Hlavní navigace

Fenomén Li-Fi: budeme se k Internetu místo WiFi připojovat přes LED žárovky?

Martin Vyleťal

LED technologie a fotovoltaické články umožňují nejen svítit a získávat energii ze slunce, ale i přenášet data. Čeká nás éra Li-Fi? Vynálezce telefonu by měl radost.

V současné době využíváme pro bezdrátové připojení k Internetu technologie založené na šíření rádiových vln (WiFi, 3G, LTE), v blízké budoucnosti by je ale mohlo doplnit i připojení, které pro přenos dat využívá světlo.

Pokusy přenášet komunikaci prostřednictvím světelných paprsků probíhaly už v 19. století. Ačkoli Alexander Graham Bell je dnes známý hlavně jako vynálezce telefonu a gramofonu, byl to právě skotský rodák, kdo si v roce 1881 nechal patentovat zařízení schopné přenášet zvuk pomocí měnící se intenzity paprsku světla.

Schéma fungování Bellova fotofonu.

Schéma fungování Bellova fotofonu.

Byť o tzv. fotofonu Bell mluvil jako „největším svém vynálezu“, přístroj se ani zdaleka nedočkal takového úspěchu jako telefon. Zřejmě i proto, že Bell nedokázal vyřešit některé problémy (třeba narušování přenosu při nepřízni počasí), se kterým se vskutku pokrokové zařízení potýkalo. Limitem byla i relativně krátká vzdálenost, na kterou fotofon fungoval, ale také například skutečnost, že zařízení nedokázalo přenášet komunikaci obousměrně.

Další z obrazů znázorňujících Bellův fotofon.

Další z obrazů znázorňujících Bellův fotofon.

Ačkoli v prvních třech desetiletích 20. století zažila technologie menší renesanci, když ji pro své účely nechalo vylepšit německé a britské námořnictvo (postupně se podařilo dosah rozšířit až na 14 kilometrů), koncem 50. let zájem o ni definitivně upadl. Zřejmě i v důsledku rozvoje radiotechniky a pokroku v oblasti optických vláken, která sice také využívají světla, ale díky oddělení od vnějšího prostředí netrpí podobnými neduhy jako řešení fotofonu.

LED a nové pokusy

K možnostem využití viditelného světla, tentokrát pro přenos dat, se vrátil začátkem toho tisíciletí německý profesor Harald Haas. K oprášení Bellovy myšlenky vedl rozmach LED žárovek, respektive objev, že LED technologii je možné využít nejen jako úsporný zdroj světla, ale také pro přenos informací.

Technologie označovaná jako Li-Fi pracuje s viditelným světelným spektrem. To je na rozdíl od rádiového spektra zhruba desettisíckrát větší. Li-Fi by se tak v budoucnu mohlo stát alternativou, která by dnes vytíženému rádiovému spektru odlehčila.


Autor: Harald Haas

Proč ale bylo nutné čekat až na LED žárovky, když Bell si vystačil s parabolickým zrcadlem a běžným světlem? Pro přenos dat prostřednictvím viditelného světelného záření jsou využívány velmi rychlé pulsy a klasické žárovky nereagují dostatečně rychle na změnu intenzity světla. Naproti tomu LED žárovky dokážou „blikat“ tak rychle, že to lidské oko nedokáže zaznamenat.

Navíc LED žárovky jsou už z výroby vybavené elektronikou, kterou stačí jen doplnit o Li-Fi mikročip a rázem se z nich stane zařízení schopné vysokorychlostního přenosu dat. K tomu dochází tak, že LED žárovka vysílá data ve formě nul a jedniček. Když vysílá jedničku, je zapnutá, když nulu, je vypnutá. Takto blikat dokáže více než stomilionkrát za sekundu.

1 Gbit/s na vzdálenost 10 metrů

Data tímto způsobem je možné přenášet velkými rychlostmi a na relativně slušné vzdálenosti. Haas nedávno se svými kolegy dosáhl při pokusu s jednobarevnou mikrodiodou o výkonu 5 mW rychlosti 3,5 Gbit/s na vzdálenost jednoho metru. Při zvětšení vzdálenosti na 10 metrů rychlost klesla na 1,1 Gbit/ss.


Autor: Harald Haas

Haas ale upozorňuje, že pokus probíhal pouze s jednobarevnou diodou, pokud by se podařilo zkombinovat červenou, zelenou a modrou, znamenalo by to tři různé světelné proudy, které by dohromady dávaly na vzdálenost jednoho metru rychlost přesahující 10 Gbit/s. Nejnovější WiFi standard 802.11ad přitom zvládne maximálně 7 Gbit/s.

Kromě vysílače je pochopitelně nutný i přijímač. Zatím je to poměrně velké zařízení, nicméně vzhledem k tomu, že se již podařilo postavit a úspěšně vyzkoušet Li-Fi čipy o velikosti pouhých 2,8 milimetru obsahující 49 fotodiod, dá se předpokládat, že by přijímač mohl být bez větších problémů integrovaný například do mobilních telefonů.

Srovnání Wi-Fi versus Li-Fi.
Autor: PureLifi

Srovnání Wi-Fi versus Li-Fi.

Nejdříve obrázek, před třemi lety i video

Haas společně se svými kolegy vyvinul algoritmus, díky kterému je Li-Fi schopné zvládnou několik datových toků najednou. Nejdříve v roce 2006 na konferenci Highlights der Physik v Německu Haas předvedl přítomným prostřednictvím technologie přenos obrázku. O pět let později na TED konferenci v Edinburghu demonstroval přenos videa z upravené lampy na promítací plátno.

Zatímco WiFi funguje na principu Access Pointů, ke kterým se může připojit velké množství uživatelů, vysílače Li-Fi mohou zatím komunikovat pouze s jedním přijímačem. Na druhou stranu to má i svoje výhody, protože každý uživatel má v podstatě vyhrazený svůj vlastní kanál a nemůže tak dojít k přetížení jako v případě AP. Navíc se jednotlivé Li-Fi vysílače navzájem neruší.

Haasův tým už ale pracuje na řešení, které by umožnilo vysílačům obsluhovat více zařízení, podobně jako je tomu u Wi-Fi. Uživatelé se budou moci pohybovat po místnosti a být obsluhováni různými vysílači, aniž by při přechodu od jednoho k druhému došlo k pozorovatelnému výpadku spojení. 

Li-Fi nemá ambici nahradit existující technologie fungující na bázi rádiových vln. Má je vhodně doplnit, jak naznačuje následující obrázek. 


Autor: Harald Haas

Zejména v budovách, kde je v současné době WiFi signál tlumen stěnami, by připojení prostřednictvím žárovek mohlo najít uplatnění. Navíc by se díky takovému řešení podařilo zřejmě ušetřit i nějakou tu elektrickou energii.

Výzkumníci ze společnosti MarketsandMarkets předpovídají Li-Fi zářnou budoucnost.


Autor: Harald Haas

Jestli tuto technologii opravdu čekají impozantní meziroční nárůsty tržeb, je těžké odhadnout. Jisté ale je, že už se začaly objevovat první firmy, které komerční produkty na bázi Li-Fi nabízí. Například společnost RiT Wireless, patřící pod ruskou skupinu Stins Coman, již více než rok prodává zařízení s názvem Beamcaster, určené pro připojení až osmi zařízení.

Auta, domácí spotřebiče, ale i potápěči a pacienti

Mnohem větší potenciál se ale pro Li-Fi otevírá v souvislosti s předpovídaným nástupem Internetu všeho (Internet of Everything, IoE). Koncept IoE, tak jak ho definuje americká společnost Cisco, má propojit pomocí Internetu dohromady lidi, procesy, data a věci. Prostřednictvím Li-Fi mohou být k Internetu či jiné síti jednoduše připojena zařízení, která jsou osazena LED diodami (sic).

Může tak proměnit v hotspoty veřejné osvětlení (samozřejmě ne to osazené sodíkovými výbojkami). Stejně tak by se pro Li-Fi našlo uplatnění i v automobilovém průmyslu, ve kterém v poslední době stále více rezonuje slovní spojení „chytrá auta“. Představte si například, že by spolu mohly automobily komunikovat skrze světlomety a koncová světla. Na stejném principu by šlo Li-Fi použít i pro komunikaci mezi automobilem, semaforem či proměnným dopravním značením. Využití pro zvýšení bezpečnosti je nasnadě.

Li-Fi bez větších problémů funguje pod vodou, mohlo by tedy zajišťovat například komunikaci mezi potápěči. Dokonce i letecký průmysl, který reaguje na neustálou poptávku po úspornějších letadlech, by díky Li-Fi mohl nahradit některé kabelové spoje. 

Haas chce jít ale ještě dál a vidí pro Li-Fi velkou příležitost v medicíně. Připomíná například, že tato technologie neruší přístroje typu pacemakeru a mohla by být využita k monitorování stavu pacientů. Jako úplné sci-fi se jeví Haasův sen, že by díky Li-Fi přenosům bylo v budoucnu možné nahradit přerušené nervy.

Nejen LED, ale i fotovoltaické články

Jenže ani LED žárovky Haasovi zřejmě nestačí. Už nyní se svými kolegy testuje, zda by k podobnému účelu nebylo možné využít i fotovoltaické články. První výsledky komerčně vyráběných článků ukazují, že i přes ně je možné data „světelnou technologií“ přenášet. Toho by se dalo v budoucnu využít například u mobilních telefonů, který by měly článek zabudovaný v displeji. Byly by jeho prostřednictvím nejen připojeny k Internetu, ale také by si dobíjely potřebnou energii na svůj provoz.

Fotovoltaický článek jako přijímač pro Li-Fi.
Autor: Harald Haas

Fotovoltaický článek jako přijímač pro Li-Fi.

Pokud vás Li-Fi zaujalo, stojí za to zhlédnout následující video, kde profesor Haas vše podrobně vysvětluje:

Mimochodem, pokud jste video nezhlédli a vrtá vám, stejně jako mně, hlavou, jak je možné, že Haasovo Li-Fi funguje na rozdíl od Bellova fotofonu obousměrně, vězte že je za tím malý trik. Přijímač s vysílačem totiž komunikuje prostřednictvím infračerveného záření.

Našli jste v článku chybu?

10. 7. 2014 9:15

>> Autor plete páte přes deváté.

Díky za vysvětlení. Četl jsem sice jenom začátek, ale nemohl jsem pochopit, co je na tom nové, když na tomhle principu běhá Ronja už "mraky tun" let :-)))

Vitalia.cz: Znáte „černý detox“? Ani to nezkoušejte

Znáte „černý detox“? Ani to nezkoušejte

Podnikatel.cz: Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Vitalia.cz: 7 druhů hotových těst na vánoční cukroví

7 druhů hotových těst na vánoční cukroví

Vitalia.cz: Pravda o přibírání na zimu

Pravda o přibírání na zimu

DigiZone.cz: Recenze Westworld: zavraždit a...

Recenze Westworld: zavraždit a...

Root.cz: Mirai má nový cíl 5 milionů routerů

Mirai má nový cíl 5 milionů routerů

Root.cz: Telegram spustil anonymní blog Telegraph

Telegram spustil anonymní blog Telegraph

Vitalia.cz: Nahradí sluch, ale zvuk je zcela jiný

Nahradí sluch, ale zvuk je zcela jiný

Vitalia.cz: Dáte si jahody s plísní?

Dáte si jahody s plísní?

Vitalia.cz: Když přijdete o oko, přijdete na rok o řidičák

Když přijdete o oko, přijdete na rok o řidičák

Měšec.cz: Za palivo zaplatíte mobilem (TEST)

Za palivo zaplatíte mobilem (TEST)

120na80.cz: Stoná vaše dítě často? Upravte mu jídelníček

Stoná vaše dítě často? Upravte mu jídelníček

Podnikatel.cz: Udávání kvůli EET začalo

Udávání kvůli EET začalo

120na80.cz: Popraskané rty? Některé balzámy stav zhoršují

Popraskané rty? Některé balzámy stav zhoršují

DigiZone.cz: ČT má dalšího zástupce v EBU

ČT má dalšího zástupce v EBU

Root.cz: Kamery Sony se dají ovládnout na dálku

Kamery Sony se dají ovládnout na dálku

Podnikatel.cz: EET: Totálně nezvládli metodologii projektu

EET: Totálně nezvládli metodologii projektu

Podnikatel.cz: Na 3. prosince se chystá protest proti EET

Na 3. prosince se chystá protest proti EET

Vitalia.cz: Jsou čajové sáčky toxické?

Jsou čajové sáčky toxické?

Měšec.cz: U levneELEKTRO.cz už reklamaci nevyřídíte

U levneELEKTRO.cz už reklamaci nevyřídíte