Li-Fi thêm dữ liệu theo kênh ánh sáng

Công nghệ Light Fidelity (Li-Fi) đang mang lại khả năng chiếu sáng và giao tiếp sẽ bổ sung và theo nhiều cách, vượt qua các hệ thống Wi-Fi không dây ngày nay.

Dữ liệu ở tốc độ ánh sáng

Ánh sáng trung thực, hay Li-Fi, là một hệ thống liên lạc bằng ánh sáng nhìn thấy (VLC) được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2011 bởi Harald Haas, một nhà nghiên cứu từ Đại học Edinburgh. Hệ thống sử dụng đèn LED, phát ra ánh sáng quang phổ nhìn thấy được với độ sáng có thể được điều khiển và điều chỉnh chính xác ở tốc độ rất cao – nhanh đến mức mắt người không phát hiện ra xung ánh sáng. Do đó, người dùng được hưởng lợi từ khả năng chiếu sáng dường như không gây nhấp nháy của bóng đèn LED hỗ trợ Li-Fi, trong khi dữ liệu được truyền đồng thời với tốc độ có thể nhanh hơn Wi-Fi. Một hệ thống VLC cơ bản bao gồm một nguồn sáng được kiểm soát cường độ và ít nhất một thiết bị thu có đầu vào bộ dò ánh sáng (điốt quang) vào một chip giao tiếp với PC hoặc thiết bị di động (Hình 1).

Li-Fi dựa vào việc phát hiện sự thay đổi nhanh chóng của cường độ ánh sáng chứ không phải mức độ thay đổi chậm do ánh sáng mặt trời tự nhiên tạo ra, được lọc ra ở đầu thu. Do đó, nhiễu ánh sáng xung quanh có thể làm giảm cường độ của ánh sáng Li-Fi không phải là vấn đề miễn là bộ thu Li-Fi có thể phát hiện được ánh sáng điều chế. Chiếu sáng Li-Fi thậm chí có thể được làm mờ đủ thấp để một căn phòng, ngay cả khi trời tối, vẫn có thể truyền dữ liệu.

Khả năng kết nối hầu hết mọi loại thiết bị điện tử với internet một cách không tốn kém đang thúc đẩy sự bùng nổ của Internet of Things (IoT). Riêng tại Bắc Mỹ, IoT cho thị trường điện tử tiêu dùng được dự đoán sẽ tăng từ 90 tỷ USD vào năm 2017 lên 180 tỷ USD vào năm 2022, đạt tốc độ CAGR (tốc độ tăng trưởng kép hàng năm) là 12,25%, theo các nguồn tin tại Statista. Trong khi đó, IoT công nghiệp sẽ dẫn đầu tất cả các loại IoT khác áp dụng 45%, với 22% dự định áp dụng IoT trong 12 tháng tới (2018 đến 2019), theo một cuộc khảo sát năm 2018 của Forrester.

Sự gia tăng về số lượng và loại thiết bị được kết nối, kết hợp với lượng dữ liệu khổng lồ mà chúng tạo ra, đang đẩy các công nghệ mạng 4G, Wi-Fi và cáp quang hiện có đến giới hạn. Người ta dự đoán rằng Li-Fi sẽ cung cấp một giải pháp rất cần thiết bằng cách cung cấp thêm băng thông, kết nối tốc độ cao và các lợi ích bảo mật chặt chẽ hơn.

Một số người dùng đầu tiên đang mua các sản phẩm Li-Fi để giải quyết các sự cố kết nối liên quan đến Wi-Fi. Những người dùng này được hưởng lợi từ giao tiếp không bị nhiễu khi các tín hiệu không dây và thậm chí di động gặp khó khăn. Một nhóm người dùng đầu tiên khác – bao gồm các lĩnh vực tài chính, bệnh viện, chính phủ và quốc phòng – đang tìm kiếm khả năng truyền dữ liệu an toàn hơn mức có thể với Wi-Fi. Do đó, nhiều nhà sản xuất thiết bị và ánh sáng hiện đang tích hợp Li-Fi vào các dịch vụ sản phẩm của họ với hy vọng chiếm được các thị trường chấp nhận đầu tiên, đồng thời định vị cho sự gia tăng tiềm năng của thị trường tiêu thụ đại chúng.

Practical applications

Thiết kế một-nhiều của Li-Fi làm cho nó phù hợp để cung cấp các ứng dụng internet chuyên sâu về nội dung và thông lượng cao, chẳng hạn như tải xuống âm thanh, video và phát trực tiếp. Nó cũng cung cấp một loạt các ứng dụng. Ví dụ, vì Li-Fi chỉ hoạt động trong phạm vi ánh sáng nhìn thấy, các tin tặc tiềm năng không thể sử dụng bộ dò tần số Wi-Fi để nghe trộm việc truyền dữ liệu. Điều này sẽ giúp ích rất nhiều cho những người sử dụng quân sự và y tế.

Các ứng dụng khác bao gồm đèn đường trong thành phố thông minh; liên lạc đèn hậu – đèn pha, xe với xe cho xe ô tô số tự động; thực tế tăng cường (AR) và thực tế ảo (VR) trong khuôn viên trường, trong viện bảo tàng hoặc trong phòng triển lãm; và như một sự bổ sung rất cần thiết cho các công nghệ kết nối có dây và không dây khác (Hình 3).

Một ứng dụng mà Li-Fi sẽ có lợi thế rõ ràng là liên lạc dưới nước: Trong nước biển, tín hiệu vi sóng Wi-Fi có xu hướng bị hấp thụ nhanh hơn so với ánh sáng nhìn thấy.

LiFi là một bổ sung cho Wi-Fi

Một câu hỏi thường được đặt ra là liệu Li-Fi có thể hoặc sẽ sử dụng các giao thức mạng giống như Wi-Fi hay không. Wi-Fi sẽ không thay thế Wi-Fi. Nhưng vì nó hứa hẹn tốc độ truyền dữ liệu cao, nó sẽ mở rộng tỷ lệ thâm nhập cao của công nghệ Wi-Fi hiện có, cung cấp kết nối cho người dùng cuối khi Wi-Fi không hoạt động đủ tốt, không thể thực hiện được hoặc quá tải.

Làm thế nào để Li-Fi và Wi-Fi hoạt động cùng nhau? Một ví dụ là phát trực tuyến video so với tải xuống. Wi-Fi thường hoạt động tốt để phát trực tuyến nhưng không tốt cho quá trình tải xuống. Li-Fi có thể giải quyết vấn đề này vì nó có khả năng truyền với tốc độ cao hơn Wi-Fi.

Một câu hỏi thường được đặt ra là liệu Li-Fi có thể hoặc sẽ sử dụng các giao thức mạng giống như Wi-Fi hay không. Liệu kết nối MAC Ethernet hoặc liên kết dữ liệu chuẩn Wi-Fi lớp 2 có đủ không? Trên thực tế, người ta mong đợi rằng sự hội tụ giao thức sẽ tăng lên khi các tiêu chuẩn Li-Fi ngày càng phát triển. Cụ thể đối với việc triển khai 5G, các dịch vụ có thể chuyển đổi giữa Li-Fi và Wi-Fi sẽ yêu cầu các giao thức giống nhau dựa trên lớp MAC.

Thế hệ thứ năm của truyền thông di động di động, 5G, đang nhanh chóng trở thành hiện thực. Nó hứa hẹn sẽ di chuyển nhiều dữ liệu hơn, phản hồi nhanh hơn (với độ trễ ít hơn) và kết nối nhiều thiết bị hơn so với mạng 4G ngày nay. Việc tận dụng những lợi ích của nó sẽ đòi hỏi tốc độ và băng thông lớn hơn Wi-Fi hiện có thể cung cấp. Đây là nơi Li-Fi có thể bước vào, bởi vì phổ ánh sáng nhìn thấy lớn hơn nhiều bậc so với toàn bộ phổ tần số vô tuyến. Hơn nữa, vùng ánh sáng nhìn thấy không được kiểm soát và vì vậy công nghệ không cần phải được cấp phép trong dải tần này. Cả hai tính năng này làm cho Li-Fi trở thành một ứng cử viên xuất sắc để bổ sung cho các hệ thống Wi-Fi trong 5G tương lai.

Chuẩn bị tích hợp hệ thống thương mại

Những thay đổi trong hệ sinh thái sản phẩm vật lý rộng lớn hơn vẫn cần thiết để đưa Li-Fi trở thành xu hướng kết nối chính thống, nhưng các tiêu chuẩn cho công nghệ non trẻ đang ngày càng tiến bộ. Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đang đạt được những bước tiến đáng kể, dự kiến ​​sẽ đưa ra khuyến nghị tiêu chuẩn quốc tế đầu tiên cho các hệ thống Li-Fi (ITU G.9991 hoặc G.vlc) vào đầu năm 20191. ITU bao gồm các nhà cung cấp thiết bị viễn thông, nhà cung cấp dịch vụ và nhà cung cấp linh kiện.

Ngoài ra, tiêu chuẩn tiếp theo cho Wi-Fi (IEEE 802.11) đang được coi là tiêu chuẩn cho Li-Fi. Việc áp dụng cùng một tiêu chuẩn sẽ cho phép Li-Fi trở thành một phần của hệ sinh thái và cơ sở hạ tầng Wi-Fi, mang lại sự thúc đẩy lớn cho các sản phẩm của hãng.

“Nhóm nhiệm vụ về việc áp dụng các tiêu chuẩn đang được chủ trì bởi đại diện pureLiFi và được hỗ trợ bởi các cá nhân từ Intel, Broadcom, Huawei, Cisco, Nokia, HPE, Zumtobel, Ushio, Osram, Apple, Sony, Samsung và những người khác,” Mostafa Afgani lưu ý , CTO của pureLiFi.

Bên cạnh một tiêu chuẩn, nhìn chung, lợi ích tốt nhất của các công ty là cố gắng đạt được nhiều mức độ tương tác khác nhau trong toàn bộ hệ sinh thái và giữa những người tham gia chuỗi giá trị. Ví dụ, toàn bộ ngành công nghiệp chiếu sáng đang chuyển đổi từ bóng đèn sợi đốt sang bóng đèn LED mới hơn. Theo những người đề xuất, sự chuyển đổi này sẽ mở ra các luồng doanh thu mới cho ngành đó, khi nó phát triển từ các giải pháp chiếu sáng truyền thống sang các giải pháp có khả năng truy cập mạng tích hợp. Một số sản phẩm như vậy hiện đã có sẵn (Hình 4), trong khi các nhà cung cấp lớn như Signify có kế hoạch giới thiệu các sản phẩm Li-Fi trên quy mô rộng vào năm 2019, Ed Huibers, người đứng đầu bộ phận phát triển kinh doanh tại Signify, cho biết.

Tuy nhiên, ngay cả với nhiều lợi ích của Li-Fi, việc áp dụng phổ biến vẫn còn chậm.

Sunil Kumar Singh, nhà phân tích ngành tại Technavio2 cho biết: “Hiện tại, các nhà sản xuất đèn LED, bộ tách sóng quang, bộ khuếch đại và bộ xử lý không coi Li-Fi là một phân khúc tạo ra doanh thu hoặc khối lượng lớn mà là một phân khúc mới nổi”.

Hiện tại, hệ thống Li-Fi phải dựa trên các thành phần tiêu chuẩn hiện có. Tuy nhiên, khi thị trường mở rộng, các thành phần sẽ được tối ưu hóa cho các ứng dụng Li-Fi. Một ví dụ sẽ là đèn LED Li-Fi tích hợp các thành phần thu phát và kết hợp cả chức năng truyền và nhận, Heinz Willebrand, Giám đốc điều hành tại Firefly LiFi lưu ý.

Các xu hướng khác về mặt thành phần tập trung vào việc tích hợp Li-Fi vào điện thoại di động, máy tính bảng và các thiết bị IoT thông minh. Cũng sẽ có các thành phần được thiết kế riêng cho lĩnh vực giao thông vận tải, chẳng hạn như hệ thống sạc và liên lạc cho ô tô, máy bay và tàu hỏa.

References

1. ITU G.9991 (or G.vlc) Standard Recommendation: High speed indoor visible light communication transceiver — System architecture, physical layer and data link layer specification, https://www.itu.int/itu-t/workprog/wp_item.aspx?isn=13397.

2. Global Visible Light Communication Market 2017-2021, https://www.technavio.com/report/global-machine-machine-m2m-and-connected-devices-global-li-fi-market-2016-2020.

Nguồn: photonics.com