[科普中國]-光照上網(wǎng)技術(shù)

光照上網(wǎng)技術(shù)，又稱燈光上網(wǎng)技術(shù)。它是一種無需WiFi信號，從而使用由LED燈把光源轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號的形式來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)交接的技術(shù)。

簡介光照上網(wǎng)技術(shù)（又稱燈光上網(wǎng)技術(shù)，英語：Li-Fi，英文全稱：Light Fidelity），是利用可見光通訊技術(shù)（VLC）來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸。通俗地講，光照上網(wǎng)技術(shù)就是以各種可見光源作為信號發(fā)射源，通過控制器控制燈光的通斷，從而控制光源和終端接收器之間的通訊。它具有高帶寬（其帶寬是WIFI的1萬倍）、高安全性（室內(nèi)電腦、移動終端信息不會泄露到室外）、節(jié)能等特點(diǎn)。盡管Li-Fi燈泡必須保持打開狀態(tài)才能傳輸數(shù)據(jù)，但是燈泡可以調(diào)暗至人眼看不到的程度，卻仍然能夠運(yùn)行。

該項(xiàng)技術(shù)是由德國的哈拉爾德·哈斯發(fā)明，上海復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院在2013年10月16日研發(fā)的一種新技術(shù)。1

歷史早在2008年英國愛丁堡大學(xué)的教授哈羅德·哈斯（Harald Hass）就開始了可見光通訊研究，2011年10月，哈羅德·哈斯教授在當(dāng)年的全球科技娛樂設(shè)計(jì)大會（TED Global）上首次公開提出Li-Fi這一概念，并在2012年成立了PureLiFi （又稱PureVLC）公司，成功實(shí)現(xiàn)了利用光傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)。2013年開始商業(yè)化第一步——由哈羅德·哈斯擔(dān)任首席科學(xué)官的pureVLC公司以5000英鎊的價(jià)格向一家美國醫(yī)療衛(wèi)生供應(yīng)商出售了第一臺LiFi設(shè)備。1

標(biāo)準(zhǔn)像Wi-Fi一樣，Li-Fi是無線的，使用類似的802.11協(xié)議，但是它使用紫外線，紅外線和可見光通信（而不是無線電波），它具有更大的帶寬。

可見光通信技術(shù)（即VLC）的一部分是在IEEE802工作組建立的通信協(xié)議之后建模的。但是，IEEE 802.15.7標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)過時(shí)，沒有考慮到光無線通信領(lǐng)域的最新技術(shù)發(fā)展，特別是引入了光正交頻分復(fù)用（O-OFDM）調(diào)制方法，已針對數(shù)據(jù)速率，多路訪問和能源效率進(jìn)行了優(yōu)化。引入O型OFDM的意味著對于光學(xué)無線通信的標(biāo)準(zhǔn)化的新驅(qū)動器是必需的。

盡管如此，IEEE 802.15.7標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層（PHY）和媒體訪問控制（MAC）層。該標(biāo)準(zhǔn)能夠提供足夠的數(shù)據(jù)速率來傳輸音頻，視頻和多媒體服務(wù)。它考慮了光傳輸?shù)囊苿有?，與基礎(chǔ)設(shè)施中存在的人造光源的兼容性以及環(huán)境照明可能產(chǎn)生的干擾。MAC層允許與TCP / IP協(xié)議一樣使用與其他層的鏈接。

該標(biāo)準(zhǔn)定義了三個不同速率的PHY層：

PHY 1成立于室外，工作速率從11.67 kbit / s到267.6 kbit / s。

PHY 2層允許達(dá)到1.25 Mbit / s到96 Mbit / s的數(shù)據(jù)速率。

PHY 3用于許多發(fā)射源，采用稱為色移鍵控（CSK）的特定調(diào)制方法。PHY III可以提供從12 Mbit / s到96 Mbit / s的速率。

PHY I和PHY II識別的調(diào)制格式是開關(guān)鍵控（OOK）和可變脈沖位置調(diào)制（VPPM）。用于PHY I和PHY II層的曼徹斯特編碼包括通過用OOK符號“01”表示邏輯0和用OOK符號“10”表示全部具有DC分量的邏輯1的發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)部的時(shí)鐘。直流分量在邏輯0的延長運(yùn)行的情況下避免消光。

首款VLC智能手機(jī)樣機(jī)于2014年1月7日至10日在拉斯維加斯消費(fèi)電子展上亮相。該手機(jī)采用SunPartner的Wysips CONNECT技術(shù)，將光波轉(zhuǎn)化為可用能量，使手機(jī)無需接收和解碼信號利用其電池。一個清晰的水晶玻璃薄層可以添加到手表和智能手機(jī)，使他們太陽能供電的小屏幕。智能手機(jī)在典型的一天中可以獲得15%的電池續(xù)航時(shí)間。使用這項(xiàng)技術(shù)的第一款智能手機(jī)應(yīng)該在2015年到貨。該屏幕還可以接收VLC信號以及智能手機(jī)相機(jī)。這些智能手機(jī)的屏幕成本在2美元到3美元之間，比大多數(shù)新技術(shù)便宜得多。

飛利浦照明公司已經(jīng)為商店的購物者開發(fā)了VLC系統(tǒng)。他們必須在他們的智能手機(jī)上下載應(yīng)用程序，然后他們的智能手機(jī)與商店中的LED一起工作。LED可以指出他們在商店中的位置，并根據(jù)他們在哪個通道上以及他們在看什么來給他們相應(yīng)的優(yōu)惠券和信息。2

技術(shù)優(yōu)劣優(yōu)勢高帶寬：Li-Fi所使用的可見光頻段、頻譜范圍非常寬，所以Li-Fi的單個數(shù)據(jù)信道的帶寬就可以很高，也可以容納更多的信道作并行傳輸，從而讓整個傳輸速度大幅度的提升。從結(jié)果上而言可以達(dá)到傳統(tǒng)Wifi的100倍速度（Wifi方面的速度以韓國所保持的截止至2011年的世界紀(jì)錄為準(zhǔn)）

節(jié)能：目前廣泛應(yīng)用的蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi設(shè)備都存在著發(fā)熱量大及能量轉(zhuǎn)化率低的問題。比如蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站內(nèi)的設(shè)備，其頻率不高，但其能量轉(zhuǎn)化率不足一成，其余九成多的能量都轉(zhuǎn)化成熱量，需要引入冷卻設(shè)備以保持正常運(yùn)行。而Li-Fi就沒有這個問題，極低的發(fā)熱量使其不需要冷卻設(shè)備也能穩(wěn)定運(yùn)行，LED相對于傳統(tǒng)燈泡非常節(jié)能。

高安全性：光無法穿墻傳輸信號，也就意味著它的安全性很強(qiáng)，像Wi-Fi使用中所出現(xiàn)的“蹭網(wǎng)”現(xiàn)象，就可以有效避免。同時(shí)Li-Fi的上行和下行信道是獨(dú)立運(yùn)行的，黑客必須處在同一個房間之中，并侵入兩個信道才能完成一次真正意義上的攻擊。

容易操作：通過調(diào)整燈罩的方向即可調(diào)整目標(biāo)區(qū)域，可以直接看到數(shù)據(jù)發(fā)送的路線。3

劣勢由于這種Lifi技術(shù)也局限性，包括若燈光被阻擋或光源一旦消失，網(wǎng)絡(luò)信號將被切斷。

同樣，正因?yàn)楣鉄o法穿墻，相比于一個家庭可以有一個Wifi路由器來供應(yīng)全家的Wifi，Lifi必須要每個家庭成員的附近都有一個正在運(yùn)行的Lifi燈泡。

由于Lifi的有效范圍較小，和電話信號、Wifi等可以借由衛(wèi)星覆蓋全球的技術(shù)不同，部分地區(qū)將會難以使用。

另外，這類光通信都是屬于單向傳送通路，如果實(shí)現(xiàn)正式的上網(wǎng)，需要一對通路來構(gòu)成雙向通信。3

應(yīng)用程序安全與Wi-Fi使用的射頻波形不同，燈不能穿過墻壁和門。這使得它更安全，更容易控制誰可以連接到網(wǎng)絡(luò)。只要透明材料等窗口被覆蓋，獲得了鋰-Fi信道僅限于房間內(nèi)的設(shè)備。

水下應(yīng)用大多數(shù)遠(yuǎn)程操作的水下航行器（ROV）使用電纜來傳輸指令，但是電纜的長度則限制了ROV可以檢測到的區(qū)域。但是，由于光波可以通過水流，Li-Fi可以在車輛上實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送信號。

雖然理論上可以將Li-Fi用于水下應(yīng)用，但其實(shí)用性受到光線能夠穿透水的距離的限制。大量的光線不能穿透200米以上。過去1000米，沒有光線穿透。

醫(yī)院現(xiàn)在許多治療方法涉及多個人，Li-Fi系統(tǒng)可能是一個更好的系統(tǒng)來傳輸有關(guān)患者信息的溝通。除了提供更高的速度，光波也具有影響不大的醫(yī)療儀器和人體。

車輛車輛可以通過前后燈互相通信，以提高道路安全。路燈和交通信號也可以提供有關(guān)當(dāng)前道路情況的信息。

工業(yè)自動化在工業(yè)領(lǐng)域的任何地方都需要傳輸數(shù)據(jù)，Li-Fi能夠取代滑環(huán)，滑動觸點(diǎn)和短電纜，如工業(yè)以太網(wǎng)。由于自動化過程通常需要Li-Fi的實(shí)時(shí)功能，因此它也是通用工業(yè)無線LAN標(biāo)準(zhǔn)的替代。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李岳陽 - 副教授 - 江南大學(xué)