Wifi - Li-Fi

Niet te verwarren met wifi .
Li-Fi-technologie
geïntroduceerd maart 2011 ; 10 jaar geleden ( 2011-03 )
Industrie Digitale communicatie
Type connector Zichtbare lichtcommunicatie
Fysiek bereik zichtbaar lichtspectrum , ultraviolette en infrarode straling;

Li-Fi (ook geschreven als LiFi ) is een draadloze communicatietechnologie die licht gebruikt om gegevens en positie tussen apparaten te verzenden. De term werd voor het eerst geïntroduceerd door Harald Haas tijdens een TEDGlobal- lezing in 2011 in Edinburgh .

In technische termen is Li-Fi een lichtcommunicatiesysteem dat in staat is om gegevens met hoge snelheden over het zichtbare licht , het ultraviolette en infrarode spectrum te verzenden . In de huidige staat kunnen alleen LED-lampen worden gebruikt voor de overdracht van gegevens in zichtbaar licht.

Wat het eindgebruik betreft , is de technologie vergelijkbaar met wifi — het belangrijkste technische verschil is dat wifi radiofrequentie gebruikt om een ​​spanning in een antenne te induceren om gegevens te verzenden, terwijl Li-Fi de modulatie van lichtintensiteit gebruikt om gegevens doorgeven. Li-Fi kan theoretisch zenden met snelheden tot 100 Gbit/s. Het vermogen van Li-Fi om veilig te functioneren in gebieden die anders gevoelig zijn voor elektromagnetische interferentie (bijv. vliegtuigcabines , ziekenhuizen, militairen) is een voordeel. De technologie wordt door verschillende organisaties over de hele wereld ontwikkeld.

Technische details

Image
li-fi-modules

Li-Fi is een afgeleide van technologie voor optische draadloze communicatie (OWC), die licht van light-emitting diodes (LED's) als medium gebruikt om netwerk-, mobiele, snelle communicatie te leveren op een vergelijkbare manier als wifi . De Li-Fi-markt zou van 2013 tot 2018 een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 82% hebben en tegen 2018 meer dan $ 6 miljard per jaar waard zijn. De markt heeft zich echter niet als zodanig ontwikkeld en Li-Fi blijft een nichemarkt markt, voornamelijk voor technologie-evaluatie.

Zichtbare lichtcommunicatie (VLC) werkt door de stroom naar de LED's met een zeer hoge snelheid aan en uit te schakelen, te snel om door het menselijk oog te worden opgemerkt, dus er is geen flikkering. Hoewel Li-Fi-LED's aan moeten blijven om gegevens te verzenden, kunnen ze worden gedimd tot onder de menselijke zichtbaarheid terwijl ze nog steeds voldoende licht uitstralen om gegevens te vervoeren. Dit is ook een belangrijk knelpunt van de technologie wanneer deze is gebaseerd op het zichtbare spectrum, omdat deze beperkt is tot het verlichtingsdoel en niet ideaal is aangepast aan een mobiel communicatiedoel. Technologieën die roaming tussen verschillende Li-Fi-cellen mogelijk maken, ook wel handover genoemd, kunnen een naadloze overgang tussen Li-Fi mogelijk maken. De lichtgolven kunnen niet door muren dringen, wat zich vertaalt in een veel korter bereik en een lager hackpotentieel in vergelijking met wifi. Een directe zichtlijn is niet nodig voor Li-Fi om een ​​signaal te verzenden; licht dat door muren wordt gereflecteerd, kan 70 Mbit/s bereiken .

Li-Fi heeft het voordeel dat het nuttig is in elektromagnetisch gevoelige gebieden zoals in vliegtuigcabines, ziekenhuizen en kerncentrales zonder elektromagnetische interferentie te veroorzaken . Zowel Wi-Fi als Li-Fi verzenden gegevens over het elektromagnetische spectrum , maar terwijl Wi-Fi radiogolven gebruikt, gebruikt Li-Fi zichtbaar, ultraviolet en infrarood licht. Terwijl de Amerikaanse Federal Communications Commission heeft gewaarschuwd voor een mogelijke spectrumcrisis omdat wifi bijna de volledige capaciteit heeft, heeft Li-Fi bijna geen beperkingen op de capaciteit. Het zichtbare lichtspectrum is 10.000 keer groter dan het gehele radiofrequentiespectrum . Onderzoekers hebben datasnelheden van meer dan 224 Gbit/s bereikt, wat veel sneller was dan de typische snelle breedband in 2013. Li-Fi zal naar verwachting tien keer goedkoper zijn dan wifi. Korte actieradius, lage betrouwbaarheid en hoge installatiekosten zijn de mogelijke nadelen.

PureLiFi demonstreerde het eerste commercieel verkrijgbare Li-Fi-systeem, de Li-1st, op het Mobile World Congress 2014 in Barcelona.

Bg-Fi is een Li-Fi-systeem dat bestaat uit een applicatie voor een mobiel apparaat en een eenvoudig consumentenproduct, zoals een IoT- apparaat ( Internet of Things ), met kleurensensor, microcontroller en embedded software. Licht van het display van het mobiele apparaat communiceert met de kleurensensor op het consumentenproduct, die het licht omzet in digitale informatie. Light emitting diodes zorgen ervoor dat het consumentenproduct synchroon kan communiceren met het mobiele apparaat.

Geschiedenis

Professor Harald Haas bedacht de term "Li-Fi" tijdens zijn TED Global Talk uit 2011, waar hij het idee introduceerde van "draadloze data van elk licht". Hij is hoogleraar mobiele communicatie aan de Universiteit van Edinburgh en mede-oprichter van pureLiFi samen met Dr. Mostafa Afgani.

De algemene term " communicatie met zichtbaar licht " (VLC), waarvan de geschiedenis teruggaat tot de jaren 1880, omvat elk gebruik van het zichtbare lichtgedeelte van het elektromagnetische spectrum om informatie te verzenden. Het D-Light-project van het Edinburgh Institute for Digital Communications werd gefinancierd van januari 2010 tot januari 2012. Haas promootte deze technologie in zijn TED Global- lezing van 2011 en hielp bij het opzetten van een bedrijf om het op de markt te brengen. PureLiFi, voorheen pureVLC, is een OEM-bedrijf ( Original Equipment Manufacturer ) dat is opgericht om Li-Fi-producten op de markt te brengen voor integratie met bestaande LED- verlichtingssystemen.

In oktober 2011 vormden een onderzoeksorganisatie Fraunhofer IPMS en industriële bedrijven het Li-Fi Consortium , om snelle optische draadloze systemen te promoten en om de beperkte hoeveelheid radiogebaseerd draadloos spectrum dat beschikbaar is te overwinnen door een heel ander deel van het elektromagnetische spectrum te exploiteren .

Een aantal bedrijven biedt unidirectionele VLC-producten aan, wat niet hetzelfde is als Li-Fi - een term die is gedefinieerd door de IEEE 802.15.7r1-standaardisatiecommissie.

VLC-technologie werd in 2012 tentoongesteld met behulp van Li-Fi. In augustus 2013 werden datasnelheden van meer dan 1,6 Gbit/s aangetoond via een enkele kleur LED. In september 2013 zei een persbericht dat Li-Fi, of VLC-systemen in het algemeen, geen zichtlijnen vereisen. In oktober 2013 werd gemeld dat Chinese fabrikanten werkten aan Li-Fi-ontwikkelkits.

In april 2014 kondigde het Russische bedrijf Stins Coman de ontwikkeling aan van een draadloos lokaal Li-Fi-netwerk genaamd BeamCaster. Hun huidige module draagt ​​gegevens over met 1,25 gigabyte per seconde (GB/s), maar ze voorzien in de nabije toekomst hogere snelheden tot 5 GB/s. In 2014 werd een nieuw record gevestigd door Sisoft (een Mexicaans bedrijf) dat gegevens kon overbrengen met snelheden tot 10 GB/s over een lichtspectrum dat wordt uitgestraald door LED-lampen.

Recente geïntegreerde CMOS optische ontvangers voor Li-Fi systemen worden geïmplementeerd avalanche fotodiodes (APD's) die zeer gevoelige apparatuur. In juli 2015 heeft IEEE de APD in Geiger-modus gebruikt als een enkele foton-lawinediode (SPAD) om de efficiëntie van het energieverbruik te verhogen en de ontvanger nog gevoeliger te maken. Deze operatie zou ook kunnen worden uitgevoerd als kwantumbeperkte gevoeligheid waardoor ontvangers zwakke signalen op grote afstand kunnen detecteren.

In juni 2018 doorstond Li-Fi een test door een BMW- fabriek in München voor gebruik in een industriële omgeving. BMW-projectmanager Gerhard Kleinpeter hoopt op de miniaturisering van Li-Fi- transceivers , zodat Li-Fi efficiënt kan worden gebruikt in productie-installaties.

in augustus 2018 had Kyle Academy , een middelbare school in Schotland , een proef met het gebruik van Li-Fi binnen de school. Studenten kunnen gegevens ontvangen via een verbinding tussen hun laptopcomputers en een USB-apparaat dat in staat is om de snelle aan-uitstroom van de plafond-LED's om te zetten in gegevens.

In juni 2019 testte het Franse bedrijf Oledcomm hun Li-Fi-technologie op de Paris Air Show 2019 . Oledcomm hoopt in de toekomst samen te werken met Air France om tijdens de vlucht Li-Fi te testen op een vliegtuig.

normen

Net als Wi-Fi is Li-Fi draadloos en gebruikt het vergelijkbare 802.11-protocollen , maar het maakt ook gebruik van ultraviolet , infrarood en zichtbaar licht (in plaats van radiofrequentiegolven), die een veel grotere bandbreedte hebben .

Een deel van VLC is gemodelleerd naar communicatieprotocollen die zijn opgesteld door de IEEE 802-werkgroep. De IEEE 802.15 .7-standaard is echter verouderd: hij houdt geen rekening met de nieuwste technologische ontwikkelingen op het gebied van optische draadloze communicatie, met name met de introductie van optische orthogonale frequentieverdelingsmultiplexing (O-OFDM) modulatiemethoden die zijn geoptimaliseerd voor datasnelheden, meervoudige toegang en energie-efficiëntie. De introductie van O-OFDM betekent dat er een nieuwe drive nodig is voor standaardisatie van optische draadloze communicatie.

Desalniettemin definieert de IEEE 802.15.7-standaard de fysieke laag (PHY) en media access control (MAC) laag. De standaard kan voldoende datasnelheden leveren om audio-, video- en multimediadiensten te verzenden. Het houdt rekening met de mobiliteit van optische transmissie, de compatibiliteit met kunstlicht in infrastructuren en de interferentie die kan worden veroorzaakt door omgevingsverlichting. De MAC-laag maakt het mogelijk om de koppeling met de andere lagen te gebruiken zoals bij het TCP/IP- protocol.

De standaard definieert drie PHY-lagen met verschillende tarieven:

  • De PHY 1 is ontwikkeld voor buitentoepassing en werkt van 11,67 kbit/s tot 267,6 kbit/s.
  • De PHY 2-laag maakt het mogelijk datasnelheden van 1,25 Mbit/s tot 96 Mbit/s te bereiken.
  • De PHY 3 wordt gebruikt voor veel emissiebronnen met een bepaalde modulatiemethode die color shift keying (CSK) wordt genoemd. PHY III kan snelheden leveren van 12 Mbit/s tot 96 Mbit/s.

De modulatieformats erkend PHY I en II PHY on-off keying (OOK) en variabele pulspositiemodulatie (vppm). De Manchester-codering die wordt gebruikt voor de PHY I- en PHY II-lagen omvat de klok binnen de verzonden gegevens door een logische 0 voor te stellen met een OOK-symbool "01" en een logische 1 met een OOK-symbool "10", allemaal met een DC-component. De DC-component vermijdt lichtuitdoving in het geval van een langere reeks logische nullen.

Het eerste prototype van een VLC- smartphone werd gepresenteerd op de Consumer Electronics Show in Las Vegas van 7 tot 10 januari 2014. De telefoon maakt gebruik van Wysips CONNECT van SunPartner, een techniek die lichtgolven omzet in bruikbare energie, waardoor de telefoon signalen kan ontvangen en decoderen zonder op zijn batterij trekken. Een heldere dunne laag kristalglas kan worden toegevoegd aan kleine schermen zoals horloges en smartphones waardoor ze op zonne-energie werken. Smartphones kunnen op een normale dag 15% langer meegaan. De eerste smartphones die deze technologie gebruiken, zouden in 2015 moeten arriveren. Dit scherm kan ook VLC-signalen ontvangen, evenals de smartphonecamera. De kosten van deze schermen per smartphone liggen tussen de $ 2 en $ 3, veel goedkoper dan de meeste nieuwe technologie.

Verlichtingsbedrijf Signify (voorheen Philips Lighting ) heeft een VLC-systeem ontwikkeld voor shoppers in winkels. Ze moeten een app downloaden op hun smartphone en dan werkt hun smartphone met de leds in de winkel. De LED's kunnen bepalen waar ze zich in de winkel bevinden en geven ze bijbehorende kortingsbonnen en informatie op basis van in welk gangpad ze zich bevinden en waar ze naar kijken.

Toepassingen

Met de kortegolfstraling zoals gebruikt door Li-Fi, kan de communicatie niet door muren en deuren doordringen. Dit maakt het veiliger en maakt het gemakkelijker om de toegang tot een netwerk te controleren. Zolang transparante materialen zoals ramen zijn afgedekt, is toegang tot een Li-Fi-kanaal beperkt tot apparaten in de kamer.

Huis- en gebouwautomatisering

Veel experts voorzien een beweging naar Li-Fi in huizen, omdat het potentieel heeft voor hogere snelheden en de beveiligingsvoordelen met hoe de technologie werkt. Omdat het licht de gegevens verzendt, kan het netwerk zich in een enkele fysieke ruimte of gebouw bevinden, waardoor de kans op een externe netwerkaanval wordt verkleind. Hoewel dit meer gevolgen heeft voor ondernemingen en andere sectoren, kan het thuisgebruik toenemen met de opkomst van domotica, waarvoor grote hoeveelheden gegevens via het lokale netwerk moeten worden overgedragen.

Onderwatertoepassing:

De meeste op afstand bediende onderwatervoertuigen (ROV's) worden bestuurd door bedrade verbindingen. De lengte van hun bekabeling legt een harde limiet op hun operationele bereik, en andere potentiële factoren zoals het gewicht en de kwetsbaarheid van de kabel kunnen beperkend zijn. Aangezien licht door water kan reizen, zou op Li-Fi gebaseerde communicatie een veel grotere mobiliteit kunnen bieden. Het nut van Li-Fi wordt beperkt door de afstand die licht in water kan dringen. Aanzienlijke hoeveelheden licht dringen niet verder dan 200 meter door. Na 1000 meter dringt geen licht door.

Luchtvaart

Efficiënte communicatie van gegevens is mogelijk in omgevingen in de lucht, zoals een commercieel passagiersvliegtuig dat Li-Fi gebruikt. Het gebruik van deze op licht gebaseerde gegevensoverdracht zal geen interferentie veroorzaken met apparatuur in het vliegtuig die afhankelijk is van radiogolven , zoals de radar .

Ziekenhuis

Steeds vaker maken medische instellingen gebruik van onderzoeken en zelfs procedures op afstand. Li-Fi-systemen zouden een beter systeem kunnen bieden om gegevens met een lage latentie en een hoog volume over netwerken te verzenden. Naast een hogere snelheid hebben lichtgolven ook minder effect op medische instrumenten . Een voorbeeld hiervan is de mogelijkheid dat draadloze apparaten worden gebruikt in vergelijkbare radiogevoelige procedures voor MRI's .

Voertuigen

Voertuigen kunnen via voor- en achterlichten met elkaar communiceren om de verkeersveiligheid te vergroten. Straatlantaarns en verkeerslichten kunnen ook informatie geven over actuele verkeerssituaties.

Industriële automatie

Overal in industriële gebieden waar gegevens moeten worden verzonden, kan Li-Fi sleepringen , sleepcontacten en korte kabels, zoals Industrial Ethernet, vervangen . Door de real-time van Li-Fi (die vaak nodig is voor automatiseringsprocessen), is het ook een alternatief voor de gangbare industriële Wireless LAN-standaarden. Fraunhofer IPMS, een onderzoeksorganisatie in Duitsland, stelt dat ze een component hebben ontwikkeld die zeer geschikt is voor industriële toepassingen met tijdgevoelige gegevensoverdracht.

Adverteren

Straatlantaarns kunnen worden gebruikt om advertenties weer te geven voor bedrijven of attracties in de buurt op mobiele apparaten als een persoon passeert. Een klant die een winkel binnenloopt en door de koplampen van de winkel loopt, kan de huidige verkopen en aanbiedingen op het mobiele apparaat van de klant laten zien.

Zie ook

Referenties

Externe links