Module Li-Fi
Source : Volker Jungnickel/Wikipédia
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Comparaison LiFi et WiFi
En comparant le LiFi au WiFi, nous nous souvenons d’une ligne du poème de 1645 de John Milton « L’Allegro », « trip the light wonderful », popularisé par la chanson de 1894 « Sidewalks of New York ». Au début des années 1900, il faisait référence à la danse de salon. À la fin du siècle, il commençait à exprimer les merveilles des communications par fibre optique à haut débit. Au cours de notre nouveau millénaire, il a conceptualisé la technologie de communication par la lumière visible (VLC).
Le réseau local sans fil (WLAN) et le « WiFi léger » (ou « LiFi », une combinaison inventée par le parrain du LiFi Harold Haas en 2011) ne sont que deux des applications de VLC, qui incluent également l’IoT, le véhicule à véhicule, sous l’eau ( » sous-marin ») et le système de sonorisation. La technologie VLC a été démontrée pour la première fois en 2003, lorsque des chercheurs japonais ont utilisé des diodes électroluminescentes (LED) pour transmettre des données.
LiFi est une application prometteuse qui vise à répondre à de nombreuses limitations propres aux communications radio, en particulier les interférences de signal et la sécurité des données. Le VLC est intrinsèquement plus économe en énergie qu’un émetteur radio car il sert à la fois d’éclairage et de moyen de communication. Bien sûr, les appareils à radiofréquence (RF) ne peuvent être utilisés que pour la communication. De même, le LiFi consomme moins d’énergie que le WiFi tout en offrant une latence plus faible.
Compte tenu de sa capacité de données et de sa vitesse, on se demande pourquoi plus de gens ne sont pas d’accord avec le point de vue de Haas selon lequel VLC est une technologie 5G émergente. Le marché du LiFi devait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 82 % entre 2013 et 2018, et valoir plus de 6 milliards de dollars par an d’ici 2018. Cependant, le LiFi est encore une technologie marginale, encore embourbée dans la recherche et l’évaluation.
Tout d’abord, regardons cette vidéo courte mais informative de Fraunhofer HHI :
https://www.youtube.com/watch?v=8Ah-LPSi45I
Comparaison LiFi et WiFi dans le spectre électromagnétique
ondes radio et lumineuses (y compris infrarouge [IR]Lumière visible et UV [UV]) fait partie du spectre électromagnétique (EM). Chaque partie du spectre EM présente des avantages et des inconvénients en termes de distance et de capacité de données (vitesse).
Les téléphones 2G et 3G utilisent des fréquences radio relativement basses, ce qui limite la quantité de données qu’ils peuvent transmettre tout en offrant une connectivité longue distance. La 4G transmet généralement sur des fréquences radio plus élevées, transportant plus de données, mais pas autant que des fréquences radio plus basses.
Bien sûr, les ondes millimétriques 5G (MMW) font partie de la partie ultra-haute fréquence (EHF) du spectre électromagnétique qui peut facilement transmettre des gigabits de données, mais ne peut pénétrer dans aucun matériau plus épais que les vêtements et se désintègre rapidement avec la distance.
La lumière – infrarouge, visible (entre 380 et 780 nanomètres) et ultraviolette – a une fréquence beaucoup plus élevée que les ondes radio. Mais alors que le spectre WiFi (c’est-à-dire 2,4 GHz et 5 GHz) est maintenant presque à pleine capacité, la capacité du LiFi est pratiquement illimitée, car le spectre de la lumière visible seule est 2 600 fois plus grand que le spectre radio combiné.
Pour illustration, veuillez vous référer à la figure ci-dessous. Comme on peut facilement le voir, la partie visible du spectre EM fournit plus de bande passante que les fréquences radio.
Crédit : « Le LiFi est une technologie 5G qui change le paradigme », Harold Haas, examen physique, rouleau. 3 (2018)
Or Libre Accès
Si vous voyagez fréquemment en avion, vous entendrez les agents de bord avertir les passagers de ne pas utiliser leurs appareils mobiles. Pourquoi? Le téléphone est un appareil EM et son utilisation en cabine peut interférer avec les communications radio et de navigation entre le poste de pilotage et le sol. Les interférences radio peuvent également perturber les communications dans les centrales nucléaires et les environnements hospitaliers. Par conséquent, l’utilisation d’équipements EM dans ces régions est également restreinte.
Architecture Li-Fi
VLC, ou LiFi, utilise des LED pour pulser ou moduler la lumière à des vitesses très élevées – beaucoup plus rapides que ce que la vision humaine peut reconnaître – pour transmettre des données. Par conséquent, l’utilisateur ne perçoit pas le clignotement de la lumière. Les émetteurs VLC produisent une lumière blanche en utilisant les modes bicolore (bleu et jaune), tricolore (rouge, vert et bleu ou RVB) et quadrichromie (RVB plus cyan). En 2017, Haas a affirmé que « les LED RVB avancées permettent des débits de données allant jusqu’à 5 Gbps ».
Le développement de techniques de modulation avancées a augmenté la vitesse des données (c’est-à-dire l’efficacité spectrale), réduit le scintillement et permis d’atténuer l’éclairage. La modulation de position d’impulsion d’échappement à plusieurs étages (MEPPM) est la dernière référence.
Généralement, les récepteurs comprennent des circuits amplificateurs, des concentrateurs optiques et des filtres. L’émetteur et le récepteur VLC se composent de trois couches communes : la couche physique (PHY), la couche de contrôle d’accès au support (MAC) et la couche d’application. La couche MAC prend en charge trois topologies de réseau : pair à pair (P2P), étoile (point à multipoint bidirectionnel) et diffusion.
Pour réaliser une transmission bidirectionnelle, VLC utilise le multiplexage par répartition en longueur d’onde (WDM) et le multiplexage de sous-porteuse (SCM). Pour augmenter le débit de données, le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) et la modulation d’amplitude en quadrature (QAM) sont utilisés.
De plus, VLC utilise trois schémas de modulation distincts, chacun pour un mode de couche physique différent : la modulation marche-arrêt (OOK), la modulation de position d’impulsion variable (VPPM) et la modulation par décalage de couleur (CSK).
Sécurité des données LiFi et WiFi
En termes simples, le LiFi présente de grands avantages par rapport au WiFi en termes de protection et d’empêchement des données d’être interceptées. À l’heure actuelle, aucun pirate n’a créé de « renifleur » de paquets pour détourner à distance les signaux LiFi. Le LiFi est intrinsèquement sûr car, contrairement aux signaux WiFi, la lumière ne peut pas pénétrer les murs ou les sols.
Cette limitation de la ligne de visée (LoS) – bien que le LiFi puisse tirer parti des algorithmes de « ray tracing » ; les signaux non LoS (NLoS) réfléchis par les murs – fournit une mesure de sécurité, car la portée ou la zone de couverture typique du LiFi ne contient qu’environ environ 10 mètres de surface. En revanche, le WiFi peut couvrir 30 mètres.
Bluetooth (BT) a reconnu la valeur de sécurité de VLC. BT-SIG propose une solution de sécurité basée sur VLC qui associe en toute sécurité les périphériques BT aux smartphones à l’aide d’un canal latéral authentifié et crypté.
Comme l’explique Alexis Duque de medium.com, « l’échange de clés hors bande de VLC… est plus sûr pour les écoutes passives que NFC car le signal optique est hautement indicatif et facile à obscurcir. » Les fonctions de sécurité de VLC en font un choix évident. pour les appareils connectés.
Normalisation LiFi et WiFi
La Wi-Fi Alliance utilise la famille de normes IEEE 802.11 pour briller sur les appareils sans fil 2,4 GHz et 5 GHz. LiFi Touchstone manque de spécifications claires ; de nombreuses organisations différentes ont publié des normes pour les appareils de « communication optique sans fil » (OWC).
Le groupe de travail IEEE 802 a publié la norme 802.15.7 pour LiFi. Cependant, comme Haas et d’autres l’ont souligné, le 802.15.7 est obsolète car il ne prend pas en compte les récentes avancées LiFi telles que la mise en place de la technologie optique OFDM (O-OFDM) et le schéma de modulation CSK amélioré. De plus, 802.15.7 ne définit aucune couche d’application.
Il existe d’autres « groupes de travail » IEEE traitant d’OWC et de « Free Space Optics » (FSO). Le groupe de travail sur les communications optiques 802.11bb traite des communications optiques dans le spectre 380-5 000 nm et précise que tous les modes PHY doivent atteindre au moins 10 Mbps (bâillement) débit de liaison unique. Le groupe de travail IEEE 802.15.13 traite d’une « norme conceptuelle » OWC multi-Gb dans le spectre 190-10 000 nm.
En 2019, l’Union internationale des télécommunications (UIT) a publié la norme ITU-T G.9991 (alias G.vlc), qui définit VLC « l’architecture du système, les couches PHY et les données pour les émetteurs-récepteurs de communication sans fil optiques intérieurs à haut débit utilisant la lumière visible » couche de liaison ». ” Les débits de données PHY sont spécifiés jusqu’à 2 Gbps.
Toujours en 2019, de grands fournisseurs OEM tels que Nokia et Philips, des CSP européens tels qu’Orange et Liberty Global, et des startups VLC moins connues ont créé l’Optical Communications Alliance (LCA). Tout comme l’UIT, la LCA n’a pas de présence significative aux États-Unis. C’est peut-être la raison du manque d’intérêt relatif pour VLC en Amérique du Nord.
fin
Si vous êtes intéressé par l’achat de produits LiFi, OLEDCOMM propose une large gamme d’appareils LiFi, notamment des tablettes Android OS, des routeurs, des dongles, des concentrateurs, des pilotes et des lumières. pureLiFi de Harald Haas annonce un adaptateur LiFi gigabit pour les appareils mobiles ainsi que les lampes et les ordinateurs portables intégrés LiFi. En 2012, Casio a vanté deux smartphones LiFi au CES 2012 à Las Vegas ; ils semblent ne plus être disponibles.