Как усилить Wi-Fi с помощью света

Wi-Fi оказал огромное влияние на мобильное использование компьютеров, позволив нам входить в сети откуда угодно, и превратив обычные кафе в офисы фрилансеров. Он также имеет и свои недостатки, и как раз с ними мог бы справиться новый стандарт, Li-Fi, если предположить, что он сумеет пробиться на рынок.

Каковы основные проблемы Wi-Fi? Он распространяется не особенно далеко, особенно сквозь стены. Печально известна его недостаточная защищенность от взлома хакерами. И даже при изрядном увеличении ширины канала за последние годы, слишком большое количество одновременных подключений довольно легко может вызвать полный затор в сети.

Увеличение мощности Wi-Fi решает проблему в лучшем случае частично. Этот подход не увеличивает безопасность соединения и только отчасти снимает вопросы расширяемости.

И здесь может помочь Li-Fi, или Light Fidelity, развивающийся интернет-протокол, который обеспечивает беспроводной сетевой доступ с помощью видимой части светового спектра. Для регулировки интенсивности света передатчик Li-Fi использует светодиодные LED-лампочки — в основном за пределами восприятия человеческого глаза — и это считывается как данные фоточувствительным приемником. Поскольку светодиодные лампочки изначально оборудованы чипами для контроля испускаемого света, они могут менять его регулировку миллионы раз в секунду, теоретически позволяя передавать данные на скоростях до сотни раз быстрее, чем это делает Wi-Fi.

Однако Li-Fi задуман чтобы дополнить Wi-Fi, а не заменить его полностью. Они будут сосуществовать в таких устройствах как смартфоны, планшеты и ноутбуки, используя для получения и передачи сигнала Li-Fi от светодиодных лампочек уже встроенные в них фотокамеры. Все, что для этого потребуется — переходник с чипом для зашифровки и расшифровки импульсного видеосигнала в цифровые данные.

Li-Fi пока еще находится в стадии разработки, но его создатели говорят, что IEEE в данный момент рассматривает возможность включения его в 802.11 стандарт Wi-Fi. Как замечают в Topic Interest Group представители самого IEEE, «распространение светодиодных ламп базово в целях освещения породило растущий интерес к использованию видимой части светового спектра для беспроводной связи». Однако сами повелители стандартов пока всесторонне изучают различные мнения по этому вопросу.

Например, Уилл Стофега, менеджер программ по технологиям мобильных устройств и направлений на базе IDC, считает, что это самая многообещающая из альтернативных технологий связи, но вместе с тем предупреждает, что финансово заинтересованные стороны будут жестко и любыми способами бороться с малейшей потенциальной угрозой их доходам. Точно так же, как поставщики 4G осыпают клеветой более современную 5G-технологию просто потому, что она угрожает их доминирующим позициям на рынке, Li-Fi в любой момент может встретиться с противодействием.

«Можете быть уверены, что где-то приверженцы Wi-Fi уже сейчас утверждают, что Li-Fi — это ужасное изобретение», — говорит он.

Откуда взялся Li-Fi

В использовании света для передачи данных нет ничего нового: именно так работает ваш телевизионный пульт дистанционного управления. Просто его действие основано на инфракрасном свете, что серьезно ограничивает дальность и пропускную способность.

Li-Fi впервые был представлен в 2011 году на конференции TEDGlobal профессором Харальдом Хаасом, заведующим кафедрой мобильных систем связи университета Эдинбурга и соучредителем/ директором по науке компании pureLi-Fi Ltd, занимающейся выводом Li-Fi на мировой рынок.

Хаас говорит, что на изобретение Li-Fi повлиял частотный дефицит. Он рассказал, что работал над стандартом 4G для компании Siemens, когда вдруг понял, что величины частотного радиодиапазона недостаточно для таких вещей, как мультимедиа. С тех пор он разработал первый в мире Li-Fi-кодировщик, а также в партнерстве с французским производителем электролампочек Lucibel сделал первый светильник с интегрированной Li-Fi-технологией. Этот Li-Fi светильник был продемонстрирован на MWC нынешнего года.

«Li-Fi сейчас на той стадии, где Wi-Fi находился пятнадцать лет назад, а через пять-десять лет Li-Fi будет распространен так же повсеместно, как и Wi-Fi сейчас», — заявляет Хаас.

Ананд Осваль, старший вице-президент по конструированию и разработке группы корпоративных сетей Cisco, сообщил, что в Cisco считают Li-Fi «перспективной и многообещающей технологией с большим потенциалом». Стратегия Cisco — со временем довести разработку технологии Li-Fi до готового продукта, однако Осваль добавляет: «Мы все еще на стадии исследования. Cisco пока не строит никаких определенных планов по поводу продуктов и решений, относящихся к Li-Fi».

Cisco объединяется с партнерами для исследования путей плавной интеграции этой технологии в беспроводную инфраструктуру компании. «Это позволит технологии Li-Fi сэкономить десятилетия на внедрении в область владений Wi-Fi.»

Одна из групп, весьма заинтересованных в продвижении Li-Fi — это розничные продавцы, которые усматривают здесь потенциальную замену технологии Beacon. Так говорит Джерри Джонсон, президент и директор компании Energy Management Collaborative, провайдера контроля энергопотребления и решений IoT. Также он видит заинтересованность правительств, аэропортов, владельцев коммерческих помещений и зданий, которые хотели бы дополнить сеть Wi-Fi или использовать Li-Fi для коммуникации с людьми в переговорных комнатах.

EMC планирует продавать лампочки Li-Fi по всей стране, и уже подготовила плацдарм для этого на 80 тестовых сайтах.

Некоторые компании уже сейчас тестируют Li-Fi, но пока они не афишируют эту информацию. Джонсон также добавил, что штатные исследователи EMC на собственном опыте доказали, что Li-Fi может передавать информацию в сто раз быстрее, чем уже привычный Wi-Fi.

Как работает Li-Fi

Ключевая разница между обычной светодиодной LED лампочкой и ее аналогом, подготовленным для Li-Fi, состоит в том, что управляющий контур в Li-Fi-лампочке посылает и получает беспроводные сигналы, шифруя данные при помощи изменений интенсивности света. Некоторые из них можно подключить к сети с помощью кабеля CAT5, другие же подсоединяются туда через электропроводку.

LiFi создает двухстороннее соединение с использованием на обоих концах специального фотодетектора: один на светодиодной лампочке в комнате, а второй — на самом мобильной устройстве или же декодере, присоединенном к этому устройству.

Декодер Li-Fi внешне очень похож на флешку

Декодер снабжен инфракрасным светодиодом, который посылает информацию обратно к потолочной лампочке. Если вы движетесь по комнате с многочисленными Li-Fi-лампочками, ваше устройство в постоянном режиме автоматически отслеживает, откуда идет самый сильный сигнал, и переподключается именно к этому источнику света, поэтому сигнал всегда остается сильным и устойчивым.

Когда Li-Fi войдет в нашу жизнь?

Хаас предполагает, что смартфоны и другие устройства начнут оборудовать Li-Fi-декодерами через два-три года, но конкретизировать он затрудняется.

Стофега же заявляет, что пока никакого интереса в Li-Fi от производителей мобильных устройств он не заметил — добавляя, однако, что большая часть из них сейчас сосредоточена на разработке 5G.

«Это будет несложно в изготовлении, это будет не особенно дорого, но изготовители смартфонов и прочих мобильных устройств захотят доказательств, что техническая сторона окончательно проработана и будет внедрена повсеместно к тому моменту, когда они доработают свои продукты», — говорит он. — «Я даже наблюдал нежелание сильно вкладываться в 5G, поскольку они все еще дорабатывают и согласовывают этот стандарт».

Добавление Li-Fi к существующим устройствам относительно недорого, полагает Джонсон. «Затраты по этой технологии падают столь стремительно, что снабдить ею электронное устройство проще простого», — говорит он. «Li-Fi будет использовать существующую технологию встроенных фотокамер. Камера вашего ноутбука или смартфона отлично справится, ей всего лишь потребуется чип декодера, который в дальнейшем будут монтировать еще на заводе. Но если Li-Fi станет частью стандарта 802.11, то чип Wi-Fi будет также обрабатывать и сигнал Li-Fi.»

В чем разница между Li-Fi и Wi-Fi?

Li-Fi отличается от Wi-Fi несколькими ключевыми моментами, а именно: радиус действия, помехи и пропускная способность. Одно из ограничений, с которым вы сталкиваетесь при переходе с 2,4 ГГц на 5 ГГц — вы теряете дальность сигнала. Если вы еще больше повышаете частоту, радиус уменьшается еще сильнее.

Дальность действия Li-Fi, в общем-то, ограничивается мощностью источника света. Обычный офисный светильник перекрывает два-четыре метра, после чего слабеет. Проблема дальности решается избыточностью, заявляет Хаас. Многочисленные потолочные лампочки, передающие информацию, создают достаточно прочное покрытие, даже если каждый из единичных сигналов слабеет через несколько метров.

Теоретически, Li-Fi предлагает значительно большую пропускную способность, нежели Wi-Fi. Хаас говорит, его компания pureLi-Fi только что опубликовала научную работу, где описан опыт передачи информации на скорости 8 Гбайт/сек от одной маленькой светодиодной микролампочки.

Поскольку видимый свет полностью отличается от других типов радиочастот, возможность помех сигнала отсутствует, к тому же доступный частотный диапазон в тысячу раз шире, нежели полные 300 ГГц радиоспектра. Также Хаас замечает, что светодиодному сигналу даже необязательно быть настолько ярким, чтобы его видел человек.

В чем проблема Li-Fi

Как у любой новой технологии, у Li-Fi есть свои трудности. Wi-Fi хотя бы имел за спиной полную поддержку корпорации Intel. Li-Fi продвигает всего-то профессор шотландского университета, хотя у него и появились такие мощные союзники, как Cisco и British Telecom (о партнерстве последнего с pureLI-FI Хаас упомянул, но в детали этого взаимодействия не вдавался). «Любой новой технологии, прежде чем она получит широкую поддержку, приходится преодолеть несколько барьеров», — говорит Осваль. — «Тем не менее, часто они — всего лишь вопросы технического прогресса, порой идущего наравне с потреблением».

Стофега полагает, что если IEEE сделает Li-Fi частью стандарта 802.11, это будет решающий аргумент, поскольку все будущие чипы 802.11 от Qualcomm, Intel и других будут его поддерживать. Далее вопрос будет только в распространении достаточного количества соответствующих светодиодных лампочек. Со своей же стороны, Хаас говорит, что у него по этому поводу есть какие-то новости от IEEE, но пока не разглашает, какие именно.

По мнению Осваля, для успеха Li-Fi нужно выполнить обещания, касающиеся пропускной способности и охвата; далее на рынок должны выйти оборудованные новыми возможностями устройства; также необходимо, чтобы параллельно образовалась сеть производителей и продавцов Li-Fi-лампочек.

Однако Джек Голд, президент консалтинговой компании J.Gold Associates, настроен скептически. «Со светом пытаются работать давно, ничего особенно нового здесь нет», — говорит он. — «Используя свет, вы можете достичь огромной пропускной способности, но это не так просто, как оно звучит».

Опять же, не стоит забывать о том, что Wi-Fi работает весьма неплохо, и он есть практически везде. Если уже привычную, довольно надежно работающую технологию попытаться заменить или хотя бы дополнить какой-то новой, то она должна быть лучше, считает Голд.