Эксперт оценивает новый стандарт IEEE.
Недавнее внедрение стандарта IEEE 802.11bb дало характеристику технологии light fidelity или Li-Fi. Это событие открывает дверь в эру беспроводной связи для передовых технологий Wi-Fi. Li-Fi позволяет Wi-Fi использовать для передачи и приема данных вместо радиоволн световые волны.
Стандарт IEEE 802.11bb определяет правила, как устройства Li-Fi взаимодействуют друг с другом, а также скорость передачи данных. Согласно стандарту, такие устройства должны быть способны отправлять и получать данные со скоростью от 10 мегабит в секунду до 9,6 гигабит в секунду.
Этот стандарт даёт старт новому поколению быстрой и надежной беспроводной связи, что в свою очередь может коренным образом изменить то, как мы связываемся и общаемся.
Технология Li-Fi основана на использовании маленьких светильников, которые имеют небольшие блоки управления, твердотельные излучатели света и светочувствительные приемники. Светильники могут отправлять и получать информацию с помощью световых волн. Для подключения к Li-Fi смартфонам, планшетам и другим устройствам необходимы излучатели и датчики, которые могут отправлять и получать световые сигналы. Современные мобильные телефоны уже используют такие датчики, например для распознавания лиц или для лидара.
Обычно мы подключаемся к интернету через локальную сеть. Теперь же такие сети смогут предложить новую возможность беспроводного доступа с помощью точек доступа с поддержкой Li-Fi, установленных в таких местах, как потолковые панели или настольные лампы, которые подключены к сети через кабель Ethernet или линию электропередачи.
Точки доступа Li-Fi обеспечивают двунаправленную связь с устройствами, работающими на батарейках, и обеспечивают бесперебойную и надежную беспроводную связь.
Работа в световом спектре открывает новые возможности, так как здесь меньше помех. Для сравнения, Wi-Fi работает в нелицензионном радиочастотном спектре, конкурируя с другими технологиями, такими как Bluetooth, Zigbee и сверхширокополосное вещание.
“По мере развития технологии Li-Fi увеличение области дальности действия, пропускной способности и функциональной совместимости расширят области применения этой технологии и рыночный потенциал”. — так считает Фолькер Юнгникель.
Одним из ключевых факторов, способствующих внедрению Li-Fi, является то, что он обеспечивает пиковые скорости за счет использования тех же передовых методов модуляции для кодирования данных в световые волны, которые используются для Wi-Fi. Оптический канал беспроводной передачи в меньшей степени подвержен влиянию многолучевости, эффекта Доплера, фазового шума и других помех. Таким образом, он может достигать самых высоких скоростей благодаря варианту модуляции с несколькими несущими, его называют мультиплексирование с ортогональным частотным разделением. OFDM реализует поднесущие, передающие множество параллельных потоков данных. Используя свойства света, Li-Fi обеспечивает беспрецедентную скорость передачи данных на короткие расстояния, например, внутри одной комнаты.
Издание The Institute побеседовало с членом рабочей группы IEEE 802.11 Фолькером Юнгникелем, который сыграл решающую роль в продвижении стандартов оптической беспроводной связи. Он возглавляет проект IEEE 802.15.13 и является техническим редактором IEEE 802.11bb. Он возглавляет группу Metro, Access и In-house в отделе фотонных сетей Института Фраунгофера Генриха Герца (HHI) в Берлине. Интервью было сокращено и отредактировано для наглядности.
The Institute: Каковы преимущества и ограничения Li-Fi по сравнению с Wi-Fi?
Фолькер Юнгникель: Li-Fi обеспечивает высокоскоростное беспроводное подключение со скоростью передачи данных до 100 Мбит/с на квадратный метр, что делает его идеальным для мест, где собирается много людей, например, для конференц-залов и классных комнат. Технология работает в дополнительном нерегулируемом спектре, где она не создает помех радиочастотным беспроводным технологиям.
Повышенная безопасность является еще одним преимуществом, поскольку беспроводная связь ограничена физическими границами светового сигнала, например, внутри помещения, что затрудняет её перехват.
Однако у Li-Fi есть и минусы. Радиус действия Li-Fi относительно невелик — обычно он ограничен несколькими метрами в одной комнате, — что означает, что для более широкого покрытия требуется плотная сеть точек доступа.
Кроме того, доступная полоса пропускания может быть ограничена возможностями источников света и детекторов. Также внедрение инфраструктуры Li-Fi может быть более дорогостоящим по сравнению с Wi-Fi.
The Institute: Как вы думаете, какое влияние окажет утверждение стандарта IEEE на внедрение этой технологии?
Фолькер Юнгникель: Стандарты обеспечивают основу для разработки продуктов Li-Fi, ориентированных на конкретные сегменты рынка, такие как промышленное применение и бытовое использование. Они также вселяют уверенность в клиентов и способствуют функциональной совместимости между различными поставщиками. Это соглашение, вероятно, будет способствовать глобальному внедрению Li-Fi и дальнейшему прогрессу в этой области.
The Institute: Есть ли у вас гипотезы о развитии, применении и перспективах Li-Fi?
Фолькер Юнгникель: Технология обладает многочисленными преимуществами по сравнению с традиционным Wi-Fi, такими как неограниченная высокоскоростная двунаправленная связь, повышенная безопасность, возможность работы в дополнительном нерегулируемом спектре и точная навигация внутри помещений, достигаемая, например, за счет измерения времени полета. Области применения варьируются от интеллектуальных зданий и больниц до связи между транспортными средствами и фиксированного беспроводного доступа.
The Institute: Как технология Li-Fi развивалась?
Фолькер Юнгникель: Первой вехой в развитии было внедрение адаптивного OFDM для Li-Fi компанией Fraunhofer HHI примерно в 2005 году, что позволило адаптироваться к мобильным каналам и эффективно использовать светодиоды. В 2011 году исследователи из Эдинбургского университета ввели термин Li-Fi, который помог определить и популяризировать эту технологию.
В 2015 году компания pureLiFi, возглавлявшая целевую группу IEEE по разработке нового стандарта, провела первую демонстрацию передачи данных. Была продемонстрирована бесперебойная передача данных при перемещении между различными точками доступа Li-Fi. В демонстрации использовался проприетарный протокол, и в нем решались проблемы, связанные с потерей или задержкой пакетов.
Другой важной вехой стало внедрение первых прототипов на базе набора микросхем ITU-T G.vlc в 2016 году. Они определили архитектуру системы, физический уровень и уровень канала передачи данных для высокоскоростного приемопередатчика оптической беспроводной связи внутри помещений, использующего видимый свет. Эти наборы микросхем ITU были коммерчески доступны и ознаменовали значительный шаг на пути к коммерциализации и ранней разработке продуктов другими поставщиками, такими как Signify и Oledcomm.
Более того, в 2017 году компания Fraunhofer HHI представила концепцию распределенной технологии множественного ввода-вывода для Li-Fi, обеспечивающую бесперебойную мобильность без потери пакетов и повышенную производительность в случае блокировки в зоне прямой видимости. Эта технология указана в отдельном стандарте IEEE Std 802.15.13 для промышленной эксплуатации.
В 2021 году Fraunhofer HHI продемонстрировала, что точность до сантиметра возможна при использовании Li-Fi для навигации внутри помещений и тех же протоколов, доступных для передачи данных по Li-Fi. Это значительно лучше, чем использование обычных технологий Wi-Fi.
The Institute: Были ли какие-либо заметные проекты, которые поспособствовали развитию технологии Li-Fi?
Фолькер Юнгникель: Да, OMEGA и ELIoT. Целью OMEGA была разработка сверхскоростной сети домашнего доступа, способной развивать скорость до 1 гигабита в секунду. Проект Elliot предназначался для разработки решений массового рынка с использованием устройств Интернета вещей с поддержкой Li-Fi. Эти проекты были сосредоточены на исследованиях, разработках и инновациях в рамках Европейского союза, затрагивая различные аспекты технологии, включая мобильность, стандартизацию и интероперабельность.
The Institute: Какие формы сотрудничества и какие вызовы вы предвидите? Какая возможна будущая интеграция?
Фолькер Юнгникель: Сотрудничество между правительствами, крупными игроками рынка и исследовательскими институтами имеет решающее значение для продвижения новой технологии. Государственное финансирование исследовательских проектов и пилотных инициатив может стимулировать развитие технологий на доконкурентных этапах и последующее становление рынка.
С точки зрения вызовов, конкуренция между компаниями в области Li-Fi может стать препятствием, особенно для небольших игроков. На доконкурентном этапе сотрудничество и определение прибыльных сегментов рынка могут помочь преодолеть эти проблемы. В частности, стандартизация помогает преодолеть патентованные технологии и обеспечить функциональную совместимость. Клиент может покупать аналогичные продукты у разных поставщиков, которые интегрируются в одну сеть. Это снижает риск инвестиций в новые технологии как для клиентов, так и для поставщиков.
В будущем мы можем ожидать, что технология будет интегрирована в повседневные устройства, такие как телевизоры и мобильные телефоны. Стандартизированные наборы микросхем Li-Fi и увеличение инвестиций в разработку продукта сыграют решающую роль в ускорении этого процесса интеграции. По мере того, как будут развиваться технологии, касающиеся области дальности действия, пропускной способности и функциональной совместимости, будут расширяться области применения и рыночный потенциал Li-Fi.
