Известна особенность людей: до того как будет сделано какое- либо замечательное открытие, они удивляются, как это оно может быть сделано, а после того — как это оно не было открыто раньше?
Я. А. Коменский
Инфракрасный порт, Bluetooth, сейчас идет эра Wi-Fi — так проходило развитие устройств для беспроводной передачи информации.
Wi-Fi (аббревиатура от «Wireless Fidelity» — беспроводная высокая точность) — современная технология беспроводного соединения, позволяющая объединять компьютеры в локальную сеть или обеспечивать доступ в Интернет. Иными словами, это устройство, позволяющее получать доступ к Интернет-ресурсам прямо «из воздуха». Казалось бы, что ничего нового и более скоростного изобрести невозможно.
Но в 2011 году профессор Эдинбургского университета Харальд Хаас представил новейший проект (Li-Fi), который может перевернуть представление о технологиях передачи данных беспроводным путем, а также понятии света и освещения как такового, поскольку, забегая вперед, в качестве источника передачи данных используется видимая световая волна. В своей статье я хочу сравнить эти две технологии.
Для начала обратимся к истории возникновения данных проектов и выясним их предназначение.
Wi-Fi был создан в 1991 году компанией NCR Corporation/AT&T (впоследствии — Lucent Technologies и Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды. Создателем является Вик Хейз. Продукт обеспечивал скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с. Для работы Wi-FI было внедрено несколько специальных стандартов шифрования, на данный момент используется лишь один, это метод шифрования — WPA. С развитием технологии скорость смогли увеличить вплоть до 600 Мбит/с (по стандарту IEEE 802.11n). То же можно сказать и о диапазоне работы. Сначала Wi-Fi ограничивался расстоянием в несколько метров, но со временем расстояние увеличилось до сотен и тысяч метров.
В основе принципа работы беспроводной сети лежат радиоволны, которые применяются, например, в сотовой связи, телевидении, радиоприемниках. Обмен данными по беспроводной сети похож на переговоры с использованием радиосвязи. Далее происходит следующее:
- Wi-FI-адаптер превращает данные в радиосигнал и передает их в эфир с применением антенны;
- беспроводной маршрутизатор принимает и декодирует этот сигнал;
- таким же образом происходит и обратная связь, маршрутизатор получает информацию из Интернета, преобразует ее в радиосигнал и передает на адаптер беспроводной связи компьютера.
Применяемые для работы Wi-Fi приемники и передатчики очень похожи на устройства, применяемые в сотовых телефонах и радиоприемниках. Они могут передавать и принимать радиоволны, а также преобразовывать единицы и нули цифрового сигнала в радиоволны и наоборот. Также есть и различие, которое состоит в частотах радиоволн. Wi-Fi-адаптер работает на частотах от 2,4 Ггц до 5 Ггц. Данные диапазоны во много раз превосходят те, что используются в радиоприемниках или сотовой связи. На более высокой частоте можно передавать больше данных, в принципе все логично.
В Wi-Fi используются сетевые стандарты 802.11 в нескольких разновидностях
1. По стандарту 802.11a. В данном случае данные передаются на частотах 5 Ггц со скоростью до 54 Мбит/с, предусматривающую разделение исходного сигнала на передающей стороне на несколько подсигналов. Такой подход позволяет уменьшить воздействие помех.
2. Стандарт 802.11b является самым медленным и самым недорогим стандартом на сегодняшний день. За счет своей стоимости этот стандарт был широко распространен. Данные передаются на частотах 2,4 ГГц со скоростью до 11 Мбит/с.
3. Стандарт 802.11g схож с 802.11b. Данные передаются на частотах 2,4 Ггц, но с довольной высокой скоростью до 54 Мбит/с, за счет кодирования OFDM, как и в 802.11a.
4. Стандарт 802.11n. Является, пожалуй, самым новым и самым быстрым стандартом на сегодняшний день. Теоретически, 802.11g может обеспечивать скорость 54 Мбит/с, но на практике она составляет около 24 Мбит/с по причине перебоев в сети. А 802.11n обеспечивает скорость 140 Мбит/с. Он был утверждён 11 сентября 2009 года Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE).
Wi-Fi передатчики способны работать в одном из трех частотных диапазонах. И могут перескакивать между ними для уменьшения влияния помех. Помимо того, это позволяет многим устройствам использовать возможности беспроводной связи.
Эту технологию по праву можно назвать гениальной. Но и в ней есть свои недостатки.
1. Невысокая скорость.
Конечно, если сравнивать текущие виды связи, такие как 3G/4G и Wi-Fi, по скорости, бесспорно, выигрывает последний претендент. Но мы используем эту технологию достаточно долгое время, и порой даже этого становится мало. Скорость передачи данным способом не превышает 45–50 Мбит/с. В сравнении с локальной сетью, (где скорость в среднем около 100 Мбит/с) бешеным темпом жизни и развитием технологии, для XXI века этого, на мой взгляд, маловато. Пора бы придумать что-нибудь новенькое.
2. Неустойчивость к преградам.
Если вы живете в двухэтажном доме с большим количеством мебели, техники и комнат, хочу вас огорчить, все это может стать препятствием для сигнала Wi-Fi и значительно снизить скорость передачи данных. В данном случае придется затрачиваться на несколько точек доступа для комфортного пользования интернетом.
3. Ограниченный радиус действия.
Радиус действия обычного Wi-Fi маршрутизатора использующего стандарт 802.11b или 802.11g, составляет 45 м в помещении и 450 м снаружи. Однако, если будет происходить наложение сигналов соседних точек, это отрицательно скажется на скорости. Эта проблема может возникнуть при большой плотности точек доступа, например, в больших многоквартирных домах, где многие жильцы ставят свои точки доступа Wi-Fi.
Думаю, теперь стало понятно, что такое Wi-Fi и как работает. Теперь можем переходить к технологии, которая в будущем может перевернуть представление о доступе в сеть. Речь пойдет о Li-Fi. Итак, обо всем по порядку.
Light Fidelity, или сокращенно Li-Fi (аббревиатура в названии составлена, по аналогии с Hi-fi и Wi-fi, из английских слов «light» — «свет» и «fidelity» — «точность»), представляет собой оптическую технологию беспроводной передачи данных. Впервые эта технология была продемонстрирована в 2011 году, на конференции TED Talk ученым и создателем Харальдом Хаас (Harald Haas).
Идея использовать свет в качестве передачи данных на самом деле не так уж и нова. Так, канадец шотландского происхождения, ученый Александр Белл, в 1880 году отправил сообщение при помощи фотофона (подробно о фотофоне можно прочитать в ВикипедиИ).
В последнее время также стал активизироваться интерес к связи в видимом свете. Ученые стали понимать, что распространение светодиодов, которые поддаются более тонкой настройке, чем обычные лампы накаливания, наверняка сделает технологию экономичнее и удобнее в использовании. Есть еще один важный фактор — быстро растущую популярность беспроводных коммуникационных устройств во всем мире.
Еще одна причина, вследствие которой ученые стали искать альтернативу.
У существующей беспроводной Интернет-сети есть проблема: чем доступнее она становится, тем медленнее работает.
В условиях плотных городских застроек диапазон, в котором передаются сигналы Wi-Fi, все чаще переполнен помехами в основном от других аналогичных устройств. Более того, физика электромагнитных волн устанавливает верхний предел пропускной способности традиционных Wi-Fi. Короче говоря, на заданной частоте можно передавать лишь определенное количество данных. Чем ниже частота волны, тем меньше данных она может передать.
Но что, если бы можно было передавать информацию, используя волны гораздо более высокой частоты? Свет, как и радио, представляет собой электромагнитную волну, но она имеет примерно в 100 000 раз большую частоту, чем Wi-Fi сигнал. А лицензия на лампочку не нужна, нужно только, чтобы она очень быстро и точно мерцала для передачи сигнала.
Вряд ли кому понравится идея работать при мерцающем свете. Но Li-Fi стандарт, предложенный всего два года назад, стремительно преобразился с технологической точки зрения.
Во-первых, данные передаются на светодиодные лампочки — это может быть лампа, освещающая помещение, в котором вы находитесь. Она мигает со скоростью до миллиардов раз в секунду. Это мерцание настолько быстро, что человеческий глаз не может его воспринять. (Для сравнения, средняя энергосберегающая компактная люминесцентная лампа мерцает от 10 000 до 40 000 раз в секунду). Приемник на компьютере или мобильном устройстве, на который попадает видимый свет, декодирует это мерцание в данные. Светодиодные лампы передают сигналы в 10 раз быстрее, чем самая высокоскоростная Wi-Fi сеть.
С Li-Fi технологией экспериментировали инженеры компании Oledcomm. Команда университета Фудань представила экспериментальную Li-Fi сеть, в которой четыре компьютера были подключены к одной и той же лампочке. Другие исследователи работают над передачей данных через светодиоды различных цветов.
Изобретение Li-Fi было названо журналом Time одним из самых значимых в 2011 году. А Интернет-издание Huffington Post внесло новую технологию в десятку самых любопытных новаторских идей, за которыми стоило следить в 2012 году. Li-Fi может кардинально изменить способ передачи информации и обеспечить скорость обмена данными до 600 Мбит/с. «При использовании нашей технологии плотность передаваемых данных повышается в тысячу раз, — рассказывает научно-популярному журналу «Фокус» автор изобретения, профессор института Эдинбурга Харальд Хаас. — С помощью светового спектра мы можем передавать данные не одним потоком, как при использовании радиоволн, а тысячью таких потоков одновременно и параллельно на более высоких скоростях».
Электромагнитный спектр, частью которого являются используемые в Wi-Fi и сотовой связи радиоволны, также включает спектр видимого света. Хаас обнаружил, что разная скорость мерцания света позволяет передавать данные: когда лампа включена, передаётся цифровая единица, когда отключена — ноль. Технология Li-Fi работает, модулируя двоичным кодом поток света от специального светодиодного источника. Модуляция осуществляется на высокой частоте, гораздо быстрее, чем это может уловить человеческий глаз. А само приемно-передающее устройство по внешнему виду ничем не отличается от светодиодной лампочки для бытового освещения.
Сейчас в мире используется более 14 млрд. ламп. Для Хааса это готовая инфраструктура, которую нужно оборудовать специальными чипами, стоимость которых будет варьироваться от $1 до $5. Этого достаточно, чтобы превратить обычную лампу в прибор, способный передавать данные.
Учёный считает, что его изобретение не приведёт к полному отказу от использования радиочастот, но уверен, что Li-Fi может заменить привычный диапазон там, где сотовая связь и интернет дают сбой или их использование невозможно. Хаас также называет такой способ передачи данных максимально защищённым от перехвата, ведь зона распространения света, в отличие от радиоволн, ограничена естественными преградами и работает только в условиях прямой видимости. «Эта технология применима везде, где есть освещение, — поясняет Хаас. — Для нас приоритетным направлением является использование Li-Fi в зданиях. И уже на следующем этапе мы будем разрабатывать возможности применения этой технологии вне помещений».
Приемные датчики, подключенные к компьютерам или другим цифровым электронным устройствам, позволяют получать информацию тогда, когда на них падает прямой свет от источника Li-Fi.
Ещё совсем недавно Li-Fi считалась планом на далёкое будущее, однако новая компания Oledcomm представила Android-смартфон, оснащённый Li-Fi приёмником, который находится на месте фронтальной камеры. Данный смартфон показывает нам, что у технологии Li-Fi есть большое будущее.
Также компания Oledcomm представила внешний Li-Fi приемник, который подключается к смартфону с помощью разъёма 3,5 мм. Такое устройство даёт возможность принимать Li-Fi сигнал тем устройствам, которые изначально не оснащены нужным модулем.
Таким образом, можно сделать вывод, что использование видимых световых лучей в качестве передачи данных имеет следующие преимущества перед радиоволнами:
1. Выгода электропотребления (КПД радиомодемов не превышает 5 %, почти вся их энергия уходит в тепло).
2. Светом возможно передавать данные на гораздо большей скорости, чем по радио, но за счет меньшего расстояния.
3. Светодиодные лампочки возможно использовать в очень населенных городах, и точки доступа не будут забиты и «конфликтовать» друг с другом, как на примере с Wi-Fi. Датчики приема и передачи Li-Fi можно установить абсолютно в любых местах: на уличных фонарях, деревьях, зданиях и т. д. Также вполне возможна замена традиционной сотовой связи на гибридную, с использованием технологии Li-Fi в городских условиях.
Новая технология может оказаться в ближайшем будущем самым экологичным и экономичным способом передачи информации. Разработчики технологии во главе с Х. Хаасом готовят несколько пилотных проектов, которые позволят сделать связь Li-Fi такой же привычной, как сотовая и Wi-Fi.
Преимуществом Li-Fi является и безопасность передачи данных. Для того чтобы перехватить информацию, передаваемую через Li-Fi, злоумышленнику потребуется разместить свое шпионское оборудование буквально у вас «на коленях».
Помимо вышесказанного, технология оптической беспроводной связи Li-Fi может без ограничений использоваться в местах, где запрещено использование оборудования, излучающего посторонние радиоволны, которые могут нарушить нормальную работу критичного оборудования. К таким местам, безусловно, относятся реанимационные палаты медицинских учреждений, салоны самолетов и некоторые другие места.
Li-Fi имеет один большой недостаток по сравнению с Wi-Fi: вы, вернее ваше устройство, должно быть в пределах видимости лампочки. При этом нет потребности в специальных лампах, в принципе, к Интернету может быть подключена обычная лампа у вас на работе или дома. Но это будет означать, что, в отличие от Wi-Fi, вы не можете пойти в соседнюю комнату, если в ней нет лампочки с установленным подключением.
Итак, что же такое технология Li-Fi.. Прорыв в науке? Или бесполезная игрушка?
Ученые говорят, что в будущем Li-Fi вполне может стать дешевым и энергоэффективным методом передачи данных по сравнению с существующими сейчас беспроводными радиосистемами.
Я думаю, время покажет.
Литература:
1. Сайт свободной энциклопедии Википедия [Электронный ресурс]: WI-FI: http://ru.wikipedia.org/wiki/WiFi, свободный.
2. Пролетарский А. В. Беспроводные сети Wi-Fi / Пролетарский А. В., Баскаков И. В., Чирков Д. Н. — М.: Интернет-Университет Информационных технологий; БИНОМ; Лаборатория знаний, 2007–216 с.
3. Сайт www.needpc.ru [Электронный ресурс]: Wi-Fi беспроводные сети: http://www.needpc.ru/articles/wi-fi/, свободный.
4. Сайт http://leeet.net/technology_wi-fi.php[Электронный ресурс]:
