Светлое будущее: технология Li-Fi

Использовать свет для передачи информации люди начали с древних времен: жгли сигнальные костры, строили сторожевые башни, чтобы огонь был виден издалека. Позже появились гелиографы — устройства для отправки сигналов с помощью переотражения солнечного света, морские светосигнальные прожекторы, которые используются до сих пор, в более совершенном исполнении. В 19 веке активно разрабатывались технологии с использованием инфракрасного излучения. В 1880 году Александр Белл, больше известный своими разработками в области развития телефонии, запатентовал фотофон, в котором отраженный от зеркала солнечный луч модулировался голосом и передавался через атмосферное пространство на фотоприемник. Некоторые считают именно это изобретение прародителем  Li-Fi.

На фото: фотофон Александра Белла

Говоря простым языком, Li-Fi — это технология передачи данных с помощью света бытовых светодиодных ламп. Термин придумал немецкий физик Харальд Хаас (Harald Haas) — по аналогии с Wi-Fi. На конференции TED Talk в 2011 году он впервые предсказал использование твердотельных источников света в качестве беспроводных роутеров для передачи данных. В 2014 году на Mobile World Congress в Барселоне было представлено первое работающее Li-Fi устройство для пользователей. А в июле 2023 года появился стандарт световых коммуникаций IEEE 802.11bb, который определяет спецификации и системную архитектуру для беспроводной связи с использованием световых волн.

Лампы с поддержкой Li-Fi имеют встроенный чип, который преобразует световые волны в электрические сигналы, а принимающее устройство расшифровывает информацию. И все это на сверхвысоких скоростях, ведь в мире нет ничего быстрее света (хотя нужно отметить, что радиоволны в вакууме распространяются с той же скоростью, что и свет). Уже на первых лабораторных испытаниях в 2015 году скорость передачи данных составила 224 Гбит/с, а более поздние тесты показали 1 ГБ в секунду — в 100 раз быстрее, чем у обычного Wi-Fi. А теоретический предел скорости около 200 Гбит/с.

Помимо высокой скорости передачи данных разработчики устройств Li-Fi отмечают информационную безопасность и конфиденциальность, ведь при передаче световых сигналов в открытом пространстве их легко канализировать, а в помещении препятствием для утечки информации станут стены и светонепроницаемые шторы. К несомненным преимуществам Li-Fi можно отнести также экологическую чистоту и отсутствие помех для работы оборудования так как свет не производит электромагнитного излучения. Устройства оптической передачи данных потребляют меньше электроэнергии по сравнению с Wi-Fi системами, для их интеграции не нужны дополнительные кабели и провода, что сокращает расходы.

Но несмотря на явные преимущества за прошедшие без малого 10 лет технология не получила особо широкого распространения. В чем же причина?

Уже при первом знакомстве с теорией применения световых волн для передачи информации возникает ряд вопросов, которые во многом и определяют сложности в распространении Li-Fi. Нужны ли для Light Fidelity особые светодиоды? Можно ли модернизировать уже существующие источники света под новую технологию или их придется заменять? На каком расстоянии могут работать устройства? Что происходит со связью в темноте? И это только некоторые из них.

Хотя Харальд Хаас утверждал, что любой светодиодный источник света может интегрироваться с  Li-Fi устройствами, это лишь отчасти верно. Сегодня на рынке бытовых осветительных приборов в основном представлено оборудование на основе светодиодов синего спектра в сочетании с люминофором, так как оно дешевле, чем применение отдельных RGB чипов для получения белого света. Но инерционные люминофоры препятствуют высокочастотной модуляции световых волн. Поэтому сейчас ведутся активные разработки по получению инновационных люминофоров, обладающих минимальным временем после­свечения. И в дальнейшем можно ожидать, что все осветительные приборы будут выпускаться с более совершенными светодиодными чипами, рассчитанными на интеграцию с Li-Fi.

С другой стороны, ученые разрабатывают способы модернизации уже существующего светодиодного осветительного оборудования под требования сетей оптической передачи данных. Один из путей решения — использование специальных модулирующих контроллеров, которые могут интегрироваться с уже действующими светодиодными светильниками для преобразования световых волн. В зависимости от передаваемой информации, модулятор регулирует пропускание или отражение света на невидимой глазу частоте, трансформируя световой поток в бинарный код. 

Наряду с проблемами внедрения Li-Fi, решение которых лишь вопрос времени, существуют и неразрешимые, связанные с особенностями световых волн. Так, свет не может проникать сквозь стены и другие твердые тела, поэтому передача данных от одного источника возможна в пределах комнаты, да и то на расстоянии 10 метров, тогда как тот же Wi-Fi покрывает площадь 32 метра. Не получится использовать устройства Light Fidelity на открытом пространстве в светлое время суток и, конечно же, в темноте, при отсутствии светодиодных светильников. 

 «Я не могу поверить в качество этого видеоурока в разрешении 8K! Такое ощущение, что ты действительно… Ох, Тед, ты не мог бы сдвинуться немного? Ты блокируешь сигнал. Спасибо». Фото с сайта arstechnica.com

Учитывая все факты, можно сказать, что технология передачи данных с помощью светодиодных источников света вряд ли можно рассматривать как альтернативу уже традиционным Wi-Fi сетям. Скорее можно говорить о взаимном дополнении и сосуществовании. Активного развития Li-Fi следует ожидать там, где затруднено или невозможно применение радиоканалов или же в приоритете высокая скорость передачи данных. В чувствительных средах, исключающих радиопомехи, например, в больницах и лабораториях. В учреждениях с повышенными требованиями к информационной безопасности — военно-промышленном комплексе, в банковской сфере. Найдет свое применение Li-Fi и в развивающемся Интернете вещей (IoT), для нужд которого требуется все большее количество различных устройств. Безусловно, интересна эта технология для проектировщиков автономных устройств и транспорта.

Так что хотя Li-Fi не произвела ожидаемой промышленной революции, это несомненно технология будущего, которая еще проявит себя в самых различных областях нашей жизни.