Upoznajte Li-Fi internet. Wi-Fi brzinom svetlosti

Godine pred nama doneće početak praktične implementacije jedne nove i moćne tehnologije – Li-Fi

Svetlost je iz ljudske perspektive svakako najuočljivija fizička pojava. Gde god da se okrenemo, ona je oko nas i bez nje bi život bio nezamisliv. Poznato je i to da njena brzina važi za najveću konvencionalnu brzinu koju nauka priznaje. Znači da je bogom dana za primenu u oblastima gde su potrebne ekstremne brzine prenosa podataka. Upravo zahvaljujući revoluciji u telekomunikacijama koju je prouzrokovalo uvođenje optičkih kablova pre nekih dvadesetak godina, danas uživamo u blagodetima širokopojasnog interneta ne misleći na ograničenja u količini prenesenih podataka. Zanimljivo je da svetlost, kao privlačan medij za prenos informacija, nije već ranije ozbiljno zainteresovala istraživače i komercijalne kompanije da pronađu neki način njene masovne upotrebe.

Pionirom u oblasti prenosa informacija putem svetlosti smatra se poznati naučnik Aleksandar Grejam Bel koji je još 1880. godine ostvario prenos zvuka na daljinu od 300 metara pomoću moduliranih svetlosnih zraka. Značajniji radovi na temu upotrebe svetlosti za prenos informacija zabeleženi su početkom osamdesetih godina prošlog veka, ali nešto ozbiljno i konkretno počelo je da se dešava tek nedavno. Prvi značajniji rezultat u prenosu informacija putem vidljive svetlosti je zabeležen 2006. godine u Češkoj, gde je konstruisana oprema za prenos informacija putem svetlosti na daljinu od 1,4 kilometara pri brzini od 10 Mb/s. Stvari su počele da poprimaju konkretne konture sa projektom pod nazivom D-Light(Data Light), koji je 2008. godine definisao cilj da se postigne brzina prenosa od 100 Mb/s na udaljenosti od jednog do četiri metra i sa jednom greškom na 10000 bitova. Pokrenuo ga jeHarald Has, profesor mobilnih komunikacija sa Edinburškog Univerziteta. Taj projekat je uspešno završen 2011. godine (ostvarena brzina od 130 Mb/s). U julu iste godine, na poznatom TED (Technology, Entertainment, Design) simpozijumu, Has u javnost izlazi sa kovanicom Li-Fi, koja bi trebalo da ukazuje na sličnost ove tehnologije sa dobro poznatom tehnologijom Wi-Fi. Verovali ili ne, to njegovo petnaestominutno izlaganje je na internetu do sada odgledano preko 2 milijarde puta! Iste godine se formira Li-Fi Consortium sa ciljem promovisanja ove tehnologije, a na naučnom institutu Hajnrih Herc u Nemačkoj naučnici uspevaju da ostvare brzinu prenosa od 800 Mb/s. Krajem 2012. godine projektu se pridružuje poznata automobilska kompanija Rolls Royce, dok u septembru 2013. godine to čini i gigant na polju mrežne opreme Cisco. Negde u isto vreme, kompanija pod nazivomVLC Systems uz pomoć LED sijalice uspeva da postigne prenos od 1,6 Gb/s. Na proleće 2014. godine, rusko-izraelska kompanija Stins Comanu okviru projekta BeamCaster razvija lokalnu mrežu baziranu na Li-Fi tehnologiji sa brzinom prenosa od 1,25 Gb/s i obećanjem da bi se ta brzina mogla popeti na 5 Gb/s. Malo posle toga, meksička filijala kompanije Sisoft uspeva da kombinacijom više sijalica dobije prenos od već impozantnih 10 Gb/s. Krajem prethodnog novembra smo bili svedoci ogromnog hypea po internet portalima koji su nas obaveštavali da su ljudi uključeni u estonski startap projekt pod nazivom Velmenni u praksi uspeli da ostvare prenos „koji je 100 puta brži od Wi-Fija”. Zapravo, kada odstranimo novinarski senzacionalizam, saznajemo da je,u laboratorijskim uslovima, ostvaren prenos brzine od 224 Gb/s, dok je u stvarnim uslovima ta brojka dosta skromnija i iznosi „samo” 1 Gb/s.

Kako funkcioniše?

Princip koji stoji iza prenosa informacija putem svetlosti je više nego jednostavan. Ukoliko želimo da podatak predstavlja binarnu jedinicu, sijalica će emitovati svetlost, dok će za prikaz nule biti korišćen „mrak”. Ukoliko uz pomoć kontrolera našu sijalicu u jednoj sekundi upalimo i ugasimo milijardu puta, eto nama teoretskog prenosa od 1 Gb/s. Ukoliko mislite da bi treptanje sijalica moglo da deluje iritirajući na vaš vid, niste u pravu. Reč je o toliko visokoj učestalosti treperenja da naše oko ne može da je primeti. Dok za radio talase često možete čuti da su (potencijalno) opasni za ljudsko zdravlje, sa svetlošću nema takvih problema. Reč je o tehnologiji apsolutno bezopasnoj po ljudsko zdravlje. Za sada se najčešće koriste sijalice koje emituju belu svetlost, ali je još moguće i kombinovati LE diode u primarnim bojama (crvene, plave i zelene svetlosti) i na takav način dobiti trostruku brzinu prenosa iz jedne sijalice, a da pri tome sijalica i dalje emituje svetlost (približno) bele boje. Brzina prenosa Li-Fi signala varira u zavisnosti od toga kakva vrsta izvora svetlosti se koristi za prenos informacije. Nije ista brzina ako koristimo malu i veliku LED sijalicu. Najbolji rezultati se postižu kada se za izvor svetlosti koristi laserska LE dioda.

Suštinski gledano, ne postoji neka velika razlika između Wi-Fi i Li-Fi tehnologije. Glavna razlika je u tome što se prenos, umesto sa talasima iz radio spektra, sada ostvaruje talasima iz spektra vidljive svetlosti. Jedan vid elektromagnetnog zračenja je zamenjen drugim. Velika prednost svetlosti nad radio talasima je i to što je njen opseg širi čak 10000 puta. Eto razloga zašto Li-Fi postiže mnogo veće brzine od tehnologije zasnovane na radio talasima. Uzak spektar radio talasa nosi još jedan problem u vezi sa prenosom podataka ovim putem. Mnogi kućni električni uređaji negativno utiču na kvalitet signala u području koje koristi Wi-Fi. O tome da rad našeg kućnog rutera iz susedstva uvek ometa na desetine sličnih uređaja, nećemo ni da govorimo. Svetlost nema takve probleme.

Po ideji, Li-Fi bi trebalo da bude implementiran u okviru standardnih kućnih sijalica, koje bi bile proširene sa tzv. VLC (Visible Light Communication) slojem. VLC je u stvari sinonim za tehnologije prenosa podataka u okviru vidljivog spektra sa talasnom dužinom od 380 – 750 nanometara i frekvencije između 790 i 400 GHz. Treba istaći da je VLC tehnologija deo tehnologije Li-Fi, ali da nisu jedno te isto. Za razliku od VLC-a, koji je baziran samo na ostvarenju komunikacije unutar svetlosnog spektra, Li-Fi je veoma kompleksna tehnologija koja podrazumeva sve ono što omogućava korišćenje svetlosti za prenos podataka na način kako to radi Wi-Fi. Dok se VLC bavi prenosom podataka u jednom smeru, Li-Fi nastoji da obezbedi dvosmerni prenos i to u okviru cele ciljne površine. Dok je VLC usmeren na prenos podataka prema jednom cilju, Li-Fi iz jednog izvora može istovremeno opsluživati više korisnika. Buduće Li-Fi sijalice će, osim standardne namene, imati još i ulogu tačke pristupa. Svaka sijalica će u sebi imati ugrađen brzi DSP koji će biti zadužen za prijem, obradu i slanje podataka.

Dobro, jasno nam je da to može lepo da funkcioniše u okviru jedne prostorije, ali kako da zamenimo naškućni Wi-Fi ruter znajući da svetlost ne prolazi kroz zidove? Taj problem će se rešiti povezivanjem svih VLC sijalica iz jednog objekta u svojevrsnu lokalnu mrežu koja će omogućiti prenos podataka između brojnih tačaka pristupa. Na dosta se mesta može pročitati o tome kako Li-Fi tehnologija predstavlja velikikorak napred po pitanju mrežne bezbednosti baš zbog pomenute činjenice da svetlost ne prolazi kroz zidove što znatno otežava hakersku penetraciju spolja. Jasno je da je to funkcioniše kod prostorije koja nema prozore, a takve prostorije su izuzetno retke. Štaviše, ukoliko se ne reši pitanje prostiranja VLC signala kroz prozore, hipotetički bi takve mreže (uz pomoć sofisticirane opreme) mogle da budu ranjivije i na većoj distanci nego što je slučaj sa Wi-Fi mrežama. Generalno, što je bolja optička vidljivost to je kvalitet signala bolji, brzina komunikacije veća i broj grešaka u prenosu manji. Međutim, Li-Fi će moći da funkcioniše i u uslovima prijema reflektovane svetlosti, ali će kvalitet signala logično da bude slabiji. Poneko može da se zabrine i zbog činjenice da bi korišćenje tehnologije zasnovane na svetlosti značilo da je potrebno da svetlo bude upaljeno i „u sred belog dana”, što bi moglo prilično da iritira. Na sreću, intenzitet svetlosti potrebne za prenos podataka može da bude tako mali da ona praktično ne bude vidljiva za ljudsko oko. Već znamo da sijalice na bazi LED tehnologije u svom radu troše male količine električne energije. Računa se da će Li-Fi trošiti maksimalno dvadeseti deo energije koju koriste LED sijalice, što će za rezultat imati potrošnju koja je manja u odnosu na Wi-Fi.

Pre nekih petnaestak godina došlo je do Wi-Fi revolucije predvođene uređajima pra-vljenim po standardu 802.11b. Tada je brzina prenosa od 11 Mb/s smatrana sasvim dovoljnom za svakodnevnu primenu. Nije prošlo mnogo godina i stigosmo do G standarda (54 Mb/s), pa ljudima onih 11 Mb/s postade previše sporo. Danas, kada je standard 802.11n svima dostupan, mnogi koji su videli kako funkcionišu 802.11ac uređaji će reći da im je tih hipotetičkih 300 Mb/s malo. Ljude je lako razmaziti pa nešto što im je do juče predstavljalo ideal danas smatraju prevaziđenim. Šta će se desiti kada sutra Li-Fi dogura do 200 Gb/s? Ništa naročito. Ukoliko nam i to bude malo, moći ćemo da postavimo dodatne Li-Fi sijalice i teramo do suludih brzina prenosa koje se mere u Tb/s. Naravno, pre toga biće potrebno da se reše još neka tehnološka pitanja strujne infrastrukture i dovođenja signala do samih sijalica. Potencijal Li-Fi tehnologije je ogroman i računa se da će kroz dve godine tržište opreme bazirane na njoj vredeti preko 6 milijardi dolara, dok bi do 2022. godine ono moglo preći vrtoglavih 100 milijardi „zelenih novčanica”. Pretpostavlja se da će Li-Fi u praktičnoj primeni biti i do deset puta jeftiniji od svog Wi-Fi rođaka.

Razlika

Važna je stvar da, za razliku od Wi-Fi tehnologije, kod Li-Fi nije prisutan fenomen elektromagnetne interferencije koja ograničava upotrebu radio-uređaja u pojedinim oblastima primene. Na primer, znamo da je zabranjena upotreba uređaja koji emituju radio talase unutar aviona, u blizini osetljive medicinske opreme, u nuklearnim postrojenjima i slično. Više je nego sigurno da će Li-Fi biti apsolutno dobrodošla solucija za takva okruženja. Jedna zanimljiva vizija primene ove tehnologije govori o tome da bi automobili tokom vožnje preko Li-Fi svetlosti mogli da međusobno razmenjuju informacije o uslovima na putu i na taj način doprinesu većoj bezbednosti saobraćaja. Zanimljiva je ideja zamene klasične ulične rasvete Li-Fi sijalicama koja bi teoretski svaku banderu pretvorila u brzu tačku pristupa. To bi značilo da bi čitavi gradovi mogli da se pretvore u ogromne mreže sa velikim brzinama prenosa informacija. Verovatno nećemo previše dugo čekati da takve futurističke ideje postanu stvarnost.

Radio opseg je do te mere postao tesan za sve moguće i nemoguće uređaje koji ga koriste da bismo većkroz nekoliko godina mogli da dođemo u opasnu situaciju izazvanu interferencijom velikog broja uređaja na malom prostoru i zbog toga je potrebna adekvatna zamena. Li-Fi se nameće kao idealan konkurent za tu poziciju. Zasigurno je najveći nedostatak Li-Fi tehnologije taj što će praktična primena biti vezana mahom za zatvorene prostorije koje nisu izložene sunčevom zračenju. Zbog snage zračenja naše najbliže zvezde, veliki deo informacija koje bi emitovao izvor Li-Fi svetlosti bio bi „obrisan”. To znači da će upotreba biti dosta ograničena. Štaviše, pomoću svetlosti je nemoguće efikasno prenositi informaciju na daljine koje stoje na raspolaganju radio talasima, pa će uređaji koji razmenjuju podatke morati da se nalaze mnogo bliže.

Da li će Li-Fi poslati Wi-Fi u istoriju?

Ni u kom slučaju! Postoji veliki broj scenarija gde je Li-Fi praktično neupotrebljiv. Upotreba Li-Fi tokom dana na otvorenom prostoru je pod velikim znakom pitanja i u takvim situacijama je neophodno oslanjanje na neki od oblika radio-komunikacije. Li-Fi bi u okviru kuća, stanova ili kancelarijskog prostora mogao da postane dominantna tehnologija prenosa podataka, ali će i u tom slučaju postojati situacije gde je Wi-Fi bolji izbor. Najvažniji doprinos nove tehnologije ogledaće se u rasterećenju skučenog radio-spektra tamo gde je to moguće. Na kraju će definitivno doći do fuzije svih tehnologija prenosa podataka u jednu celinu i izvesno je da će prenosni uređaji u budućnosti automatski birati najoptimalniji vid komunikacije u zavisnosti od okruženja u kojem se korisnik nalazi.

Igor S. RUŽIĆ

Izvor: Svet kompjutera  TED Talks