LIFI技术及其应用与发展

1、网络原理与实用技术 综合练习工程实验报告研究课题：LIFI技术及其应用与开展班 级：测绘13-3团队成员：吴春灿、王旭博、谢栋平、杨铭、 尤天鑫实验时间：2022-05-09LIFI技术及其应用与开展1、LIFI技术的产生与兴起1 .LIFI技术由现的背景一项基于光源的无线传输技术 LiFi正在试图改变世界.近日,从复旦大学 信息科学与工程学院的实验室里传来了LiFi技术成功应用的消息,科研人员将网络信号接入一盏1W的LED灯泡内,灯光所及之处,4台电脑立即可以正常 上网,单向速度最快高达3.7G/S ,速度完胜10M/s左右的4G网络.一夜之间, “灯光上网成为社会热点,更有人士大胆预言：L

2、iFi将是WiFi的终结者.对此,有专家提出异议,认为LiFi与WiFi之间并非对立,而是互补.LiFi假设 想实现如WiFi股流畅上网并实现商业化推广,还有很长一段路要走.近些年来,无线通讯逐渐变成了像水和电一样的根本生活必需品,人们每天都用它交流,学习,工作等,无线通讯几乎参透入人们生活的每一个角落.无线 通讯主要应用电磁波的理论,沉着量上说,电磁波有其局限性,它的频谱资源稀 少而昂贵,这样局限性使其不能满足日益增长的对数据传输字节或数据.从能效上说,全球有上千上万个基站,它们的无线通讯重要组成局部,但其消耗的能源有不少于70溢用来冷却基站的,大局部能耗浪费在大气中,只有一小局部的能 耗为

3、我们提供了通讯效劳.于是,LiFi技术很有可能成为解决容量和能耗的问 题,作为无线通讯中的重要组成局部.它也有可能与WiFi竞争,成为人们接入互联网的通路.1.2 LIFI 技术的概念LIFI (Light Fidelity) 可见光无线通信(称为 LiFi-Light Fidelity) 是 利用快速的光脉冲无线传输信息,即光照上网-以LED照明灯发出的光当作网络信号的传输工具.LED光学网络通过可见光来传输网络信号, 可以直接利用路灯、 室内照明以及公共照明等已有的能耗输出来完成双重任务.灯光上网的特点是低辐射、低能耗,低碳环保.其原理是根据不同速率在光中编码信息,例如 LED 开表示1,

4、关表示0,通过快速开关就能传输信息.2、LIFI技术的开展2.1lifi技术的开展历程2022年12月,哈斯和他在英国爱丁堡大学的团队最新创造了一种专利技术, 利用闪烁的灯光来传输数字信息.通过给普通的LED丁泡加装微芯片,使灯泡以 极快的速度闪烁,就可以利用灯泡发送数据.而灯泡的闪烁频率到达每秒数百万 次.通过这种方式,LED灯泡可以快速传输二进制编码.但对裸眼来说,这样的 闪烁是不可见的,只有光敏接收器才能探测.这类似于通过火炬发送莫尔斯码, 但速度更快,并使用了计算机能理解的字母表. 使用标准的LED照明灯,哈斯与 他的同事戈登波维创立的研究小组已经到达了两米距离的 130兆比特每秒的传

5、 输速度.随着白炽灯、荧光灯逐渐退出市场并被LED取代,未来任何有光的地方 都可以成为潜在的LiFi数据传输源.想象一下这样的场景：在街头,利用路灯就可以下载电影；在家里,翻开台 灯就可以下载歌曲；在餐厅,坐在有灯光的地方就可以发微博；即便是在水下, 只要有灯光照射就可以上网.LiFi另一个巨大的好处是在任何对无线电敏感的场合都可以使用,比方飞 机上、手术室里等.2022年10月,复旦大学计算机科学技术学院表示该技术在实验室成功实现. 研究人员将网络信号接入一盏1W勺LED灯珠,灯光下的4台电脑即可上网,最 高速率可达3.25G,平均上网速率到达150M堪称世界最快的“灯光上网.11 月,10

6、台样机亮相2022年上海工博会.目前,通过改良智能 上的LED磔摄像头、屏幕、闪光灯等,是LiFi走向群众消费市场的最快路径.哈斯与波维创立了一家VLC见光通信公司,并研发出一款智能 应用,该应用使一对 iPhone实现了低速率的数据传输.在拉斯维加斯举行的2022年消费电子展览会(CES)上,卡西欧发布了两部使用可 见光进行数据传输的智能 .三星、西门子等电子巨头没有错过这场盛宴.三星在2022年就开始利用搭载LED背光的LCD平面显示器试验可见光通讯,西门子在 2022年通过白色LED 可见光通信,实现了最高500Mbps的通信速度.鉴于LiFi巨大的市场前景,卡 西欧、三星甚至与NEC松

7、下电气、M普、东芝与 NTT等企业一道成立了可见光 通讯联盟.3、LIFI技术的应用前景3.1 LiFi的技术优势LiFi的技术优势主要在于(1)建设便利.灯泡这种设备在早百多年前被人类创造,并在这百多年来 灯泡的技术越来越兴旺.人们可以利用已经铺设好的电灯设备电路, 在需要接入 网络的地方植入一个芯片即可.例如高速公路上的路灯(如图二),人们在高速 行驶的车上能轻易的接收到路灯传来的信号.(2)高带宽,高速率.如图三所示,可见光的频谱带宽是目前电磁波带宽 的10000倍.目前据报道,实验室测试最高速度可达 1Gbps这对于人们对速度 的是个可喜的数据,人们可以随时随地的享受高速带来的体验.(

8、3)绿色,低能耗.人们无时无刻都处在“光这环境中,甚至可以说是 光创造了人类,可见光对于人类来说是绿色的,无辐射伤害的一种物质.因此用 光来作为无线通信的媒质,是一种对人类开展更健康,更可取的方向.同时用光 来通信能减低能耗,由于不需要想基站那样提供额外的能耗. 就算是在白天,只 要把作为“热点的灯的亮度降低人眼所觉察不到的程度即可,在夜晚的时候可以作为数据传输和照明的作用.(4)平安.对于电磁波来说,其可以穿透物体进行传播,从平安角度上看, 这可能会被截取而泄露信息.但对于 LiFi来说,可见光只能延直线传播,不会 穿透墙体的物体.数据只往人们所设定的方向传播,只有利于信息的平安性.5原料丰

9、富折叠目前的无线电信号传输设备存在很多局限性,它们稀有、昂贵、但效率不高,比方 ,全球数百万个基站帮助其增强信号,但大局部能量却消耗在冷却上,效率只有 5%相比之下,全世界使用的灯泡却取之不尽,尤其在国内LED光源正在大规模取代传统白炽灯.只要在任何不起眼的LED灯泡 中增加一个微芯片,便可让灯泡变成无线网络发射器.3.2 LiFi 与WiFi技术的比拟WiFi功能是所有手持设备用户的心头之好. 数据显示,2022年,全球4.39 亿家庭用户使用WiFi,经过WiFi认证的产品发货量超过了 20亿部.不过,由于每月全球50亿 传输的高达6拍字节1拍等于10亿兆的数 据,导致无线局域网和无线通讯

10、网络的无线电频率所剩无几.作为无线数据传输 的最主要技术,WiFi利用了射频信号.然而,无线电波在整个电磁频谱中仅占 很小的一局部.而随着用户对无线互联网需求的增长,可用的射频频谱正越来越 少.这直接导致越来越多的人抱怨无线信号不稳、网速太慢、经常掉线等.就没 有东西能搞定这个难题吗？Herald Haas教授终于找到了替代技术：利用灯泡发出的光传输数据.他在 普通灯泡中植入电子装置,利用光线强度发生的微弱变化传输数据.这种用光波取代无线电波传输数据的新技术叫做 LiFi光保真技术.将可见光用于LiFi , 要调制其输出以使其携带信息,就像 WiFi路由器一样.不过这一技术也有着自身的局限.雅

11、典Harokopio大学信息学讲师ThomasKamalakis推荐了 Haas的技术,但也表示该技术的潜力不应被高估.他表示：“一个明显的问题是,可见光无法穿透物体,因此如果接收器被阻挡,那么信号 将被切断.英国华威大学工程学院助理教授 Mark Leeson也持相同看法.他提出：“问 题在于,我们的 如何使用可见光来通信？Haas表示,这是两个现实问题,但他也有简单的临时解决方法.“如果光 信号被阻挡,而你需要使用设备发送信息,你可以无缝地切换至射频信号.他认为,可见光通信并不是 WiFi的竞争对手,而是一种相互补充的技术,这将有 助于释放频谱空间.主要包括：1、产业链限制.从灯光通讯限制

12、到芯片设计制造等一系列关键技术产品, 都是研究人员动手做,要真正像 WiFi那样走进千家万户,需要通过一系列 的产业化开展,还有很长的路要走.目前来讲,产业链里面还缺少重量级的公司 参加.2、技术局限同时,Lifi技术本身也有其局限性,例如假设灯光被阻挡,网络信号将被切断等 等.因此,它并不是 WiFi的竞争对手,而是一种相互补充,有助于释放频谱空 问.3、行业标准搞可见光通信,就意味着做出来的产品不仅要符合通信的标准,还要符合可见光 的技术标准.相关的产品要有更多的认证工作要做, 这可能不是一两年就可以完 成的.而且怎么通过有线把通信网络接入每个灯泡,也不是那么简单的,目前比较有希望的是同电力线通信PLC联合.4、开展前景其未来,能否产生杀手铜式的应用,还依赖人们无限的想象力：汽车间依靠LED车灯来“对话,飞机客舱里乘客利用头顶的 LED阅读灯来上网4、LIFI技术投入实际应用尚需解决的问题4.1LiFi存在两大瓶颈研究人员坦言,要想真正的量产应用,除了 LiFi技术本身的局限性,例如 灯光容易被阻挡等等原因,摆在他们面前的还有两大瓶颈.首先是数据的双向传 输问题,上网不仅要下载还要上传,灯光照射在电脑上容易,但电脑或者 要 安装多大的灯泡才能回传数据？ “总要