LIFI技術(shù)及其應(yīng)用與發(fā)展

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 網(wǎng)絡(luò)原理與實(shí)用技術(shù) 綜合訓(xùn)練項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)報(bào)告研究課題：LIFI技術(shù)及其應(yīng)用與發(fā)展班 級(jí)：測(cè)繪13-3團(tuán)隊(duì)成員：吳春燦、王旭博、謝棟平、楊銘、 尤天鑫實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2015-05-09 LIFI技術(shù)及其應(yīng)用與發(fā)展1、 LIFI技術(shù)的產(chǎn)生與興起1.LIFI技術(shù)出現(xiàn)的背景一項(xiàng)基于光源的無線傳輸技術(shù) LiFi 正在試圖改變世界。近日，從復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里傳來了 LiFi 技術(shù)成功應(yīng)用的消息，科研人員將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入一盞1W 的 LED 燈泡內(nèi)，燈光所及之處，4 臺(tái)電腦立即可以正常上網(wǎng)，單向速度最快高達(dá) 3.7G/s，速度完勝 10M/s 左右的 4G 網(wǎng)絡(luò)。一夜之間

2、，“燈光上網(wǎng)”成為社會(huì)熱點(diǎn)，更有人士大膽預(yù)言：LiFi 將是 WiFi 的終結(jié)者。對(duì)此，有專家提出異議，認(rèn)為L(zhǎng)iFi 與 WiFi 之間并非對(duì)立，而是互補(bǔ)。LiFi 若想實(shí)現(xiàn)如 WiFi般流暢上網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化推廣，還有很長(zhǎng)一段路要走。近些年來，無線通訊逐漸變成了像水和電一樣的基本生活必需品，人們每天都用它交流，學(xué)習(xí)，工作等，無線通訊幾乎參透入人們生活的每一個(gè)角落。無線通訊主要應(yīng)用電磁波的理論，從容量上說，電磁波有其局限性，它的頻譜資源稀少而昂貴，這樣局限性使其不能滿足日益增長(zhǎng)的對(duì)數(shù)據(jù)傳輸字節(jié)或數(shù)據(jù)。從能效上說，全球有上千上萬個(gè)基站，它們的無線通訊重要組成部分，但其消耗的能源有不少于70%是用來

3、冷卻基站的，大部分能耗浪費(fèi)在大氣中，只有一小部分的能耗為我們提供了通訊服務(wù)。于是，LiFi技術(shù)很有可能成為解決容量和能耗的問題，作為無線通訊中的重要組成部分。它也有可能與WiFi競(jìng)爭(zhēng)，成為人們接入互聯(lián)網(wǎng)的通路。1.2 LIFI技術(shù)的概念 LIFI（Light Fidelity） 可見光無線通信(稱為L(zhǎng)iFi-Light Fidelity)是利用快速的光脈沖信息，即光照-以發(fā)出的光當(dāng)作網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸工具。LED光學(xué)網(wǎng)絡(luò)通過可見光來網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，可以直接利用、室內(nèi)照明以及公共照明等已有的能耗輸出來完成雙重任務(wù)。燈光上網(wǎng)的特點(diǎn)是低輻射、低，。其原理是根據(jù)不同速率在光中編碼信息，例如LED開表示1，關(guān)表示

4、0，通過快速開關(guān)就能傳輸信息。2、LIFI技術(shù)的發(fā)展2.1lifi技術(shù)的發(fā)展歷程2012年12月，哈斯和他在英國(guó)的團(tuán)隊(duì)最新發(fā)明了一種專利技術(shù)，利用閃爍的燈光來傳輸數(shù)字信息。通過給普通的LED燈泡加裝微芯片，使燈泡以極快的速度閃爍，就可以利用燈泡發(fā)送數(shù)據(jù)。而燈泡的閃爍頻率達(dá)到每秒數(shù)百萬次。通過這種方式，LED燈泡可以快速傳輸二進(jìn)制編碼。但對(duì)裸眼來說，這樣的閃爍是不可見的，只有光敏接收器才能探測(cè)。這類似于通過火炬發(fā)送莫爾斯碼，但速度更快，并使用了計(jì)算機(jī)能理解的字母表。使用標(biāo)準(zhǔn)的LED照明燈，哈斯與他的同事戈登·波維創(chuàng)建的研究小組已經(jīng)達(dá)到了兩米距離的130兆比特每秒的傳輸速度。隨著白熾燈、

5、熒光燈逐漸退出市場(chǎng)并被LED取代，未來任何有光的地方都可以成為潛在的LiFi數(shù)據(jù)傳輸源。想象一下這樣的場(chǎng)景：在街頭，利用路燈就可以下載電影；在家里，打開臺(tái)燈就可以下載歌曲；在餐廳，坐在有燈光的地方就可以發(fā)微博；即便是在水下，只要有燈光照射就可以上網(wǎng)。LiFi另一個(gè)巨大的好處是在任何對(duì)無線電敏感的場(chǎng)合都可以使用，比如飛機(jī)上、手術(shù)室里等。2013年10月，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院表示該技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)。研究人員將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入一盞1W的LED燈珠，燈光下的4臺(tái)電腦即可上網(wǎng)，最高速率可達(dá)3.25G，平均上網(wǎng)速率達(dá)到150M，堪稱世界最快的“燈光上網(wǎng)”。11月，10臺(tái)樣機(jī)亮相2013年工博會(huì)。目前，通過改

6、進(jìn)智能手機(jī)上的LED(如攝像頭、屏幕、閃光燈等)，是LiFi走向大眾消費(fèi)市場(chǎng)的最快路徑。哈斯與波維創(chuàng)建了一家VLC(可見光通信)公司，并研發(fā)出一款智能手機(jī)應(yīng)用，該應(yīng)用使一對(duì)iPhone實(shí)現(xiàn)了低速率的數(shù)據(jù)傳輸。在拉斯維加斯舉行的2012年消費(fèi)電子展覽會(huì)(CES)上，卡西歐發(fā)布了兩部使用可見光進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄苁謾C(jī)。三星、西門子等電子巨頭沒有錯(cuò)過這場(chǎng)盛宴。三星在2010年就開始利用搭載LED背光的LCD平面顯示器試驗(yàn)可見光通訊，西門子在2010年通過白色LED可見光通信，實(shí)現(xiàn)了最高500Mbps的通信速度。鑒于LiFi巨大的市場(chǎng)前景，卡西歐、三星甚至與NEC、松下電氣、夏普、東芝與NTT等企業(yè)一道

7、成立了可見光通訊聯(lián)盟。3、LIFI技術(shù)的應(yīng)用前景3.1LiFi的技術(shù)優(yōu)勢(shì)LiFi的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要在于（1）建設(shè)便利。燈泡這種設(shè)備在早百多年前被人類發(fā)明，并在這百多年來燈泡的技術(shù)越來越發(fā)達(dá)。人們可以利用已經(jīng)鋪設(shè)好的電燈設(shè)備電路，在需要接入網(wǎng)絡(luò)的地方植入一個(gè)芯片即可。例如高速公路上的路燈（如圖二），人們?cè)诟咚傩旭偟能嚿夏茌p易的接收到路燈傳來的信號(hào)。（2）高帶寬，高速率。如圖三所示，可見光的頻譜帶寬是目前電磁波帶寬的10000倍。目前據(jù)報(bào)道，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試最高速度可達(dá)1Gbps。這對(duì)于人們對(duì)速度的是個(gè)可喜的數(shù)據(jù)，人們可以隨時(shí)隨地的享受高速帶來的體驗(yàn)。（3）綠色，低能耗。人們無時(shí)無刻都處在“光”這環(huán)境中，甚

8、至可以說是光創(chuàng)造了人類，可見光對(duì)于人類來說是綠色的，無輻射傷害的一種物質(zhì)。因此用光來作為無線通信的媒質(zhì)，是一種對(duì)人類發(fā)展更健康，更可取的方向。同時(shí)用光來通信能減低能耗，因?yàn)椴恍枰牖灸菢犹峁╊~外的能耗。就算是在白天，只要把作為“熱點(diǎn)”的燈的亮度降低人眼所覺察不到的程度即可，在夜晚的時(shí)候可以作為數(shù)據(jù)傳輸和照明的作用。（4）安全。對(duì)于電磁波來說，其可以穿透物體進(jìn)行傳播，從安全角度上看，這可能會(huì)被截取而泄露信息。但對(duì)于LiFi來說，可見光只能延直線傳播，不會(huì)穿透墻體的物體。數(shù)據(jù)只往人們所設(shè)定的方向傳播，只有利于信息的安全性。（5）原料豐富目前的無線電信號(hào)傳輸設(shè)備存在很多局限性，它們稀有、昂貴、但效

9、率不高，比如手機(jī)，全球數(shù)百萬個(gè)基站幫助其增強(qiáng)信號(hào)，但大部分能量卻消耗在冷卻上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的燈泡卻取之不盡，尤其在國(guó)內(nèi)LED光源正在大規(guī)模取代傳統(tǒng)白熾燈。只要在任何不起眼的LED燈泡中增加一個(gè)微芯片，便可讓燈泡變成無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)射器。3.2LiFi與WiFi技術(shù)的比較WiFi功能是所有手持設(shè)備用戶的心頭之好。數(shù)據(jù)顯示，2011年，全球4.39億家庭用戶使用WiFi，經(jīng)過WiFi認(rèn)證的產(chǎn)品發(fā)貨量超過了20億部。不過，由于每月全球50億手機(jī)傳輸?shù)母哌_(dá)6拍字節(jié)(1拍等于10億兆)的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致無線局域網(wǎng)和無線通訊網(wǎng)絡(luò)的無線電頻率所剩無幾。作為無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钪饕夹g(shù)，WiFi利用了射

10、頻信號(hào)。然而，無線電波在整個(gè)電磁頻譜中僅占很小的一部分。而隨著用戶對(duì)無線互聯(lián)網(wǎng)需求的增長(zhǎng)，可用的射頻頻譜正越來越少。這直接導(dǎo)致越來越多的人抱怨無線信號(hào)不穩(wěn)、網(wǎng)速太慢、經(jīng)常掉線等。就沒有東西能搞定這個(gè)難題嗎？Herald Haas教授終于找到了替代技術(shù)：利用燈泡發(fā)出的光傳輸數(shù)據(jù)。他在普通燈泡中植入電子裝置，利用光線強(qiáng)度發(fā)生的微弱變化傳輸數(shù)據(jù)。這種用光波取代無線電波傳輸數(shù)據(jù)的新技術(shù)叫做LiFi(光保真)技術(shù)。將可見光用于LiFi，要調(diào)制其輸出以使其攜帶信息，就像WiFi路由器一樣。不過這一技術(shù)也有著自身的局限。雅典Harokopio大學(xué)信息學(xué)講師Thomas Kamalakis推薦了Haas的技術(shù)

11、，但也表示該技術(shù)的潛力不應(yīng)被高估。他表示：“一個(gè)明顯的問題是，可見光無法穿透物體，因此如果接收器被阻擋，那么信號(hào)將被切斷。”英國(guó)華威大學(xué)工程學(xué)院助理教授Mark Leeson也持相同看法。他提出：“問題在于，我們的手機(jī)如何使用可見光來通信？”Haas表示，這是兩個(gè)現(xiàn)實(shí)問題，但他也有簡(jiǎn)單的臨時(shí)解決方法?！叭绻庑盘?hào)被阻擋，而你需要使用設(shè)備發(fā)送信息，你可以無縫地切換至射頻信號(hào)?！彼J(rèn)為，可見光通信并不是WiFi的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，而是一種相互補(bǔ)充的技術(shù)，這將有助于釋放頻譜空間。主要包括：1、產(chǎn)業(yè)鏈限制。從燈光通訊控制到芯片設(shè)計(jì)制造等一系列關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品，都是研究人員動(dòng)手做，要真正像WiFi那樣走進(jìn)千家萬戶，

12、需要通過一系列的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，還有很長(zhǎng)的路要走。目前來講，產(chǎn)業(yè)鏈里面還缺少重量級(jí)的公司加入。2、技術(shù)局限同時(shí)，Lifi技術(shù)本身也有其局限性，例如若燈光被阻擋，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)將被切斷等等。因此，它并不是WiFi的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，而是一種相互補(bǔ)充，有助于釋放頻譜空間。3、行業(yè)規(guī)范搞可見光通信，就意味著做出來的產(chǎn)品不僅要符合通信的標(biāo)準(zhǔn)，還要符合可見光的技術(shù)規(guī)范。相關(guān)的產(chǎn)品要有更多的認(rèn)證工作要做，這可能不是一兩年就可以完成的。而且怎么通過有線把通信網(wǎng)絡(luò)接入每個(gè)燈泡，也不是那么簡(jiǎn)單的，目前比較有希望的是同電力線通信(PLC)聯(lián)合。4、發(fā)展前景其未來，能否產(chǎn)生殺手锏式的應(yīng)用，還依賴人們無限的想象力：汽車間依靠LED車燈來“對(duì)話”，飛機(jī)客艙里乘客利用頭頂?shù)腖ED閱讀燈來上網(wǎng)4、LIFI技術(shù)投入實(shí)際應(yīng)用尚需解決的問題4.1LiFi存在兩大瓶頸研究人員坦言，要想真正的量產(chǎn)應(yīng)用，除了LiFi技術(shù)本身的局限性，例如燈光容易被阻擋等等原因，擺在他們面前的還有兩大瓶頸。首先是數(shù)據(jù)的雙向傳輸問題，上網(wǎng)不僅要下載還要上傳，燈光照射在電腦上容易，但電腦或者手機(jī)要安裝多大的燈泡才能回傳數(shù)據(jù)？“總要有來有回，這才構(gòu)成通