Сравнение беспроводных технологий Li-Fi и Wi-Fi Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 004.716

А.Н. Длужевская, Е.А. Барабанова, К.А. Вытовтов

Астраханский государственный технический университет, Астрахань, 414056 e-mail: [email protected]

СРАВНЕНИЕ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ LI-FI И WI-FI

Беспроводной доступ в Интернет можно получить при помощи технологии Wi-Fi, которая базируется на использовании радиочастотных волн. Следовательно, сеть Wi-Fi не может развертываться в таких местах, как медицинские учреждения, самолеты, нефтяные и газовые скважины. Для решения этой проблемы была создана технология Li-Fi, которая является новейшей оптической технологией беспроводной передачи данных. Технология Li-Fi обеспечивает безопасную передачу данных через свет на высоких скоростях. В работе представлено исследование данной технологии, принцип работы и сравнение с технологией Wi-Fi. В исследовании также представлены особенности обеих технологий.

Ключевые слова: Li-Fi, светодиод, приемник, передатчик, радиоволна.

A.N. Dluzhevskaya, E.A. Barabanova, K.A. Vytovtov

Astrakhan State Technical University, Astrakhan, 414056 e-mail: [email protected]

COMPARISION OF WIRELESS TECHNOLOGIES LI-FI AND WI-FI

Wireless Internet access is offered to users using Wi-Fi technology, which is based on the use of radio waves. Consequently, the Wi-Fi network cannot be deployed in places such as medical facilities, airplanes, oil and gas wells. To solve this problem, Li-Fi technology was created, which is the latest optical technology of wireless data transmission. Li-Fi technology provides secure data transmission through light at high speeds. The study of this technology, the principle of operation, as well as a comparison with Wi-Fi technology are presented in the article. The features of both technologies are described.

Key words: Li-Fi, LED, receiver, transmitter, radio wave.

Последние появившиеся технологии и количество смартфонов, ноутбуков и других устройств привели к увеличению интереса простых людей к проводной и беспроводной коммуникации. Большинство людей соединяются через сеть для обмена данными, общения, обновления знаний, образования и общественной деятельности. Следовательно, люди заинтересованы в быстрой и эффективной передаче данных.

Технология Wireless Fidelity (Wi-Fi) является универсальной и эффективной технологией, которая использует радиоканалы для быстрой беспроводной передачи данных. Данная технология предполагает наличие точки доступа/маршрутизатора Wi-Fi, которая обеспечивает стабильный доступ к сети из некоторой области радиусом до 45 метров в помещении и 90 метров на открытом пространстве (радиус действия зависит от многих условий). Эта технология сталкивается с проблемой эффективности, доступности и безопасности [1].

Многие компании и отрасли мотивируют исследователей работать над технологией Li-Fi. Она является альтернативой технологии Wi-Fi, которая передает данные с помощью спектра видимого света.

Технология Li-Fi работает на основе светодиодов, которые включаются (выключаются) мгновенно, потому пользователю будет казаться, будто свет работает постоянно. Это невидимое включение (выключение) позволяет передавать данные с использованием двоичного кода. Включение - логическая «1», выключение - логический «0». Такой принцип позволяет кодиро-

Наука, образование, инновации: пути развития

вать данные в свете путем изменения скорости мерцания свето-диода. Фотоприемник получает сигнал и преобразует его обратно в исходные данные [2].

На рисунке показан процесс передачи данных с использованием технологии Li-Fi. Данные поступают из источника для передачи через сеть. Исходные данные модулируются с использованием фазово-импульсной модуляции и затем направляются на светодиодную лампу. Фотодетектор улавливает изменения интенсивности света, который поступает от светодиодной лампы. Полученные данные отправляются на демодулятор для отделения полезного сигнала от несущей. В конце данные принимаются в месте назначения в формате отправителя.

Wi-Fi - это беспроводная технология передачи данных по радиоканалу. Для работы Wi-Fi необходимо соответствующее оборудование беспроводной связи. Все оборудование делится на две группы: «точка доступа» и беспроводной роутер. Li-Fi - это современная беспроводная технология передачи данных с помощью света. Li-Fi состоит из четырех главных компонентов: светодиодной лампы, радиочастотного усилителя мощности, печатной платы и корпуса. Вместо модемов в Li-Fi используется приемопередатчик, оборудованный в светодиодных лампах, которые могут передавать и принимать информацию и при этом использоваться для освещения комнаты. Светодиодные лампы являются точкой доступа для любого количества пользователей [3]. Сравнение технологий Li-Fi и Wi-Fi представлено в таблице.

Сравнение характеристик технологии Li-Fi и Wi-Fi

Характеристика Light Fidelity Wireless Fidelity

Стандарт IEEE 802.15.7 802.11b

Системные компоненты Светодиодная лампа, драйвер, фотодетектор Маршрутизатор и абонентское устройство

Технология IrDA (InfraRedDataAssociation) WLAN 802.11 a/b/g/n/ac/ad

Топология Точка-точка Точка-многоточка

Среда передачи данных Видимый свет Радиоволны

Диапазон частот Отсутствие радиодиапазона в технологии 2,4 ГГц; 4,9 ГГц; 5 Гц

Скорость передачи данных 1-3,5 Гбит/с До 150 Мбит/с

Площадь охвата 10 м 20-100 м

Принцип работы Передача данных через свет от светодиодных ламп Передача данных по радиоволнам с Wi-Fi роутером

Конфиденциальность Безопасная передача данных Радиоволны проникают сквозь стены, поэтому безопасность передачи данных меньше

Задержка Микросекунды Миллисекунды

Стоимость Низкая Высокая

Технология Wi-Fi обладает такими преимуществами, как глобальная доступность, простота использования связи, а также отсутствие необходимости прокладки кабеля для сети. Вышеупомянутое исследование показало, что технология Li-Fi обладает такими преимуществами как информационная безопасность, дешевизна комплектующих, а также возможность использования технологии там, где наличие радиоизлучения нежелательно. Таким образом, технология Li-Fi обеспечивает большую производительность с точки зрения перечисленных функций.

К основным проблемам использования технологии Li-Fi можно отнести следующие:

1. Связь Li-Fi должна работать только в зоне прямой видимости между передатчиком и приемником для эффективной передачи данных. Небольшое вмешательство приводит к прерыванию сигнала.

2. Приемное устройство не должно перемещаться внутри помещения.

3. Не все приемные устройства оборудованы для передачи данных назад к передатчику.

4. Помехи могут быть вызваны внешними источниками света, такими как обычные лампочки, солнечный свет и непрозрачные предметы во время передачи данных.

Блок-схема передачи данных на основе технологии Li-Fi

5. Технология VLC не способна проходить сквозь стены как радиоволны, и поэтому сигнал может быть легко заблокирован, если кто-то будет проходить перед светодиодным источником [4].

Использование светодиодов увеличивается во всем мире и дает возможность использовать Li-Fi технологию в многочисленных светодиодных средах.

• Умные города

Технология Li-Fi может использоваться для уличного освещения в развивающихся городах, поскольку она использует светодиодные лампочки для передачи данных на высоких скоростях.

• Самолеты

Используя технологию Li-Fi в салоне самолета, можно будет отказаться от километров кабелей, обеспечивающих передачу видеосигнала на дисплеи, встроенные в спинки сидений и обеспечить сетью передачи данных мобильные цифровые устройства пассажиров. То же актуально и в вагонах пассажирских поездов.

• Медицинские учреждения

Wi-Fi излучает радиоволны, которые могут влиять на показания медицинских приборов. В этом случае можно использовать технологию Li-Fi для интернет-обслуживания в операционных залах.

• Подводные работы

Подводные дистанционно-управляемые транспортные средства используют очень длинный кабель для обеспечения электропитания для того, чтобы передать сигнал между управляющим и оборудованием. Часто работа не может быть завершена, потому что длины кабеля не хватает для мониторинга исследуемой области. В этом случае может быть использована мощная лампа, которая заменит все провода.

• Управление движением

В автомобилях устанавливаются светодиодные фары и индикаторы подсветки. Они могут быть использованы для связи между автомобилями на проезжей части. Это приведет к предотвращению несчастных случаев на дороге путем обмена информацией.

• Образование

Li-Fi - ведущая технология с высокой скоростью доступа в интернет и высокой пропускной способностью. Следовательно, образовательные учреждения и организации могут использовать эту технологию для видеоконференций, загрузки цифровых учебников и онлайн-обучения [5].

Эта статья представила исследование технологии Li-Fi - ее основы, принципы работы, недостатки и преимущества по сравнению с технологией Wi-Fi. Сравнительное исследование показало достоинства и ограничения обеих технологий. Основная причина востребованности технологии Li-Fi заключается в огромном потенциале передачи больших объемов данных на высоких скоростях в нелицензируемом диапазоне длин волн, существенно снижая таким образом административные издержки. Но кроме неоспоримых преимуществ система Li-Fi имеет и свои недостатки, главный из которых - необходимость обеспечения линии прямой видимости, а также влияние помех на информационный сигнал от внешних источников света.

Литература

1. Петрусь И.П. Перспективы развития беспроводных технологий передачи данных // Перспективы развития научных исследований в 21 веке: Материалы III Международн. науч.-практ. конф. (31 октября 2013 г.). - Махачкала: ООО «Апробация», 2013. - С. 70-72.

2. Лямин А.Т., Барабанова Е.А. Применение беспроводных сенсорных сетей в нефтегазовой промышленности // XLV Огарёвские чтения: Материалы науч. конф. в 3 ч. - 2017. - С. 340-344.

3. Барабанова Е.А., Береснев И.А., Барабанов И.О. Управление элементами коммутации в оптической системе с параллельным поиском каналов связи // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. - 2017. - № 1. - С. 89-97.

4. Храпов С.Д., Старичихин М.Г., Бурдоковский Н.П. Анализ технологии Li-Fi // Современные тенденции развития науки и технологий: Сб. статей - Белгород, 2015. - № 8 (2). - С. 129-132.

5. Elgala H., Mesleh R., Haas H., Pricope B. OFDM visible light wireless communication based on white LEDs // Proc. 64th IEEE Veh. Technol. Conf. - 2007. - P. 2185-2189.