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必看!不得不知的LiFi知识全解读
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必看!不得不知的LiFi知识全解读

日期:2020-07-15 19:48点击数:

  必看!不得不知的LiFi知识全解读

   Li-Fi(Light Fidelity)是相当于Wi-Fi的可见光无线通信(VLC)技术,能利用发光二极管(LED)灯泡的光波传输数据,可同时提供照明与无线联网,且不会产生电磁干扰,有助缓解现今网络流量爆增的问题,因而发展前景备受看好。

   今日世界已离不开Wi-Fi,它无所不在,街坊邻居都有、各咖啡馆免费提供,智能型手机也少不了它。我们都认识Wi-Fi,但你知道Li-Fi吗?

   随着移动无线存取的需求不断成长,移动网络及Wi-Fi的堵塞情形将会持续加剧,届时就算增加额外射频资源(Radio Frequency, RF),可能都不足以解决问题,此现象被称作「频谱危机(Spectrum Crunch)」。但一项更具发展性的解决方案正悄悄现身;据统计,70%以上的移动流量皆出自于室内环境,Li-Fi能藉由在发光二极管(LED)光照地区供应互补又不相干扰的带宽,来解决这样的频谱短缺现象,其庞大的数据密度容量也能为现有的射频网络减轻负担。

   Li-Fi为Light Fidelity之缩写,是相当于Wi-Fi的可见光无线通信(Visible Light Communications, VLC)技术,由英国pureLiFi公司首席科学官兼爱丁堡大学教授Harald Hass所发明。此破天荒的新创技术利用来自LED灯泡的光波传输数据,能同时为使用区域提供照明以及无线通信,藉此提供铺天盖地的无线网络链接,使所有室内环境或任何光照之处都能取得网络联机。

   可见光通讯泛指任何透过可见光传输的数据通讯,主要依赖白光,相对的概念为红外线(Infra Red),也就是目前多使用在远距控制的通讯方式。

   除了数据通讯,Li-Fi也带来更进阶的网络能力,包括数据漫游(Data Roaming)、换手(Hand Over)以及多重存取。

   Li-Fi发展背景

   亚历山大?贝尔最为人所知的身分,是电话的发明者,但他同样也是在1880年首位展示光通讯系统的人。事实上,在发明电话仅仅四年后,贝尔就拨出了全世界第一通无线电话。这通电话是透过使用光、而非无线电的Photophone设备。但贝尔需要利用日光来传输,因此使用范围相当受限。

   Harald Haas教授和他在爱丁堡大学的研究团队率先发展出现代Li-Fi的概念,研发的实验室甚至就位于亚历山大?贝尔楼(贝尔出生于爱丁堡,且为爱丁堡大学校友)。Li-Fi的出现,可望解决频谱日渐壅塞的问题。Harald Haas教授在2011年七月TED全球大会上,利用串流直播影片首度展示Li-Fi技术。pureVLC公司于2012成立,专攻商用Li-Fi。

   Li-Fi的召唤更具发展性的解决方案

   如同Wi-Fi,Li-Fi使计算机、笔电和智能型手机等电子设备能够连上无线网络。虽然Wi-Fi最初仅针对上述设备发展,现在已经广泛运用在连结生活各事物上:打印机、电视、喇叭、耳机,甚至运动鞋!简单来说,Li-Fi的角色等同于Wi-Fi,只是使用光波作为媒介,而非无线电讯号。

   LED灯泡因为省电、安全性高,正迅速取代传统日光灯,而Li-Fi正是使用来自LED灯泡的光波来传输数据,因此可以同时提供照明以及无线数据传输。

   想象将运用Li-Fi技术的LED灯泡装设在您的客厅、办公室中,或甚至是您的书桌及床边的灯。运用Li-Fi之LED灯泡所照亮的地方,也都能同时享受由Li-Fi带来的通讯便利。

   Li-Fi和Wi-Fi之间的差别

   Li-Fi可以将LED台灯变成类似Wi-Fi路由器的无线接取点。除了提供照明这个优势以外,它们还有什么不同功用?

   解决堵塞问题

   Wi-Fi使用发展相当受限的射频(Radio Frequency)技术,像是计算机、笔电、打印机、智能型电视、手机和平板等设备必须相互争取带宽。而随着冰箱、手表、相机等更多能使用Wi-Fi的装置陆续面世,加上来自移动网络的数据分流,流量的壅塞情况越发严重,信息传输的质量也跟着受到影响。Li-Fi使用光波的频率,其带宽是射频频宽的一万倍以上,且不和Wi-Fi互相冲突。

   安全性

   众所周知,Wi-Fi会产生电磁干扰(Electromagnetic Interference, EMI),影响飞机设备和医疗仪器,且对于发电、或石油与天然气的钻采有潜在危险性。Li-Fi使用光而非无线电波,安全无虞且不会带来电磁干扰。

   数据保护

   无线电波能穿透墙和天花板,但光则无此能力,这区隔出Wi-Fi与Li-Fi在数据保护方面的差异。在建筑外的黑客或入侵者可以潜入透过Wi-Fi传输的室内计算机。但透过Li-Fi传输的信息只能在LED灯照明范围内存取。

   速度

   802.11a/g标准的Wi-Fi提供高达54Mbps的数据通讯速度,目前也有能够将速度提升到1Gbps的技术。然而,爱丁堡大学(pureVLC的研究伙伴、同样也是Li-Fi之父Harald Haas教授的母校)已经利用单色光源展示出3Gbps的速度。利用全色(红、绿、蓝)LED灯更能提升到9Gbps。

   Li-Fi如何运作

   标准LED灯泡由驱动器控制,驱动器可以开关并调整亮度。而在运用Li-Fi技术的LED灯泡中,驱动器透过控制LED灯来传输经过编码的数据,接着利用光传感器接收数据,接着译码。这套运作模式的概念和摩斯密码雷同,但速度却可达数百万倍,已是人眼无法辨识的速度。

   接收器有光学组件,且速度足以辨识出光源的明暗差异,也有充分能力译码Li-Fi数据,接着传送到笔电等连结设备。设备可以同时装有发送器和接收器,享受双向通讯。

   Li-Fi的必备条件

   Li-Fi是一项供无线通信使用之连网、移动、高速可见光通讯解决方案。为了在室内环境提供全面的无线网络联机,每套Li-Fi系统须具备以下条件:

   .高速

   无线数据需求的指数性成长不只是因为使用者增加,诸如影片串流和档案下载等需要大量带宽的高速下行链路服务也进一步刺激需求。因此Li-Fi系统更须提供高速以能维持现有的网络服务并满足用户。

   .双向性

   为了提供稳定的网络联机,从设备端到网络端都应该要具备逆向连结(Reverse Link),让设备能请求、或修改信息,且在现今信息爆炸的年代,提供上传照片和影片的功能。因此为了要提供完整的网络运作和用户体验,双向通讯是必不可少的要件。

   .多重存取

   射频网络若要服务大量用户,每站蜂巢式基地台(服务数百位移动通讯用户)和每个Wi-Fi存取点(服务数十台使用者设备)都需要在连网的每一方之间分享时间或是频率资源。理论上来说,一处含有数名使用者与设备的特定区域,可以藉由单一照明设备提供光线,将Li-Fi加入此光源将会需要类似的资源共享。这就是所谓的「多重存取」,有助于将无线存取扩展至光照空间、以及网络范围内的所有用户。

   .移动性/换手(Handover)

   最后,因为光线天生具备与射频信号相反的「定向性」,无论室内外的任何空间都需要数个照明设备才能提供充分光线。由于在Li-Fi网络中,每个光源都是一个无线存取点,要如何让使用者在移动的过程中还能享有完整不断的通讯联机,便成了网络运作最重要的课题:网络必须要能在存取点之间「换手」使用者。少了此功能,移动通讯用户就必须不停与各个网络存取点重新建立连结、并重启设备上的信息传输流程。

   上述条件的共同目标,都是希望能减少干扰、提高效率,并改善使用体验。对于Li-Fi的运作来说,都是相当基本的需求。

  

文章来源:新电子

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