Li-Fi и IEEE 802.11bb: как работает интернет через свет и заменит ли он Wi-Fi

Что такое Li-Fi простыми словами

Li-Fi, Light Fidelity, является технологией беспроводной передачи данных через оптическое излучение. Вместо радиопередатчика используется источник света, способный очень быстро изменять параметры сигнала.

Изменения происходят настолько быстро, что человек не видит мерцания. Для глаза источник выглядит постоянно включённым либо вообще остаётся невидимым, если используется ближний инфракрасный диапазон.

Как Li-Fi передаёт двоичные данные через свет

Оптический передатчик модулирует излучение: изменяет его интенсивность, фазу или другие параметры по заданному алгоритму. Фотодиод или другой оптический приёмник преобразует полученный свет обратно в электрический и цифровой сигнал.

Li-Fi использует видимый свет или инфракрасное излучение

Ранние демонстрации Li-Fi часто связывали с видимыми LED-светильниками. Поэтому технология получила репутацию «интернета из лампочки».

IEEE 802.11bb ориентирован на диапазон 800–1000 нм. Это ближнее инфракрасное излучение, которое человеческий глаз не воспринимает как обычное освещение.

Почему инфракрасный диапазон удобен

• связь не зависит от яркости основного света;
• освещение можно выключить;
• передатчик можно выполнить отдельным модулем;
• изменение света не заметно человеку;
• точку можно устанавливать рядом со светильником или отдельно.

Работает ли Li-Fi в темноте

Система на ближнем инфракрасном излучении может работать при выключенном видимом освещении. Комната будет выглядеть тёмной, хотя оптический канал продолжит передавать данные.

Если конкретная система использует видимый LED-светильник как передатчик, возможность работы при минимальной яркости или полностью выключенном свете зависит от её конструкции.

Из чего состоит полноценная Li-Fi-система

Дополнительно могут потребоваться

• контроллер нескольких точек;
• обычные Wi-Fi-точки;
• PoE-коммутатор;
• отдельный блок питания;
• крепление на потолок или стену;
• USB-адаптеры для ноутбуков;
• управляемый Ethernet-коммутатор;
• VLAN для разделения пользователей;
• UPS для сетевого оборудования.

Как устройство передаёт данные обратно

Интернет требует двусторонней связи. Недостаточно передать световой поток только от потолочной точки к ноутбуку.

Клиентский модуль также содержит собственный оптический передатчик. Он формирует обратный световой канал от устройства к точке доступа.

Какая скорость у Li-Fi

IEEE 802.11bb предусматривает несколько физических режимов. Диапазон возможностей стандарта значительно шире, чем скорость одного конкретного устройства.

Реальную скорость ограничивают

• модель точки доступа;
• клиентский оптический модуль;
• расстояние;
• угол между передатчиком и приёмником;
• препятствия;
• отражения;
• число пользователей;
• скорость Ethernet-uplink;
• производительность маршрутизатора;
• тариф провайдера.

Как формируется зона покрытия Li-Fi

Wi-Fi создаёт радиозону вокруг точки, а Li-Fi формирует оптическую область покрытия. Её границы зависят от диаграммы излучения, высоты установки и расположения фотоприёмника.

Зону могут ухудшить

• человек между точкой и приёмником;
• высокая мебель;
• закрытая крышка ноутбука;
• неудачный угол адаптера;
• плотные шторы или перегородки;
• сильная внешняя засветка;
• неправильная высота точки;
• слишком большое расстояние.

Проходит ли Li-Fi через стены

Обычная непрозрачная стена блокирует прямой оптический канал. Это одновременно преимущество и ограничение.

Стекло, открытый дверной проём и отражающие поверхности могут пропускать или перенаправлять часть оптического сигнала. Поэтому физическая граница комнаты не заменяет шифрование и контроль доступа.

Li-Fi или Wi-Fi: сравнение технологий

Практический вывод

Wi-Fi остаётся основной беспроводной сетью для смартфонов, телевизоров и бытовых устройств. Li-Fi может добавить отдельный высокоскоростной или физически локализованный канал в конкретной комнате или рабочей зоне.

Какие преимущества может дать Li-Fi

Главные ограничения Li-Fi

• обычные смартфоны пока не имеют массовой встроенной поддержки;
• для ноутбука может потребоваться отдельный адаптер;
• непрозрачные препятствия ухудшают или прерывают связь;
• каждой комнате или зоне может потребоваться своя точка;
• нужно заранее продумать Ethernet-backhaul;
• оборудование пока дороже массовых Wi-Fi-точек;
• выбор производителей и интеграторов ограничен;
• не все устройства IEEE 802.11bb взаимозаменяемы по функциям;
• нужно проверять работу при ярком солнечном свете;
• рынок бытовых клиентских модулей ещё формируется.

Где Li-Fi действительно может быть полезен

Нужен ли Li-Fi в квартире или частном доме

Для обычной квартиры качественный Wi-Fi с проводным Ethernet-backhaul пока практичнее. Он поддерживается всеми смартфонами, телевизорами и бытовыми устройствами.

Li-Fi можно рассматривать, если

• нужен отдельный канал в домашнем кабинете;
• радиодиапазон сильно перегружен;
• важна физическая локализация зоны;
• есть совместимые клиентские устройства;
• планируется экспериментальная или профессиональная система;
• точку можно подключить проводным Ethernet;
• в помещении предусмотрено подходящее место установки.

Li-Fi пока не нужен, если

• требуется обычный интернет для телефонов всей семьи;
• нет совместимых клиентских модулей;
• задачу решает одна правильно установленная Wi-Fi-точка;
• не проложен кабель к потолочным зонам;
• оборудование выбирается только ради необычной технологии;
• непонятно, кто будет обслуживать систему.

Нужно ли объединять Li-Fi с основным освещением

Оптическую точку можно встроить в светильник, разместить рядом с ним или установить как отдельное сетевое устройство.

При совмещении со светом проверяют

• совместимость драйвера и оптического модуля;
• диммирование;
• мерцание;
• цветовую температуру;
• тепловой режим;
• заменяемость светового источника;
• работу сети при выключенном свете;
• доступ к электронике для обслуживания.

Зачем Li-Fi-точке Ethernet и PoE

Световой канал заменяет только беспроводной участок между точкой доступа и клиентом. До самой точки данные обычно нужно доставить по кабелю Ethernet.

Некоторые точки могут получать питание по PoE, другие требуют отдельного блока питания. Это определяется документацией конкретного оборудования.

При подготовке линии проверяют

• скорость Ethernet-порта;
• стандарт PoE;
• потребляемую мощность;
• общий PoE-бюджет коммутатора;
• длину и категорию кабеля;
• вентиляцию точки;
• резервное питание коммутатора;
• запас портов на расширение.

Подробнее: как подготовить структурированную кабельную систему .

Как устройство перемещается между Li-Fi-точками

В большом помещении одна оптическая зона может не покрывать весь маршрут пользователя. Поэтому устанавливается несколько точек.

При движении клиент должен перейти из одной оптической ячейки в другую без длительного разрыва соединения. Качество перехода зависит от оборудования, контроллера, прошивки и поддержки клиента.

Для хорошего перехода нужны

• перекрытие соседних зон;
• единая настройка сети;
• контролируемая мощность точек;
• поддержка handover;
• правильное расположение передатчиков;
• совместимый клиент;
• проводной backhaul без узких мест.

Почему Li-Fi лучше использовать вместе с Wi-Fi

Гибридная система использует достоинства обоих способов связи.

Разрабатываемый IEEE 802.11br предусматривает развитие Multi-Link Operation для совместной работы оптических и других физических каналов IEEE 802.11.

Li-Fi безопаснее Wi-Fi или это маркетинг

Оптический сигнал сложнее принять через непрозрачную стену, поэтому зона физического распространения может быть лучше ограничена.

Однако это не отменяет обычную информационную безопасность. Сигнал может выйти через стекло, открытую дверь или отражение, а сетевое оборудование может быть атаковано через проводную сеть и управляющий интерфейс.

Для защиты нужны

• шифрование соединения;
• надёжная аутентификация;
• отдельный VLAN;
• правила межсетевого экрана;
• обновление прошивки;
• уникальные пароли;
• контроль подключённых клиентов;
• запрет прямого доступа из интернета;
• защищённое управление точками;
• физический контроль помещения.

Что может создавать помехи Li-Fi

Li-Fi не использует радиочастотный канал, поэтому соседние Wi-Fi-сети не создают ему обычную радиопомеху.

Но оптический приёмник работает на фоне другого света. Система должна отделять полезный модулированный сигнал от солнечного и искусственного освещения.

Нужно проверить работу при

• прямом солнечном свете;
• яркой подсветке витрины;
• других инфракрасных источниках;
• отражениях от стекла и металла;
• изменении положения ноутбука;
• частичном перекрытии приёмника;
• одновременной работе соседних Li-Fi-точек.

Какие устройства смогут подключаться к Li-Fi

Перед покупкой проверить

• поддержку IEEE 802.11bb;
• реальную скорость;
• поддерживаемую операционную систему;
• драйвер клиентского адаптера;
• совместимость точки и клиента;
• способ питания;
• дальность и угол обзора;
• поддержку роуминга;
• локальное управление;
• наличие обновлений.

Что такое IEEE 802.11br и чем он отличается от 802.11bb

IEEE 802.11bb уже опубликован и определяет первое стандартизированное поколение световой связи в семействе IEEE 802.11.

IEEE P802.11br является разрабатываемым расширением Enhanced Light Communication. Оно должно улучшить интеграцию Li-Fi с современными механизмами беспроводной сети.

В проект входят

• новые оптические диапазоны;
• новая сетка каналов;
• разделение каналов по длинам волн;
• Multi-Link Operation;
• упрощённое соединение baseband и оптического фронтенда;
• поддержка методов определения расстояния;
• совместимость с IEEE 802.11bb.

Что предусмотреть под Li-Fi до ремонта

Покупать точки заранее необязательно. Гораздо важнее подготовить универсальную проводную инфраструктуру.

1. Определить рабочие зоны. Кабинет, стол, переговорная или техническое помещение.
2. Проложить Cat 6. От слаботочного шкафа к предполагаемым потолочным точкам.
3. Предусмотреть PoE. Либо отдельное питание, если его требует оборудование.
4. Оставить резервные трубы. Они позволят заменить или добавить кабель.
5. Не привязывать сеть к одной люстре. Светильник может быть заменён раньше сетевого оборудования.
6. Продумать слаботочный шкаф. Коммутатор, маршрутизатор, UPS и контроллеры.
7. Оставить Wi-Fi. Массовые устройства продолжат использовать радиосеть.
8. Проверить вентиляцию. Потолочные оптические модули выделяют тепло.
9. Сфотографировать трассы. Сохранить расположение скрытых кабелей до отделки.
10. Подписать линии. В шкафу должно быть понятно назначение каждого порта.

Что проверить после установки Li-Fi

• Ethernet-соединение каждой точки;
• скорость проводного uplink;
• потребление и PoE-бюджет;
• зону покрытия на рабочей высоте;
• скорость downlink и uplink;
• работу при выключенном освещении;
• работу при солнечном свете;
• влияние человека и мебели на канал;
• переход между соседними точками;
• работу без внешнего интернета;
• разделение пользователей через VLAN;
• шифрование и аутентификацию;
• восстановление после отключения питания;
• температуру точки и блока питания;
• доступность обновлений.

Типовые ошибки при выборе Li-Fi