Беспроводные сети LI-FI. БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ LI-FI. Содержание Введение 3 Технология lifi 4 Как работает LiFi 6 Сравнение беспроводных технологий LiFi и WiFi 9 Сложности реализации технологии LiFi 13 Заключение 14 Список используемой литературы 15 Введение
 Скачать 30.91 Kb.
|
СодержаниеВведение 3 1.Технология LI-FI 4 2.Как работает Li-Fi? 6 3.Сравнение беспроводных технологий Li-Fi и Wi-Fi 9 4.Сложности реализации технологии Li-Fi 13 Заключение 14 Список используемой литературы 15 Введение В современном мире интернет на устройствах личного пользования работает постоянно, человечество находится в эре повсеместного интернета и уверенности в том, сможет ли справиться Wi-Fi со своей задачей обработки всего интернет-трафика в одиночку или нет. И на помощь к Wi-Fi приходит новый вид распространения интернет соединения – технология, разработанная компанией, основанной Харальдом Хаасом в 2011 году, известная как Li-Fi (Light Fidelity из английских слов «light» – «свет» и «fidelity» – «точность») [2]. Беспроводной доступ в Интернет можно получить и при помощи технологии Wi-Fi, которая базируется на использовании радиочастотных волн, но сеть Wi-Fi не может развертываться в таких местах, как медицинские учреждения, самолеты, нефтяные и газовые скважины. Для решения этой проблемы была создана технология Li-Fi, которая является новейшей оптической технологией беспроводной передачи данных. Технология Li-Fi обеспечивает безопасную передачу данных через свет на высоких скоростях. Вместо использования радиочастотных сигналов, Li-Fi отправляет данные и обеспечивает сетевую связь с использованием сигналов видимого света. Его скорость в 100 раз выше, чем у Wi-Fi с более широкой полосой пропускания, то есть примерно 224 гигабит в секунду. Он основан на протоколе оптической беспроводной связи (OWC), в котором светоизлучающие диоды (LED) используются для получения световых сигналов в качестве среды для беспроводной передачи данных по сети. Технология LI-FI Несколько лет назад телефонные аппараты оснащались инфракрасным портом. Он использовался для обмена данными. Инфракрасный порт (ИК-порт) был медленным и обладал небольшим радиусом действия, поэтому в настоящее время используется в роли пульта для управления телевизором. И вот новая технология, но с радиусом действия по всей аудитории, и скоростями в несколько Гбит/с. Такие возможности предлагает Li-Fi. Термин Li-Fi (Light Fidelity, по аналогии с WiFi, Wirless Fidelity) появился в 2012 г. Его родоначальником считается немецкий физик Харальд Хаас, который в 2012 г. в качестве роутера использовал светодиодную лампу. В лабораторных условиях он достиг скорости передачи в 224 Гбит/с. Такая скорость позволяет, например, скачать за одну секунду 18 фильмов по 1,5 Гбит или до 50 000 фотографий! Идея стала возможной благодаря технологии VLC (Visible Light Communication), которая позволяет источнику света не только выполнять функцию освещения, но и передавать информацию. Отличие ее от ИК-порта заключается в использовании не инфракрасного, а видимого света. Если в ИК-связи используются волны длиной 800–2000 нм, то в Li-Fi – 400–800 нм, заметные глазу. Для сравнения, длина радиоволны Wi-Fi – 6–12 см, т.е. в тысячи раз больше. Чем короче волна – тем выше частота, а чем выше частота – тем больше данных можно передать за единицу времени. Система Li-Fi теоретически сможет обеспечивать скорость до десятков и сотен Гбит/с (против чуть более 1 Гбит/с у самого быстрого Wi-Fi). Транзит данных реализуется светодиодами, наносекундное мерцание которых незаметно для человека. С одной стороны, это позволяет использовать для передачи информации обычные светодиодные лампы, а с другой – добиться сверхвысокой скорости передачи данных за счёт широкой доступной полосы частот в оптическом диапазоне. Кроме того, оптические каналы связи безопасны для здоровья. С их помощью можно реализовать Li-Fi и предоставить абонентам гарантированный канал передачи данных [8]. Технология Li-Fi служит хорошим дополнением к Wi-Fi, так как позволяет обеспечивать доступ в Интернет в помещениях с большим количеством людей – торговых центрах, конференц-залах и конгресс-холлах. В этом случае каждый светодиодный светильник превращается в точку интернет-доступа, и может быть реализована концепция микросот с предоставлением пользователям гарантированного высокоскоростного Интернета. Кроме того, данную технологию можно использовать в местах, где радиочастотный сигнал является нежелательным – например, в самолётах, шахтах или операционных. Ещё одним преимуществом Li-Fi считается тот факт, что в настоящий момент светодиодное освещение широко распространено в городской инфраструктуре, а значит, его можно сравнительно дёшево перестроить для беспроводной передачи данных [7]. Как работает Li-Fi? На практике в роли передатчика (аналог роутера) выступает светодиодная лампочка, модулирующая свет путем мерцаний и приемника. В качестве первого используется источник видимого белого света, второго – чувствительный фотосенсор, улавливающий незначительные изменения в освещении. Ноутбук, смартфон оснащаются специальным датчиком освещения, способным эти мерцания распознать. Сенсор улавливает их и преобразует в поток двоичной системы счисления. Скорость этих мерцаний столь высока, что человек их не замечает. Полученные мерцания преобразуются обратно в двоичную систему счисления. Для организации двусторонней связи каждое из устройств оснащается и приемником, и передатчиком. Обратная связь организуется схожим образом: лампа оснащается фотосенсором, а смартфон или ноутбук передает данные посредством столь же скоростных мерцаний подсветки экрана или специального диода. В устройствах без дисплея (роутер, медиацентр, принтер и т.д.) для этих целей может использоваться специальный светодиод на корпусе. Светодиодная матрица имеет свой световой поток, сравнимый со 100-ваттной лампочкой, она светит и одновременно позволяет строить каналы передачи данных с высокими скоростями. Вокруг матрицы производитель может установить любое количество светодиодных матриц, спроектировать светильник любой конфигурации. Один модуль позволяет обеспечить оптимальную скорость передачи данных, а световую конфигурацию можно делать любую. Система передачи данных устроена таким образом, что каждый светильник представляет собой свою точку доступа, и это гарантированный канал. Локализованность канала передачи данных в отличие от радиоволн, которые распространяются везде, иногда рассматривают как недостаток. Световой канал идёт по прямой линии от источника по направлению света. У каждого светильника есть пятно засветки, вот в этом пятне и распространяется канал передачи данных. В помещении специфика Li-Fi корректируется тем, что освещение в офисе проектируется так, чтобы между светильниками не было тёмных пятен. Внутри зданий соответственно никаких проблем не возникает. Канал может быть открытым, что позволяет при переходе от одного светильника к другому не терять информационный поток. Также можно сделать и закрытый канал, это зависит от технических требований. Важно, что эти каналы не радиочастотные, никуда за стены помещения информация, передаваемая по ним, не уйдёт. Вся передаваемая информация остаётся в рамках данного помещения. Практика применения этой технологии пока не столь широка, но отдельный потенциал касается сбора и передачи информации в условиях промышленного производства. Когда есть цеха, много металла, машин, механизмов, где беспроводные каналы работают с трудом, в силу наличия большого количества помех, использование модулей Li-Fi для сбора и передачи данных между оборудованием, между вагонами, подвижным составом очень востребовано. 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. 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. 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. Сравнение беспроводных технологий Li-Fi и Wi-Fi Технология Wireless Fidelity (Wi-Fi) является универсальной и эффективной технологией, которая использует радиоканалы для быстрой беспроводной передачи данных. Данная технология предполагает наличие точки доступа/маршрутизатора Wi-Fi, которая обеспечивает стабильный доступ к сети из некоторой области радиусом до 45 метров в помещении и 90 метров на открытом пространстве (радиус действия зависит от многих условий). Эта технология сталкивается с проблемой эффективности, доступности и безопасности [3]. Wi-Fi – это беспроводная технология передачи данных по радиоканалу. Для работы Wi-Fi необходимо соответствующее оборудование беспроводной связи. Все оборудование делится на две группы: «точка доступа» и беспроводной роутер. Li-Fi – это современная беспроводная технология передачи данных с помощью света. Li-Fi состоит из четырех главных компонентов: светодиодной лампы, радиочастотного усилителя мощности, печатной платы и корпуса. Вместо модемов в Li-Fi используется приемопередатчик, оборудованный в светодиодных лампах, которые могут передавать и принимать информацию и при этом использоваться для освещения комнаты. Светодиодные лампы являются точкой доступа для любого количества пользователей [4]. Сравнение технологий Li-Fi и Wi-Fi представлено в таблице. Таблица 1. Сравнение технологий Li-Fi и Wi-Fi
Технология Wi-Fi обладает такими преимуществами, как глобальная доступность, простота использования связи, а также отсутствие необходимости прокладки кабеля для сети. Вышеупомянутое исследование показало, что технология Li-Fi обладает такими преимуществами как информационная безопасность, дешевизна комплектующих, а также возможность использования технологии там, где наличие радиоизлучения нежелательно. Таким образом, технология Li-Fi обеспечивает большую производительность с точки зрения перечисленных функций. К основным проблемам использования технологии Li-Fi можно отнести следующие: Связь Li-Fi должна работать только в зоне прямой видимости между передатчиком и приемником для эффективной передачи данных. Небольшое вмешательство приводит к прерыванию сигнала. Приемное устройство не должно перемещаться внутри помещения. Не все приемные устройства оборудованы для передачи данных назад к передатчику. Помехи могут быть вызваны внешними источниками света, такими как обычные лампочки, солнечный свет и непрозрачные предметы во время передачи данных. Технология VLC не способна проходить сквозь стены как радиоволны, и поэтому сигнал может быть легко заблокирован, если кто-то будет проходить перед светодиодным источником [5]. Использование светодиодов увеличивается во всем мире и дает возможность использовать Li-Fi технологию в многочисленных светодиодных средах. Умные города Технология Li-Fi может использоваться для уличного освещения в развивающихся городах, поскольку она использует светодиодные лампочки для передачи данных на высоких скоростях. Самолеты Используя технологию Li-Fi в салоне самолета, можно будет отказаться от километров кабелей, обеспечивающих передачу видеосигнала на дисплеи, встроенные в спинки сидений и обеспечить сетью передачи данных мобильные цифровые устройства пассажиров. То же актуально и в вагонах пассажирских поездов. Медицинские учреждения Wi-Fi излучает радиоволны, которые могут влиять на показания медицинских приборов. В этом случае можно использовать технологию Li-Fi для интернет-обслуживания в операционных залах. Подводные работы Подводные дистанционно-управляемые транспортные средства используют очень длинный кабель для обеспечения электропитания для того, чтобы передать сигнал между управляющим и оборудованием. Часто работа не может быть завершена, потому что длины кабеля не хватает для мониторинга исследуемой области. В этом случае может быть использована мощная лампа, которая заменит все провода. Управление движением В автомобилях устанавливаются светодиодные фары и индикаторы подсветки. Они могут быть использованы для связи между автомобилями на проезжей части. Это приведет к предотвращению несчастных случаев на дороге путем обмена информацией. Образование Li-Fi – ведущая технология с высокой скоростью доступа в интернет и высокой пропускной способностью. Следовательно, образовательные учреждения и организации могут использовать эту технологию для видеоконференций, загрузки цифровых учебников и онлайн-обучения [6]. Сложности реализации технологии Li-Fi Перспективы Li-Fi выглядят привлекающе, но на практике все не так просто. Некоторые ограничения способны перечеркнуть достоинства оптического соединения посредством этой технологии. Одной из сложностей реализации Li-Fi является потребность в разделении световых потоков. Устройства должны различать сигнал от передатчика и свое собственное излучение, отраженное от стен и иных объектов. Эта проблема решаема (она ведь свойственна и радиосигналу), но она мешает добиться максимальных теоретических скоростей (нескольких Тбит/с). Более серьезной является проблема стороннего света. Светодиодные лампы в помещении обычно дают освещенность 50–500 лк, тогда как пасмурным днем на улице – 1000 лк, а в солнечный полдень – до 100000 лк. Проникая через окна, солнечный свет способен напрочь заглушить сигнал Li-Fi в помещении. Бороться с этим можно, используя жалюзи на окнах и постоянное искусственное освещение, но днем на улице организовать связь Li-Fi на сегодняшний день пока трудно реализуемо. Наконец, сложности реализации Li-Fi связаны с мобильностью современной электроники. Для поддержания соединения устройства должны находиться в постоянной видимости, а смартфон в руках не всегда «смотрит» экраном на светильник на потолке. Следовательно, для реализации связи нужно переосмысливать концепцию искусственного освещения, переходя от нескольких люстр и светильников на точечные LED-лампы, встраиваемые в потолки и стены. Плюсы Li-Fi позволяют сделать вывод, что технология продолжит развиваться и уже через несколько лет устройства с ее поддержкой поступят на рынок. Однако заменой Wi-Fi ей стать однозначно не суждено. Мобильные устройства продолжат активно использовать радиосигнал. Заключение Новая технология может оказаться в ближайшем будущем самым удобным способом передачи информации. Учитывая постоянно растущий спрос на средства связи, технология Li-Fi имеет большие шансы на внедрение, так как сможет сочетать освещение и беспроводную передачу данных, которую можно будет использовать даже в местах, где запрещено использовать оборудование, которое излучает посторонние радиоволны. Конечно, технология Li-Fi не сможет заменить Wi-Fi, но применение высокоскоростных беспроводных сетей позволит в значительной мере разгрузить радиочастотные каналы и дать возможность доступа к Интернету еще большего количества желающих. Сравнительное исследование двух беспроводных технологий показало их достоинства и ограничения. Основная причина востребованности технологии Li-Fi заключается в огромном потенциале передачи больших объемов данных на высоких скоростях в нелицензируемом диапазоне длин волн, существенно снижая таким образом административные издержки. Но кроме неоспоримых преимуществ система Li-Fi имеет и свои недостатки, главный из которых – необходимость обеспечения линии прямой видимости, а также влияние помех на информационный сигнал от внешних источников света. Обобщая вышесказанное можно сделать вывод, что Li-Fi технология действительно может оптимизировать существующие беспроводные подключения и внести весомый вклад в современные технологии. Список используемой литературы Туев В.И., Нуриев Д.К. Технологии Li-Fi. // Электронные средства и системы управления. Материалы докладов международной научно-практической конференции. – Томск, 2019. - № 1-2. – С. 26-29 Алексеев Д. А., Ермолаева В. В. Li-Fi – прорыв в науке или бесполезная игрушка? Преимущества и недостатки Li-Fi перед Wi-Fi // Молодой ученый. – 2015. – №11. – С. 161-164. Петрусь И.П. Перспективы развития беспроводных технологий передачи данных // Перспективы развития научных исследований в 21 веке: Материалы III Международн. науч.-практ. конф. (31 октября 2013 г.). – Махачкала: ООО «Апробация», 2013. – С. 70–72. Барабанова Е.А., Береснев И.А., Барабанов И.О. Управление элементами коммутации в оптической системе с параллельным поиском каналов связи // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. – 2017. – № 1. – С. 89–97. Храпов С.Д., Старичихин М.Г., Бурдоковский Н.П. Анализ технологии Li-Fi // Современные тенденции развития науки и технологий: Сб. статей – Белгород, 2015. – № 8 (2). – С. 129–132. Elgala H., Mesleh R., Haas H., Pricope B. OFDM visible light wireless communication based on white LEDs // Proc. 64th IEEE Veh. Technol. Conf. – 2007. – P. 2185–2189. PureLiFi. – URL: http://purelifi.com. Li-Fi: как светодиодная лампочка превращается в модем. – URL: http://habrahabr.ru/post/198874/ (дата обращения: 18.10.2021). |