulb, TED, 07.2011
  2. Cuthbertson, A. LiFi internet: First real-world usage boasts speed 100 times faster than WiFi, IBTimes, 23.11.2015
  3. Sherman, J. Light Bulbs Could Replace Your Wi-Fi Router, Digital Trends, 30.10.2013
  4. Tsonev, D., Videv, S., Haas, H. Light fidelity (Li-Fi): towards all-optical networking, Proc. SPIE9007, Broadband Access Communication Technologies VIII 900702, 18.12.2013, doi:10.1117/12.2044649
  5. 5,0 5,1 MarketsandMarkets, Global Visible Light Communication (VLC)/Li-Fi Technology Market worth $6.138.02 Million by 2018, PRNewswire, 10.01.2013
  6. 6,0 6,1 Coetzee, J. LiFi beats Wi-Fi with 1GB wireless speeds over pulsing LEDs, Gearburn, 13.01.2014
  7. 7,0 7,1 7,2 Condliffe, J. Will Li-Fi be the new Wi-Fi?, New Scientist, 20.07.2011
  8. Taub, B. New Li-Fi Internet Is 100 Times Faster Than Wi-Fi, IFLScience, 24.11.2015
  9. 9,0 9,1 Mercer, C. What is Li-Fi? How does Li-Fi work? Wi-Fi vs Li-Fi vs Wi-Fi HaLow: Li-Fi for iPhone: The ultimate definition of Li-Fi, Techworld, 31.03.2016
  10. Gupta, N. S. Li-Fi: A green avatar of Wi-Fi, Livemint, 19.01.2016
  11. The Future's Bright – The Future's Li-Fi, The Caledonian Mercury, 29.11.2013 (Vaadatud 01.05.2016)
  12. Haas, H. High-speed wireless networking using visible light, SPIE Newsroom, 19.04.2013, doi:10.117/2.1201304.004773. (vaadatud 01.05.2016)
  13. Vincent, J. Li-Fi revolution: internet connections using light bulbs are 250 times faster than broadband, The Independent, 28.10.2013. (Vaadatud 01.05.2016)
  14. Business Wire, pureLifi to demonstrate first ever Li-Fi system at Mobile World Congress, Virtual-Strategy Magazine, 19.02.2014
  15. Dietz, P., Yerazunis, W., Leigh, D. Very Low-Cost Sensing and Communication Using Bidirectional LEDs, Mitsubishi Electric Research Laboratories, 07.2013
  16. Gordon, P. About Visible Light Communications, Visible Light Communications, 18.08.2014. (Vaadatud 01.05.2016)
  17. pureVLC Ltd, University of Edinburgh. (vaadatud 22.10.2013)
  18. Povey, G. Li-Fi Consortium is Launched, Visible Light Communications, 19.10.2011
  19. Watts, M. Meet Li-Fi, the LED-based alternative to household Wi-Fi, Wired, 31.01.2012
  20. pureVLC Demonstrates Li-Fi Streaming along with Research Supporting World's Fastest Li-Fi Speeds up to 6 Gbps, Business Wire, 06.08.2013
  21. Thomson, I. Forget Wi-Fi, boffins get 150Mbps Li-Fi connection from a lightbulb, The Register, 18.10.2013
  22. Pototsky, R. Li-Fi internet solution from Russian company after attracting foreign clients, Russia & India Report , 01.07.2014
  23. BeamcasterTM laser-based wireless technology delivers a high-speed, highly secure data communication link, BeamCaster, 23.02.2016
  24. Vega, A. Li-fi record data transmission of 10Gbps set using LED lights, Engineering and Technology Magazine, 14.07.2014
  25. Molony, R. Breaking: Apple set to add li-fi capability to iPhone, Lux Review, 08.02.2016
  26. Tsonev, D., Sinanovic, S., Haas, H. Complete Modeling of Nonlinear Distortion in OFDM-Based Optical Wireless Communication. IEEE Journal of Lightwave Technology 31 (18): 3064–3076, 15.09.2013, doi:10.1109/JLT.2013.2278675
  27. Povey, G. An IEEE Standard for Visible Light Communications, Visible Light Communications, 07.04.2011
  28. 28,00 28,01 28,02 28,03 28,04 28,05 28,06 28,07 28,08 28,09 28,10 Applications of Li-Fi, Li-Fi Centre. (Vaadatud 01.05.2016)
  29. Rigg, J. Smartphone concept incorportaes LiFi sensor for receiving light-based data, Engadget, 01.11.2014
  30. Van Camp, J. Your Next Smartphone May Charge And Receive Data Through This Incredible Screen, Digital Trends, 19.01.2014
  31. LaMonica, M. Philips Creates Shopping Assistant with LEDs and Smart Phone, IEEE Spectrum, 18.02.2014