让 Li-Fi 点亮你的网络

□迟楠   2016-05-08 04:56:39

开灯即可上网,毫无电磁辐射,每秒速度更是高达50G以上,这并不是科幻

□迟楠



何为Li-Fi

当人们还在依赖Wi-Fi时,另一种更加逆天的网络传输技术已经被研究出来。这就是Li-Fi(Light Fidelity),即可见光无线通信技术。通过在LED灯植入芯片,将LED灯摇身一变成为无线热点,是一种另类“Wi-Fi”。它无需Wi-Fi信号,使用由发光二极管把光源转换成网络信号的形式来实现互联网交接,通过闪烁的LED光场产生的400-800THz信号来实现数据的快速传输,相当于摩斯密码的高级模式,LED光的一闪一灭间就可以快速实现二进制编码的读写和传输。它的逆天之处在于只要有光就能上网。

通信技术奠基人、电报发明人贝尔就曾设想将可见光作为媒介实现通信。不过,当时的技术既不能产生一个有用的光载波,也不能将光从一个地方传到另外一个地方。而 LED灯具有高调制速率,人眼感觉不到光的闪烁,且借助于新的技术,LED灯已经可以将数据传输到5米以外,Li-Fi于是有了可行性。

实现 Li-Fi只需要一个光源、一个网络连接口,以及一个控制装置。通俗地讲,Li-Fi技术就是以各种可见光源作为信号发射源,通过控制器控制灯光的通断,从而控制光源和终端接收器之间的通讯。

Li-Fi技术的产生,最初是为了解决可见光频谱利用问题。通过结合高频开关的LED灯和通信技术,科学家创造了LED-Li-Fi灯,并通过在终端设备上搭载相应的接收、传输装置形成可行的通信回路。随后,许多国家都对Li-Fi技术进行了研究,中国也不例外。2013年10月,复旦大学信息科学与工程学院将网络信号接入1W的LED灯珠。在灯光的照射下,成功实现了四台电脑的联网。最高速率达到了3.25G,在当时达到了世界领先水平。2015年11月13日,中国“可见光通信系统关键技术研究”获得工信部认证,其实时通信速率增至50Gbps,以这种速度下载一部高清电影只需0.2秒。

在未来,信息传输量将迅速增加,甚至会超出无线电传输的承载能力。而光的传输速度远远大于无线电频谱,所以,光通信技术可能会成为年产值亿万级的战略性新兴产业。

Li-Fi的优势

1.更神速。理论上,Li-Fi的最高数据传输率可达3Tbps,而Wi-Fi的最高速率只有7Gbps。现在全世界大概一半的网络传输量由Wi-Fi承担,由于上网人数不断增多,这个百分比在接下来会继续上涨。而很多专家担心所谓的“频谱危机”也会随之而来,射频频谱并不能充分满足需要,即Wi-Fi网络在大量需求压力下速度减慢。通信业越来越困扰于频谱资源的有限,每一次升级迭代都绕不开如何分配新频谱的讨论。而可见光频谱宽度至少是无线电频谱的10000倍,尚未得到开发利用。这意味着在Li-Fi网络里,单个数据信道的带宽就可以做得很大,也可以容纳更多的信道作并行传输,从而让整个传输速度大幅度提升。

2. 更方便。全世界的灯泡数量无法估算,尤其在中国,LED光源正迅速取代白炽灯。只要在其中加入一个微型芯片,就可以使它们变成网络发射器。中国也在积极制定LED的市场化战略,如果能够把照明和通信兼容起来,那将会是一个非常高效的解决方案。比如偏远地区和农村,不一定每家都有条件拉网线,但是一般家里都有灯泡,这就能上网了。

Li-Fi技术最大的优势是它不同于Wi-Fi,它并不会和其他无线电信号发生干扰,所以能够用在飞机、医院以及其他需要考虑到电磁兼容问题的场合。

3. 更环保。目前广泛应用的蜂窝网络、Wi-Fi设备都存在着发热量大、能量转化率低的问题。比如蜂窝网络基站内的设备,频率不高,但其能量转化率不足一成,其余九成多的能量都转化成热量,往往需要引入冷却设备以保持正常运行。而Li-Fi就没有这个问题,极低的发热量使其不需要冷却设备也能稳定运行。

4. 更安全。由于 Li-Fi 信号是搭载在很窄的一束光信道上,很难穿墙而过,这也就意味着它的安全性很强。WiFi使用中常出现的“蹭网”现象,就可以有效避免。而且这种上网方式并不意味必须要一直开着灯,灯泡可以暗到某个程度,即使看起来是关着的,但仍可以传输数据,使家庭上网将变得更加安全。这种方法还可以使电热水壶、烤箱等任意一种装置,通过LED照明灯便捷地连接网络。情报机构也很有兴趣,他们看重Li-Fi保证信息安全传输的潜力。同时,不同于共用信道的Wi-Fi,Li-Fi的上行和下行信道是独立运行的,黑客必须处在同一个房间之中,并侵入两个信道才能完成一次真正意义上的攻击。

Li-Fi的局限性

1. 优势即劣势。Li-Fi虽然拥有超高速率,安全度极高,而且可以不像Wi-Fi那样被无线电信号所干扰,但它可能受干扰的因素比Wi-Fi还要多。比如,因雾或其他情况光线被遮挡时,Li-Fi信号会减弱。光不能穿透墙壁,但Wi-Fi可以。这意味着如果光源覆盖不到的地方,就无法接收到无线网络信号。

每一盏LED灯所能覆盖的范围远远小于无线路由器的覆盖范围,一个无线路由器有能力覆盖100平米左右的3层楼。但是换成Li-Fi的话,每一个房间和过道都需要布置才能把网络覆盖。毕竟,LED灯照射不到的地方就无法使用的话,始终有点不太方便。

2. 数据的双向传输问题。上网不仅要下载,还要上传。灯光照射在电脑上容易,但电脑或者手机要安装多大的灯泡才能回传数据?总要有来有回,这才构成通信,回传是个大问题。据最新的消息,法国已研制出可以双向通信的Li-Fi技术,目前正在测试中。

3. 行业发展缓慢。实验用的电路离真正的商用很远,处理信号的发射接收设备既大又笨重。要想改变这一现状,就要实现设备的小型化和成熟化,之后才能去谈产业化。而研发芯片需要大笔的钱,在Wi-Fi已然成熟的前提下,还会不会花大把钱搞一个未知技术的芯片?这项技术的推广,还要依靠在某个领域率先应用,Li-Fi要想真正普及,还有很长的路要走。

4. 产业链不够完善。除了芯片生产问题,还存在如何将通信网络接入灯泡、如何使相关产品得到认证等问题。产业链不完善、行业标准不成熟、缺少重量级公司引导,成为了阻碍Li-Fi产业化的重要因素。

Li-Fi的应用

1. 室外应用。在精确定位领域,Li-Fi也展示出了优势。每盏灯拥有一个独一无二的代码,相当于IP地址,在手机中植入相关的感光器后,就能识别出灯光的代码。借用这种技术可以对空间进行分区。如果身处火车站、机场、博物馆等空间较为复杂的地方,这一技术可以帮助用户即时定位。而在博物馆或商店中,用户只要靠近相关的展品或商品,就能接收到相应的解说信息,还能推送相应的折扣信息和广告。

此外,LED路灯甚至可以用来构建室外的Li-Fi网络,使人们在外出时保持联网状态成为可能。

2. 医院上网。因为Li-Fi不会产生电磁波影响,可以应用于医疗界,让很多易受电磁影响的设备实现联网功能。法国南部的佩皮尼昂(Pergignan)医院已于2014年12月在急诊室安装了Li-Fi设备,开始尝试使用Li-Fi。该医院的信息主管介绍说:“我们医院之所以会选择使用Li-Fi技术,主要是因为医院处于地震断层,医院使用的一些防震措施产生了法拉第笼,其带来的电磁干扰会对一些生物医学设备产生影响。”

3 飞机上畅快上网。飞机座位上都有阅读灯,所以我们可以大胆畅想这样的场景:空姐通知你飞机即将起飞,请关掉手机;但你只需要打开阅读灯,就可以用iPad和笔记本等设备继续上网。

对于飞机制造商来说Li-Fi还有一个好处:成本低。Li-Fi免除了布线的烦恼,让航空公司能随时按需调整座椅。传输线的电缆也会增加不少重量,而使用LED灯就不用考虑那么多。就连太空,也或将成为Li-Fi发挥的空间,美国国家航空航天局(NASA)最近宣布了关于Li-Fi在太空旅行中潜在用途的研究计划。

4. 水下通信探测。电磁波的水下传播距离很近,完成水下通信和探测很难。20世纪60年代初,人们发现海水对蓝绿光的传播影响要小得多,可作为水下的一个传播窗口,才解决了电磁波水下通信和探测问题。Li-Fi的出现,使电磁波水下传输有了一个新的选择。利用蓝绿光LED灯构建水下通信或探测系统,有可能加快实现人们长期向往的电磁波水下通信和探测的梦想,从而为潜艇的快速通信、水下特种作战通信和水下目标探测提供高效通信手段。

5. 特殊场所通信。与民用领域类似,在野战医院手术室、战机和舰艇等场所,为防止射频信号干扰,一般不允许使用无线电设备。而武器弹药库、导弹发射井以及保密要求高的特殊场所,同样禁止携带无线电设备。这样一来,这些场合的通信受限,不能很好地满足任务需求。有了Li-Fi后,只需把特殊场所的LED灯接入卫星或其他通信网络中,自然就能规避上述问题,在满足信息保密要求的同时,更好地实施与外部的信息交换,提高任务效率。

6. 电磁波过敏症患者的福音。在美国华盛顿州西部350公里处,有一个小城镇完全没有电磁波,是电磁波过敏症患者的天然避风港,目前也正在考虑应用Li-Fi技术。

Li-Fi和Wi-Fi可互为补充

Li-Fi和Wi-Fi最终谁会取代谁,其实没必要争个你死我活,就像自行车和汽车,各有各的好处。Wi-Fi网速一般,但是看网页聊扣扣足够,信号无死角也方便。Li-Fi 在市场上的爆发需要整个产业链认可,还需要市场来检验。Li-Fi的发展途径很有可能像蓝牙、Wi-Fi等技术一样,先解决了技术瓶颈、标准化的问题,才能够逐渐形成大规模产业化,甚至进入消费级市场。

不过,即便 Li-Fi 初期不能替代 Wi-Fi 技术,两种系统也能平行应用,以搭建一个效率更高的网络。或许,Li-Fi和Wi-Fi相互配合、互为补充,才是理想模式!



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