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Tuesday 25 November 2014

用灯泡创造网络:Lifi能像Wifi那样点亮互联网的未来吗?

哪里有光源,哪里就有“wifi”——这是研究员Harald Haas希望看到的景象。这种特殊的“wifi”被称为 Lifi(Light Fidelity),通过 LED 灯的光线来传递数据信息,制造可供各种终端使用的网络信号。
Lifi 的原理其实很简单:本质上光和无线电波都是一种电磁波,只要在 LED 灯里加入一块控制光线闪烁的芯片,就可以根据不同的光线速率编码不同的数据信息,笔记本和手机等终端安装的接收器就可以接受这种数据信息。因为这种光线闪 烁的频率极高,可储存信息也更多,同时人眼是看不出这种变化的。
spectrum的报道,Haas的团队拥有许多来自剑桥、牛津等一流高校的研究员。他们目前正在进行一项为期四年、花费达 580 万英镑的相关项目,利用不同颜色的可见光制造高带宽的短距离网络连接。他们认为,这种 Lifi 系统在某些应用场景下是可以替代 wifi 的。
在 10 月份举行的IEEE光子学大会上, 有团队展示了一些具体的研究成果:他们利用市场上可以买到的红、绿、蓝 LED 灯作为数据发射器传送信息,同时 LED 灯还是可以检测到光信号变化的二极管,也就是说,他们制造了一个可以发送和接收数据的双向交换系统。在这个系统里,数据交换速率可以达到 110mb/s,并且,当数据传送只有一个方向时,这个速率可以达到 155mb/s。
另外一些团队为了改善数据传送速率,制造了特殊的 LED 灯和二极管接收器,只需 5 毫瓦光源就可以让传输速度达到可观的 4Gb/s。再利用简单透镜,在 10 米左右的传输距离上,速度还可以达到 1.1Gb/s。Haas 表示这个速度很快会被提高到 15Gb/s,也就是 60ghz 无线电频段 802.11wifi 标准的 2 倍。
另一种提高传输速率的方法是使用雪崩光电二极管作为接收器。雪崩光电二极管,顾名思义有雪崩的传送效果,一个光子撞击到接收器上将产生一大片新的光 子,从而达到放大信号的效果。Haas 团队已经制造出了第一块集成雪崩光电二极管的 CMOS 接收芯片,这款 7.8 平方毫米的集成芯片拥有 49 个雪崩光电二极管。
德国的弗劳恩霍夫光电研究所也在做着相同的事情,他们打算在 Electronica 2014 trade show 上做一个Lifi热点的demo。 研究院负责人 Frank Deicke 表示,他们打算利用红外光,实现点到点的 1Gb/s 的 Lifi 数据交换。这种速率和 USB 传输速率差不多,对于 wifi 和蓝牙来说,要做到这一点是很困难的。另一方面,wifi 在传感器、执行器、控制单元之间的信号延时是在毫秒级别,而 Lifi 是微秒级别。
低延迟和更高的传输速率是 Lifi 的两大优势,但 Deicke 表示,他们并不想利用 Lifi 取代 wifi,更多情况下,Lifi 应该是作为现有通信技术的补足和完备。
国内其实也有相关技术的研究:复旦大学实验室曾利用一盏 1w 灯泡让四台笔记本成功实现上网,网络速率也很客观,最高 3.25G,平均 150mb。
此外,欧洲的另一个研究团队正在试图向消费市场推广这项技术。他们正在进行一个名为­ACEMIND的项目,旨在为家庭网络和小型办公网络提供一套管理方案。ACEMIND 就包含 Lifi 通信技术的测试工程。参加这一项目的团队成员Dmitris Katsianis表示,Lifi 可能在接下去 5 年的时间里就能有广泛的应用,他认为 Lifi 在医院、飞机客舱、发电厂等特殊网络坏境下会有比较大的使用价值。
Haas 预期的市场则大得多。他希望 LED 灯不仅仅只是一个光源,就像手机从最初只有通话功能到现在的小型移动计算机,他希望 LED 灯也有一个类似的飞跃。
几十万年前,人类学会用火,丛林里的猛兽、食物里的细菌以及寒冷的冬天就再也不能成为威胁生存的因素。一百多年前,人类发明灯泡,黑夜也不再只有一 种颜色。如今,当互联网学会正确用光的时候,也许数据交换和资源分享真的会打开一扇新的大门——毕竟,全世界总共拥有约 140 亿盏电灯,如果这些电灯转化为 140 亿个网络接入口,互联网的生态发展一定会有质的飞越。
Lifi 当然有自身的限制,比如光不能穿透墙壁等固体,一但光被切断,网络信号也就断了。但因为光是直线传播的,只有在直线位置的用户才可以接收到相应信号,也使得 Lifi 相比 wifi 更安全一些。
总的来说,Lifi 接下去的发展前景暂时还不得而知,但我戏虐性的想到了两点:第一,Lifi 的普及将使得无数青年在晚上熄灯之后乖乖睡觉,从而拯救人们的视力健康;第二,Lifi 的普及将使得无数青年拥有更多为妹纸修灯泡的机会,从而消除单身,和谐社会。基于这两点,我觉得还是让我们尽情拥抱这种可见光通信技术吧。