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让光点亮无线网
[2015-12-11 14:15:00]

    作者:记者 张晶晶  来源:《中国科学报》(2015-12-11 第8版 新知)



图片来源:百度图片

    11月底,据美国科技类博客TechCrunch报道,爱沙尼亚一家名为Velmenni的创业公司在小型环境中部署了名为Jungru的Li-Fi技术,第一次成功完成了对Li-Fi在“现实生活中的测试”。Jungru利用了LED灯,使数据传输速率达到Gbps级别。据BBC报道,Jungru的理论数据传输速率能达到224Gbps,约为目前美国境内Wi-Fi平均传输速率的100倍。
    Velmenni公司的首席执行官表示,他们在一家私营企业客户处进行了实验,架设了一个Li-Fi网络,通过该网络从办公室访问互联网。
    这是否意味着,几年前曾经火暴一时的Li-Fi,终于能从实验室走进生活了呢?

    Li-Fi的“前世今生”

    Li-Fi是Light Fidelity的缩写,即VLC(Visual Light Communication),可见光无线通信技术,又被称为光保真技术,是一种利用可见光波谱进行数据传输的无线传输技术,比如灯泡发出的光。
    大部分人知晓Li-Fi是因为英国爱丁堡大学电子通信学院移动通信系主席、德国物理学家Harald Hass教授在2011年进行的一次TED演讲,朗朗上口的名字加上10倍于Wi-Fi的数据传输速度,搭载着TED这一“传播飞船”,Li-Fi的名字逐步为世界所知。
    但也有人指出日本庆应义塾大学的Nakagawa教授是更早的Li-Fi提出者,只是当时用的不是Li-Fi这个名字。当时行业内的主要研究方向是激光和红外领域,而逐渐兴起的LED产业成为Nakagawa教授的灵感来源——LED作为固态器件,拥有很大的带宽,Nakagawa教授因此萌生了将灯光转为信号的想法。
    Li-Fi的实现简单来讲只需要一个光源,比如一个标准的LED灯泡,一个网络连接口以及一个控制装置。它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。
    中科院半导体所研究员、光学无线通信专家刘育梁在接受记者采访时解释说,所谓“组网”指的是完成了一点发射源或多点发射源对多个计算机的信号传输,Li-Fi组网在实验室阶段完成已不是新鲜事。他同时提醒说,所谓的传输速度达到多少,是建立在很多前提条件下的,比如说传输距离。
    早在2010年,由中国科学院半导体研究所研发成功的半导体照明信息网技术,就在上海世博会的航空馆和沪上·生态家进行了展示。飞机内半导体照明信息网基于非射频接入的特性,将飞机内部的LED阅读灯作为网络接入点,实现了飞机内上网的梦想。而在家居领域,通过用手机或者电脑对家中的LED灯进行遥控,就可以“指挥”家电们工作,享受智能家居生活。
    2013年10月,复旦大学信息科学与工程学院成功将网络信号接入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,这在当时达到了世界领先水平。

    Li-Fi 与Wi-Fi

    Hass教授的演讲之后,Li-Fi可谓在全球掀起了一阵热潮,不少LED生产厂商也开始进行可见光通信领域的研发。但长期以来却仍然停留在学术讨论阶段。
    在采访中,刘育梁列举了与传统通信和控制方式相比,Li-Fi网络具备的优势:兼具照明、通信和控制功能;无电磁污染——适用于飞机、医院、工业控制等射频敏感领域;绿色环保、方便快捷——无须无线电频率许可,适合在智能家居、智能交通等领域应用;适合水下通信——基于蓝绿光LED灯的半导体照明信息网技术可用于水下高带宽通信;具有更大的带宽潜力——未来能够达到每秒几百兆甚至更高的接入速度;适合信息安全领域应用——只要有可见光不能透过的障碍物阻挡,半导体照明信息网内的信息就不会外泄。
    英国《每日邮报》11月30日的一则报道在全球范围内引发了对于电子过敏症(EHS)的关注,英国公立中学奇平诺顿学校的一名女中学生珍妮·弗莱,因为对学校Wi-Fi过敏,生活痛苦不堪,最终自杀身亡。英国的EHS慈善组织称有4%的英国人患有这项过敏症。尽管有人提出珍妮的自杀是源于心理问题,但无可争议的一点是,越来越普及的Wi-Fi正在不断挤压这些EHS患者的生活空间。如果将来Li-Fi能够大规模推广使用,对这部分人群来说可能是一个好消息。
    可见光不能穿透墙壁,这一关键事实使得能够穿墙的Wi-Fi获得了很大优势。但这也赋予了Li-Fi 除了能够提供比Wi-Fi更高的带宽之外的另一优势——安全性。光无法穿墙传输信号,这要求黑客必须处在同一个房间之中才能完成一次真正意义上的攻击。
    利用与802.11相似的协议,Li-Fi技术通过附加标准消除干扰光和环境光的影响。尽管如此,Li-Fi仍然无法在户外阳光下,或其他异常环境下部署。

    Wi-Fi短期内不会被取代

    由Haas教授创立的公司PureLiFi在2013 年为美国一家医疗服务提供商提供服务,这是它的第一个客户。2014 年,Li-1st 问世,可以实现双向的数据传输,只对合作客户开放购买。2014年年底,PureLiFi发布Li-Flame,同样是面向行业合作伙伴,这款产品可以将现有的照明装置改装成Li-Fi AP。整个装置包括一款USB接收器,连接至Li-Fi AP 后便可接入网络。
    科技部于2013年上半年启动了中国第一个可见光通信相关国家高技术研究发展计划(国家“863”计划)和国家重点基础研究发展计划(国家“973”计划)项目的研究工作。在“863”“973”课题下,国内多个大学和科研机构都在开展可见光通信研究,多个大学在实验室实现了Li-Fi通信、定位等技术验证,中科院、复旦大学、北京大学、中国科学技术大学的多个团队都在此列。11月13日,我国“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。
    作为独立于现有无线电技术之外的另一套体系,Li-Fi要获得现体系的支持并不容易。除了科研机构之外,对Li-Fi技术投以极大热情的便是LED厂商。将传统LED灯拓展成网络入口,是一个潜在的巨大的市场机遇。但这需要终端厂商、芯片厂商的配合,毕竟要规模应用于消费电子领域,还需要实现设备的小型化并且尽可能优化用户体验。
    刘育梁介绍说,国内在可见光通信方面的研究与国际齐头并进。目前半导体所已经向一些特殊使用场景的客户提供了产品,未来也将集中在为特殊应用场合提供服务上。他表示,Wi-Fi目前便宜又好用,Li-Fi要在短期内取而代之并不容易。Tech Crunch对此也持类似观点,认为Li-Fi以及其他基于可见光的通信系统在一些小众领域有增长空间,但Wi-Fi短期内不会被淘汰。
 

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