Светлое будущее: технология Li- Fi

Немногие из нас об этом задумываются, но использовать свет для передачи тех или иных форм информации мы научились давным-давно. Началось всё ещё в древности, когда при помощи света оповещали о приближающейся опасности или, наоборот, привлекали к себе внимание (сигнальные огни), строили сторожевые башни, чтобы огонь был виден издалека, возводили маяки, чтобы подать информацию кораблям о том, что побережье близко. Уже позже появились так называемые гелиографы – особые устройства, которые могли отправлять сигналы при помощи отражения солнечного света, а также морские светосигнальные прожекторы, которые применяются активно до сих пор, просто в улучшенном виде.

XIX век ознаменовался разработкой технологий применения инфракрасного излучения. В 1880 году известный изобретатель Александр Белл запатентовал фотофон, который позволял отражённому от зеркальной поверхности лучу модулироваться голосом и передаваться через атмосферное пространство на фотоприёмник. Многие до сих пор считают, что именно это устройство Белла стало основой для изобретения Li-Fi.

Что же такое Li-Fi? По сути, это технология, позволяющая передавать данные при помощи света, излучаемого бытовыми светодиодными лампами. Термин Li-Fi был введён в обиход немецким физиком Харальдом Хаасом (аналогия здесь ясна – термин повторяет более известную форму: Wi-Fi). На популярной конференции TED Talk, прошедшей в 2011 году, Хаас впервые смог предсказать применение твердотельных источников света в качестве беспроводных роутеров, позволяющих передавать данные между точками связи. Уже в 2014 году на одной из компьютерно-технологических конференций в Барселоне было презентовано первое устройство, работающее на основе Li-Fi, а в июле 2023 года был утверждён стандарт световых коммуникаций, в котором описаны все специфические параметры и системная архитектура для беспроводных сетей, использующих световые волны.

Лампы, поддерживающие технологию Li-Fi, оснащены специальным встроенным чипом, который преобразует свет в электрический сигнал. При этом принимающее устройство способно расшифровывать такую информацию. Естественно, век инновационных технологий предполагает сверхвысокие скорости у подобных устройств, поскольку в случае замедленной передачи или обработки информации система просто не сможет конкурировать с тем, что уже предложено рынком. Тем более в мире нет ничего быстрее света.

Первые лабораторные испытания, проведённые в 2015 году, показали, что скорость передачи информации в устройствах Li-Fi составила 224 Гбит/с. Позже тесты показали, что скорость равна 1 ГБ в секунду, что в 100 раз быстрее, чем у привычного нам Wi-Fi. А если верить теоретическим прогнозам, что эти устройства могут разгоняться до 200 Гбит/с (это предел).

Высокие скорости – не единственное преимущество устройств Li-Fi. В числе прочих, в качестве плюсов отмечают информационную безопасность и конфиденциальность информации (при передаче световых сигналов в открытом пространстве легко столкнуться с утечкой информации, а вот в помещениях препятствием для таких потерь послужат стены и светонепроницаемые шторы). Кроме того, преимуществом Li-Fi является экологичность технологии, а также отсутствие видимых помех для работы оборудования (ведь свет не даёт электромагнитного излучения). И один из важнейших пунктов, заслуживающий внимания – для Li-Fi не требуются никакие кабели, провода и прочие рудименты, которые сейчас только усложняют организацию технического пространства и значительно увеличивают статью расходов.

Конечно же, как и у любой другой технологии, у Li-Fi есть и свои недостатки, из-за которых за прошедшие 10 лет система так и не получила должного распространения. Если отбросить все явные преимущества и оценить Li-Fi непредвзятым взором, то возникает ряд важных вопросов. Нужны ли для технологии специальные светодиоды? Можно ли как-то усовершенствовать уже имеющиеся источники света, подстроив их под Li-Fi, или придётся полностью менять всё? На каком расстоянии должны располагаться устройства для корректной работы? А как быть со связью в темноте? И это далеко не полный список всех возможных и вполне резонных вопросов.

Несмотря на то что Хаас утверждал, что любой светодиодный источник света можно интегрировать с Li-Fi-системой, это лишь отчасти правда. Современный рынок бытовых осветительных приборов предоставляет лишь оборудование, сконструированное на основе светодиодов синего спектра в сочетании с люминофором (это значительно дешевле). Однако использующиеся инерционные люминофоры блокируют высокочастотную модуляцию световых волн. Потому сейчас главной задачей является конструирование инновационных люминофоров, которые бы обладали минимальным временем послесвечения. Это позволит в будущем выпускать осветительные приборы, которые будут совместимы с Li-Fi-системой.

Однако учёные не сдаются и разрабатывают сейчас способы модернизации уже эксплуатируемого светодиодного осветительного оборудования. Одним из способов решения проблемы интеграции приборов с Li-Fi-системой является использование специальных контроллеров, которые могут интегрироваться с действующими светодиодными светильниками для преобразования световых волн. Модулятор регулирует пропускание или отражение светового потока на частоте, которая человеческому глазу не видна, и трансформирует свет в бинарный код.

Но всё это проблемы, которые рано или поздно удастся решить. Гораздо серьёзнее дела обстоят с неразрешимыми проблемами, которые связаны не с оборудованием, а с особенностями световых волн как таковых. Например, свет не может проходить сквозь стены и другие твёрдые объекты, так что передача сигнала от одного источника к другому возможна только в пределах комнаты. Кроме того, даже тут есть нюансы, а именно возможное расстояние между источником и приёмником – оно может составлять не более 10 метров (для сравнения: у Wi-Fi этот предел равен 32 метрам). Также Li-Fi-системы нельзя использовать в светлое время суток на открытом пространстве и в темноте при отсутствии светодиодных светильников.

Всё описанное выше помогает понять, почему такая уникальная и, казалось бы, инновационная технология, как Li-Fi, не смогла заменить привычный всем Wi-Fi и кабели. В самостоятельном виде она функционировать полноценно не сможет, но зато сможет отлично сработать в комбинации с другими, более универсальными технологиями. Например, активного развития Li-Fi можно ждать там, где проблематично или невозможно использование радиоканалов, а также там, где важна высокая скорость передачи данных. Технология также может отлично сработать в тех средах, где высока чувствительность к радиопомехам (в лабораториях, больницах, промышленных учреждениях, банковских организациях и т.д.)