Научная статья на тему 'Основные тенденции становления сетей Li-Fi'

Основные тенденции становления сетей Li-Fi Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
181
63
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БЕСПРОВОДНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ / КОММУНИКАЦИОННАЯ ЛИНИЯ В ВИДИМОМ СВЕТЕ / КОМНАТНЫЕ БЕСПРОВОДНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ / ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ / СВЕТОДИОДЫ / ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Петрусь И.П.

В статье рассмотрены основные тенденции и предпосылки становления, а также преимущества беспроводных оптических сетей передачи данных на базе светодиодов видимого излучения над радиочастотными сетями передачи данных.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Основные тенденции становления сетей Li-Fi»

вом метаданных и взаимно связанных посредством спецификации VOAF (http://purl.org/vocommons/voaf), идентифицирующих словари, используемые в Linked Data Cloud.

Список литературы:

1. Berners-Lee T., Hendler J., Lassila O. The Semantic Web // Scientific American. - 2001. - Vol. 284, № 5. - P. 35-43.

2. Berners-Lee T. Design Issues: Linked Data [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.w3.org/DesignIssues/LinkedData.html.

3. Еркимбаев А.О., Зицерман В.Ю., Кобзев Г.А., Серебряков В.А., Теймуразов К.Б. Технология научных публикаций в среде «Открытых связанных данных» // Научно-техническая информация. Серия 1. - 2013. - № 12. -С. 1-11.

4. Атаева О.М., Еркимбаев А.О., Зицерман В.Ю., Кобзев Г.А., Серебряков В.А., Теймуразов К.Б., Хайруллин Р.И. Интеграция данных по теплофи-зическим свойствам веществ методами онтологического моделирования (доклад, слайды) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://rcdl2013.uni-yar.ac.ru/doc/full_text/rcdl_ataeva_i_dr.pdf; Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, электронные коллекции. XV Всероссийская научная конференция. Ярославль, Россия, 14-17 октября 2013 года. -Ярославль: ЯрГУ 2013. - 422 с. - ISBN 978-5-8397-1004-7.

5. Satya S. Sahoo et al. A Survey of Current Approaches for Mapping of Relational Databases to RDF. W3C RDB2RDF Incubator Group January 08 2009. Latest version [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.w3.org/ 2005/Incubator/rdb2rdf/RDB2RDF_SurveyReport.pdf

6. Linked Open Vocabularies [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://lov.okfn.org/dataset/lov.

ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ СТАНОВЛЕНИЯ СЕТЕЙ LI-FI

© Петрусь И.П.*

Уральский государственный университет путей сообщения, г. Екатеринбург

В статье рассмотрены основные тенденции и предпосылки становления, а также преимущества беспроводных оптических сетей передачи данных на базе светодиодов видимого излучения над радиочастотными сетями передачи данных.

* Аспирант кафедры «Автоматика, телемеханика и связь».

Ключевые слова: беспроводные оптические сети передачи данных; коммуникационная линия в видимом свете; комнатные беспроводные оптические каналы связи; локальные сети; светодиоды; энергоэффективные беспроводные сети.

Сети Li-Fi (аббревиатура от английских слов «Light» и «Fidelity», в переводе «Свет» и «Точность» соответственно) это разновидность сетей на построенный по принципу коммуникационной линии в видимом свете (VLC -Visible Light Communication) на базе светодиодов видимого излучения, то есть это беспроводные оптические сети передачи данных, где данные передаются непосредственно световым излучением в видимой области спектра электромагнитных волн, то есть в диапазоне, расположенном между 385 ТГц и 790 ТГц [4, 12].

Пропускная способность данных сетей, достигнутая в научно-исследовательский лабораториях, сопоставима с пропускной способностью современных беспроводных радиочастотных сетей передачи данных и на сегодня может достигать 1 Гбит/сек [8, 9, 10, 14]. Основными факторами этого научно-технического прорыва в данной области являются: технология ультрапараллельного видимого света (Ultra-parallel visible light communications project) [4], метод наноштамповочной литографии в производстве светодиодов на базе нитрида галлия (GaN), метод мультиплексирования с оптическим ортогональным частотным разделением каналов (O-OFDM - Optical orthogonal frequency-division multiplexing) с квадратурной фазовой манипуляцией (QPSK - Quadrature Phase Shift Keying) [11], сложение трех спектральных каналов микросветодиодов белого света, развитие технологий инфракрасной передачи данных (Very Fast Infrared (VFIR), Ultra Fast Infrared (UFIR), Giga-IR).

Кроме того, следует отметить, что вероятность ошибки на бит (BER -Bit Error Rate) при бинарном сигнале в канале с аддитивным белым гауссов-ским шумом (АБГШ) и высоком отношении сигнал/шум при использовании QPSK в сочетании с методом кодированного OFDM (COFMD - coded OFDM) в сети Li-Fi, построенной на одном белом светодиоде, составляет 2-10-5 на расстоянии 90 см от передатчика до приёмника, что также сопоставимо со значением BER в сетях Wi-Fi, где вероятность ошибки на пакет (PER - Packet Error Rate) составляет Ы0-5 [6]. Радиус действия сетей Li-Fi позволяет полностью покрыть сигналом закрытое целевое помещение (кабинет, аудиторию, зал) и не станет выходить за его пределы, в отличие от радиочастотных технологий. Что говорит о более высокой защищенности сетей Li-Fi, так как в них снижается возможность несанкционированного доступа к среде передачи данных и является ещё одной предпосылкой на пути становления сетей Li-Fi.

В радиочастотных сетях передачи данных присутствует много пользователей одного канала, которые создают помехи друг для друга, - возникает

необходимость поочередного использования канала, что приводит к снижению скорости передачи, а сети, на базе Li-Fi, позволяют передавать данные неограниченному числу пользователей в зоне покрытия, без негативного взаимовлияния сигналов друг на друга, принимаемых пользователями.

В радиочастотных сетях передачи данных возникает необходимость платного расширения допустимой полосы частот, которая ограничена, а в сетях Li-Fi выделение дополнительной полосы бесплатно и не требует процедуры лицензирования, что упрощает использование технологии Li-Fi.

Надежность и тех и других сетей по уровню резервных пунктов доступа находится на сравнительно одинаковом уровне, но возможности встраивания в инфраструктуру у технологии Li-Fi значительно превышают возможности радиочастотных технологий.

Радиочастотные сети передачи данных могут оказывать негативное влияние на организм человека: на репродуктивные органы мужчин, провоцировать быструю утомляемость, апатию, слабость, головные боли, нарушение в работе больных органов, ослабление внимания, памяти, нервные и психические расстройства [5]. И хотя влияние сетей Li-Fi не изучено, существуют исследования, показывающие, что светодиодный свет является наиболее комфортным для человеческих глаз [1].

Из-за многолучевого эффекта в радиочастотных сетях передачи данных сигнал может оказаться не в фазе и пропасть, а в сетях Li-Fi такого не может произойти, так как шум из-за возникшей интерференции окажется в пределах допустимого, и дневной свет из окна будет существенно превосходить его.

Человеческий глаз воспринимает не более 100 мерцаний в секунду, а если условно принять максимальную частоту переключений светодиода на одной частоте равной 0,5 МГц, то есть 500 000 мерцаний в секунду, то эти модуляции будут восприниматься человеческим глазом как сплошной поток света [4]. При этом само использование светодиодных ламп является энергоэффективным решением и позволяет снизить затраты на покупку энергоносителей. А для того, чтобы превратить обычную светодиодную лампу в передатчик сетей Li-Fi, требуется добавление лишь нескольких компонентов, в частности кодер, который будет заставлять мерцать лампу, ну а приемопередатчик Li-Fi должен содержать в себе лишь фотодиодный приёмник, декодер, инфракрасный излучатель, а также USB-интерфейс (рис. 1).

Для обратной связи требуется комбинация с другими технологиями передачи данных, такими как PowerLAN (она же dLan - direct Lan, или PLC -Power Line Communication, коммуникации по линии электропередач), суть которых сводится к передаче данных по силовым проводам, или высокоскоростная инфракрасная передача данных (VFIR - bit rate до 16 Мбит/с, UFIR -до 100 Мбит/с, Giga-IR - до 1 Гбит/с) [4, 13].

Кабель ЕШепк* Ю-45

Источник Линия питания электропередач

Светодиодная лампа

и-¥1

точка доступа

/ \

\ / \ /

трансмиттер

/

ивВ-кабель

Рис. 1. Схематичное представление локальной сети Li-Fi

Таким образом, к преимуществам сетей Li-Fi и к преимуществам самой технологии Li-Fi, которые представляют собой фундамент их будущего становления, можно отнести то, что: обладает высокой пропускной способностью (до 1 Гбит/сек); радиус действия позволяет полностью покрыть внутренние помещения (10 м2); имеет широкую допустимую полосу частот (в 10 000 раз больше чем в радиочастотных), без необходимости лицензирования её использования; подходит для зон, чувствительных к радиоволнам (промышленные сооружения, где радиопередачи могут вмешаться в производственный процесс, медицинские учреждения или салон самолета), что позволит сэкономить километры кабелей; легко встраивается в существующую инфраструктуру, она имеет хорошие перспективы использования в системах регулирования дорожного трафика для передачи данных между автотранспортом и светофором или между автотранспортом, и для коммуникации компьютерных, мобильных устройств между собой; не оказывает выявленного негативного влияния на человеческий организм; обладает высоким уровнем защищенности и надежности; требует малой мощности, что удешевляет её эксплуатацию [2].

Сеть Li-Fi в салоне самолёта уровня бизнес класса, позволит отказаться от километров кабелей весом порядка 100 кг, обеспечивающих передачу видеосигнала на дисплеи встроенные в спинки сидений [7]. Кроме повышения уровня безопасности на дороге, транспортные средства, снабженные оборудованием технологии Li-Fi, могут быть организованы в беспилотные сети транспортного сообщения и решить проблему регулирования дорожного движения [3]. Вспышка мобильного телефона может стать передатчиком данных для идентификации личности на проходном пункте, для денежных транзакций при входе в метро или при посадке в общественный транспорт. Можно по-новому организовать работу мест общественного питания, когда

клиенты получают меню, делают заказ и оплачивают счёт при помощи мобильного телефона. И многое другое.

Беспроводные оптические сети передачи данных на светодиодах видимого излучения не способны вытеснить с рынка информационных систем и технологий радиочастотные сети передачи данных, но они является гармоничным дополнением для них, а иногда и достойной альтернативой, что позволит им со временем занять свою нишу.

Список литературы:

1. Никифоров С. Д. Физические аспекты восприятия полупроводникового света человеческим глазом // Компоненты и технологии. - 2008. -№ 89. - С. 84-94. - ISSN 2079-6811.

2. Петрусь И.П. Перспективы развития беспроводных технологий передачи данных // Технические науки - от теории к практике. № 10 (23). Ч. I: сб. статей по материалам XXVII международной научно-практической конференции. - Новосибирск: Изд. «СибАК», 2013. - C. 30-34. - ISSN 2308-5991.

3. Петрусь И.П. Технология «общения» дорожного транспорта [Электронный ресурс] // Интернет-журнал «Науковедение». - 2014. - № 2 (21). -Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/03TVN214.pdf, свободный. Загл. с экрана. Яз. рус., англ.

4. Хаас Х. Беспроводная информация из каждой лампочки [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ted.com/talks/harald_haas_wire-less_data_from_every_light_bulb.htm (дата обращения: 30.10.2013).

5. Avendano C., Mata A., Sarmiento С., Doncel G Use of laptop computers connected to internet through Wi-Fi decreases human sperm motility and increases sperm DNA fragmentation // Fertility and Sterility. - 2012. - Vol. 97, Issue 1. -P. 39-45. - ISSN 0015-0282.

6. 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. - ISSN 1550-2252.

7. Haas H. Air-Interface Requirements for Mobile Data Services, chapter in. The Handbook of Information Security / ed. by H. Bidgoli. - New York, John Wiley & Sons, 2006. - Vol. 1. - P. 712-731. - ISBN 978-0-471-64830-7.

8. Hanzo L., Haas H., Imre S., O'Brien D., Rupp M. & Gyongyosi L. Wireless Myths, Realities and Futures: From 3G/4G to Optical and Quantum Wireless // Proc. IEEE. - 2012. - Vol. 100. - P. 1853-1888. - ISSN 0018-9219.

9. IEEE 802.11 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://standards. ieee.org/about/get/802/802.11.html (дата обращения: 30.10.2013).

10. IEEE 802.15.7 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://stan-dards.ieee.org/findstds/standard/802.15.7-2011.html (дата обращения: 30.10.2013).

11. Komine T., Nakagawa M. Fundamental analysis for visible-light communication system using LED lights // IEEE Transactions on Consumer Electronics. -2004. - Vol. 50, N. 1. - P. 100-107. - doi:10.1109/TCE.2004.1277847.

12. Paraskevopoulos A. Data are traveling by light [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2011/august/ data-traveling.html (дата обращения: 30.10.2013).

13. Tanaka Y., Komine T., Haruyama S., Nakagawa M. Indoor Visible Communication Utilizing Plural White LEDs as Lighting // Proc. the 12th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications. -2001. - Vol. 2. - P. 81-85. - ISBN 0-7803-7244-1. - doi:10.1109/PIMRC.2001. 965300.

14. Thomson I. Forget Wi-Fi, boffins get 150Mbps Li-Fi connection from a lightbulb: Many (Chinese) hands make light work [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.theregister.co.uk/2013/10/18/forget_wifi_chinese_ boffins_get_150mbps_lifi_connection_from_a_lightbulb (дата обращения: 30.10.2013).

РАЗВИТИЕ ПЕРСОНАЛЬНОГО НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

© Пьянов М.А.*, Козловский В.Н.Ф

Поволжский государственный университет сервиса, г. Тольятти

В статье представлен анализ рынка персональных навигационных устройств в России, рассмотрены проблемы, препятствующие развитию и повышению качества навигационного оборудования и системы в целом, и описано одно направления развития данных систем.

Ключевые слова: навигационное оборудование, анализ рынка, спутниковая связь, диагностика автомобиля, прогнозирование отказа.

На фоне уменьшения спроса на персональные навигаторы в Европе и Америке сегодня рынок России становится наиболее актуальным, о чём открыто заявляют представители крупнейших компаний.

Согласно исследований, проводимых ABI Research среди мировых производителей навигационного оборудования, объем продаж персональных навигационных устройств и сопутствующего программного обеспечения к концу 2014 года должен составить не менее 140 млрд. долл. [1].

Благодаря пристальному вниманию Правительства Российской Федерации к развитию собственной системы ГЛОНАСС, существующим нормативным и законодательным актам, в России сильно развиваются автотранспортные навигационные системы (приходится около 50 %), а также специа-

* Доцент кафедры «Современное естествознание», кандидат технических наук, доцент.

* Заведующий кафедрой «Современное естествознание», доктор технических наук, доцент.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.