LiFi: IoT với tốc độ ánh sáng

Nhu cầu trong tương lai đối với các mạng truyền thông không dây trong các tòa nhà và bên ngoài sẽ còn tăng lên. Giao tiếp ánh sáng quang học được gọi là Light Fidelity (Li-Fi), sử dụng nguồn ánh sáng dựa trên LED làm bộ truyền dữ liệu, cung cấp một giải pháp thay thế cho các công nghệ hiện có như Wi-Fi và LTE.

Giao tiếp bằng ánh sáng, dưới dạng đèn hiệu, đã được sử dụng từ năm 800 trước Công nguyên, đạt đến đỉnh cao vào năm 280 trước Công nguyên với ngọn hải đăng huyền thoại Alexandria. Khoảng 400 năm trước Công nguyên, người Hy Lạp đã sử dụng những chiếc khiên đánh bóng, được gọi là máy bay trực thăng, để truyền tín hiệu trong các cuộc chiến có vũ trang. Hơn 2.000 năm sau, vào năm 1880, Alexander Graham Bell và Charles Sumner Tainter đã phát triển Photophone, một chiếc điện thoại sử dụng ánh sáng để truyền lời nói. Vào năm 2005, nghiên cứu về truyền thông không dây quang (OWC) đã bắt đầu tại Đại học Paris-Saclay và ngày nay đang đạt được mức độ sẵn sàng cho thị trường.

Mức tăng trưởng hàng năm của thị trường Light Fidelity (Li-Fi) được ước tính là 80% cho đến năm 2023 và doanh số bán hàng, trị giá 0,5 tỷ đô la vào năm 2016, có thể bùng nổ lên 75 tỷ đô la vào năm 2023. Thuật ngữ Li-Fi được đặt ra bởi Giáo sư Harald Haas, một nhà nghiên cứu người Đức tại các trường đại học Bremen và Edinburgh, trong một bài thuyết trình tại hội nghị TED Global Talk năm 2011 và là viết tắt của giao tiếp ánh sáng khả kiến (VLC). Li-Fi có thể cung cấp tốc độ nhanh hơn tới 200 lần so với Wi-Fi – về lý thuyết là hơn 200 Gbps. Những lợi thế có thể được tóm tắt như sau:

• Nhanh hơn truy cập mạng truyền thống
• Không có nhiễu điện từ
• Khả năng định vị rất chính xác
• Thân thiện với môi trường
• Cải thiện kết nối trong nhà (y tế, hàng không, quốc phòng)
• Tăng cường an ninh
• Không có rủi ro sức khỏe
• Rất tiết kiệm (không cần giấy phép)
• Hoạt động tốt ở những nơi không cho phép tần số vô tuyến điện hoặc có thể gây nhiễu cho các máy móc khác (trường học, bệnh viện, máy bay, nhà máy công nghiệp)

 “Li-fi networks can deliver speeds 200 times faster than Wi-fi.” Professor Harald Haas, University of Bremen, who coined the term ‘Li-Fi’

EU Consortium ELIoT

Vào tháng 7 năm 2019, sự khởi đầu của một dự án kéo dài ba năm có tên là Tăng cường chiếu sáng cho Internet vạn vật (ELIoT) đã được công bố. Mục tiêu của dự án là phát triển các ứng dụng IoT thị trường đại chúng dựa trên LiFi. Với tư cách là đối tác của dự án, Fraunhofer Fokus sẽ đảm bảo việc tích hợp Li-Fi vào mạng 5G. ELIoT bắt nguồn từ chương trình đổi mới của EU Horizon 2020 và nhận được khoản tài trợ 6 triệu euro từ quan hệ đối tác công – tư Photonics21. Ngoài Fraunhofer Fokus, Viện Heinrich Hertz (HHI) cộng với Signify (trước đây là Philips Lighting), Nokia, MaxLinear, Deutsche Telekom, KPN, Weidmüller, LightBee, Đại học Oxford và Đại học Công nghệ Eindhoven cũng tham gia ELIoT. Các mục tiêu chính của dự án là cung cấp một kiến trúc tham chiếu mở cho sự hỗ trợ của Internet of Things và đóng góp vào việc tiêu chuẩn hóa các ứng dụng dựa trên giao tiếp bằng ánh sáng.

 “Lighting systems could be able to provide wireless connectivity in every room.” Professor Jean-Paul Linnartz, Signify

Với mục đích này, Li-Fi phải đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trên các mạng truyền thông hiện có về tốc độ dữ liệu, độ ổn định và độ trễ. “Với ELIoT, chúng tôi đã thành lập một tập đoàn hùng hậu gồm các công ty và tổ chức từ các ngành công nghiệp truyền thông và chiếu sáng Châu Âu. ELIoT hình thành một chuỗi giá trị khép kín với các đối tác đại diện cho các thành phần, chipset, hệ thống và các lĩnh vực ứng dụng và các viện nghiên cứu, cùng hợp tác thương mại hóa Li-Fi cho IoT trong tương lai, ”Volker Jungnickel, người đứng đầu Metro, Access, và Nhóm Hệ thống Nội bộ tại Fraunhofer HHI, người đóng vai trò điều phối viên dự án cho ELIoT. Giáo sư Jean-Paul Linnartz, người đồng khởi xướng ELIoT và cũng là trưởng nhóm nghiên cứu của Signify về Li-Fi, xác nhận tiềm năng của ELIoT: “Li-Fi có thể cung cấp giao tiếp tốc độ cao, không bị nhiễu với độ tin cậy cao. Quang phổ có sẵn có thể được tái sử dụng đầy đủ trong mọi phòng. Cơ sở hạ tầng chiếu sáng ở một vị trí tuyệt vời để cung cấp kết nối không dây cho số lượng thiết bị không dây đang tăng lên nhanh chóng trong mỗi phòng. “

Li-Fi trong máy bay

Li-Fi giải quyết rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực phát trực tiếp, bệnh viện, nơi làm việc, cơ sở sản xuất, trường học, bán lẻ, v.v. Ví dụ, nếu nó được sử dụng trong hàng không vũ trụ, Li-Fi có tiềm năng thay đổi cả trải nghiệm tổng thể của hành khách và tăng cường kết nối nội bộ. Truyền dữ liệu thông qua hệ thống chiếu sáng đang thu hút sự quan tâm của một số công ty hàng không.

Nhanh hơn và ít tốn kém hơn WiFi, nó có thể thay đổi toàn bộ trải nghiệm của hành khách. Tại Triển lãm Hàng không Quốc tế Paris tháng 6 năm 2019 ở Le Bourget, Air France, Tập đoàn Latécoère và Ubisoft đã trình diễn công nghệ Li-Fi trong một giải đấu trò chơi điện tử trực tiếp giới thiệu công nghệ này. Theo các chuyên gia, việc sử dụng LiFi trên máy bay sẽ tiết kiệm tương đương với trọng lượng từ 10 đến 20 người trên mỗi máy bay. Serge Berenger, Phó chủ tịch cấp cao về đổi mới của Latécoère cho biết: “Sợi quang nhẹ hơn đồng một nghìn lần. “LiFi sẽ cho phép các công ty hàng không loại bỏ các hộp liên lạc dữ liệu bên dưới ghế, mỗi hộp nặng một kg.” Tốc độ kết nối Li-Fi nhanh hơn 200 lần so với tốc độ Wi-Fi và có thể đồng nghĩa với việc giao dịch ngân hàng trên máy bay nhanh hơn. Micheline Perrufel, một kỹ sư của công ty viễn thông di động Orange, giải thích: “Hiện tại, các hãng hàng không phải đợi cho đến khi máy bay hạ cánh trước khi các giao dịch có thể được chấp thuận. -Có thể thanh toán ngay lập tức nhờ việc lắp đặt Li-Fi trong cabin. ” Cùng với việc cung cấp các ứng dụng mới cho hành khách, Li-Fi cũng sẽ mang lại lợi ích cho các phi công vì nó an toàn hơn Wi-Fi và không gây ra bất kỳ nguy cơ nhiễu điện từ nào.

Airbus đang xem xét khả năng lắp đặt Li-Fi trong buồng lái máy bay của mình nhằm kết nối các điều khiển và thiết bị của phi công theo cách đơn giản và an toàn hơn. Li-Fi có tiềm năng thúc đẩy trải nghiệm của hành khách trong tương lai. Việc đưa Li-Fi vào buồng lái giúp giảm số lượng cáp và loại bỏ rất nhiều trọng lượng. Mặc dù Wi-Fi có thể giải quyết vấn đề này, nhưng nó không thể được triển khai nếu không xem xét cẩn thận về tính dễ bị can thiệp và tấn công từ bên ngoài. Mặt khác, Li-Fi an toàn hơn vì nó không thể truyền qua vỏ tàu và cửa sổ như Wi-Fi và do đó không thể khai thác từ bên ngoài. Điều này sẽ giúp ngăn chặn các luồng dữ liệu trong buồng lái bị tấn công từ bên trong cabin hành khách dễ dàng hơn nhiều so với việc sử dụng Wi-Fi. Hôm nay, chúng ta đang lướt web không dây nhưng ngày mai tất cả chúng ta có thể chia sẻ một tương lai tươi sáng hơn bằng cách sử dụng ánh sáng.

Chuẩn LiFi: thương mại hóa

VLC (giao tiếp bằng ánh sáng nhìn thấy) đang trên đường trở thành tiêu chuẩn thế giới. Với các cơ quan tiêu chuẩn IEEE và ITU-T. Tiêu chuẩn đầu tiên, IEEE 802.15.7, đã được phê duyệt vào tháng 11 năm 2011 và các hoạt động Li-Fi đã được tiếp tục trong Nhóm nhiệm vụ truyền thông không dây quang đa Gigabit / s IEEE 802.15.13. Tiêu chuẩn này có khả năng cung cấp tốc độ dữ liệu lên đến 10 Gbps ở khoảng cách đường ngắm không giới hạn lên đến 200 mét. Nó được thiết kế cho truyền thông điểm-điểm và điểm-đa điểm trong cả cấu trúc liên kết không phối hợp và phối hợp.
IEEE cũng đang nghiên cứu một sự thay đổi tương ứng đối với tiêu chuẩn IEEE 802.11 (Wi-Fi). Mục tiêu chính là sửa đổi tiêu chuẩn IEEE 802.11bb phục vụ các yêu cầu của thị trường đại chúng về truyền thông ánh sáng liên quan đến tiêu thụ năng lượng thấp và chi phí thấp.
Tiêu chuẩn ITU G.9991 mới là tiêu chuẩn đầu tiên cho phép VLC tốc độ rất cao. Marcos Martinez, kỹ sư hệ thống tại MaxLinear, đồng thời là báo cáo viên liên kết cho việc tiêu chuẩn hóa “mạng nội bộ băng thông rộng” của ITU cho biết: “Tiêu chuẩn ITU tạo ra thị trường này đã được coi là tiêu chuẩn trên thực tế. “Chúng tôi đang thấy các nhà cung cấp các giải pháp VLC độc quyền đang tiến tới tiêu chuẩn ITU này – nó đã được triển khai trước khi được phê duyệt cuối cùng.” Tiêu chuẩn nêu chi tiết kiến ​​trúc hệ thống, lớp vật lý và đặc điểm kỹ thuật lớp liên kết dữ liệu cho các bộ thu phát VLC trong nhà tốc độ cao, các điểm truy cập VLC trong bóng đèn. Martinez nói: “VLC là một bổ sung có giá trị cho Wi-Fi. “VLC và Wi-Fi có những điểm mạnh khác nhau và điểm mạnh của VLC cung cấp sự bổ sung mạnh mẽ khi Wi-Fi phải đối mặt với những thách thức.”

Ngoài ra, VLC, được điều chế với công nghệ Mạng gia đình Gigabit (G.hn) của ITU, được coi là sự đổi mới lớn tiếp theo trong việc hiện thực hóa toàn bộ tiềm năng của cả ngôi nhà thông minh và thành phố thông minh, theo HomeGrid Forum của nhóm liên minh ngành. Cách tiếp cận này tiếp tục chứng minh tính khả dụng to lớn của công nghệ G.hn để chạy trên bất kỳ phương tiện nào vì không dây gia nhập hàng ngũ cáp quang, đồng trục, xoắn đôi và sợi quang polyme (POF) như một phương tiện G.hn. “VLC có tiềm năng lớn về IoT và nhà thông minh với nhu cầu kết nối mật độ cao, đặc biệt là nơi dữ liệu nhạy cảm được truyền giữa các thiết bị kết nối trong một phòng. Quang phổ ánh sáng cung cấp độ trễ thấp và tránh sự gián đoạn thông thường của phổ tần số vô tuyến trong thời gian tắc nghẽn, ”Livia Rosu, chủ tịch tiếp thị của Diễn đàn HomeGrid cho biết.

Nguồn: www.avnet.com