Li-Fi标准重磅发布！比Wi-Fi快100倍的宝藏终于“见光”了

来源:物联网智库发布时间:2023-07-191572浏览

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智次方・物联网智库整理发布

不久前，国际电气电子工程师协会（IEEE）正式宣布已通过 802.11bb 并将其添加为基于光的无线通信标准。

这意味着，基于光波的无线传输——即Li-Fi，无需与WiFi竞争，而是并列于无线局域网的物理层。

而标准的发布不仅是成功将“Li-Fi”带入了大众视野，更重要的是将为光通信的发展与普及提供统一的技术规范和接口。

或许很多人并不熟悉Li-Fi，但这一看就是Wi-Fi的“亲戚”。

那么，Li-Fi到底是如何工作的？其相较于Wi-Fi有哪些优势与不足？有什么样的用武之地呢？

开灯有网？LiFi比WiFi快100倍

早在2008年英国爱丁堡大学的教授哈罗德·哈斯（Harald Hass）就开始了可见光通讯研究。

2011年10月，哈罗德·哈斯教授在当年的全球科技娱乐设计大会（TED Global）上首次公开提出Li-Fi这一概念。

Li-Fi (Light Fidelity) 是一种基于可见光通讯 (visible light communication，简称 VLC) 技术，能达到双向、高速无线网络传输的科技，属于光学无线通信 (Optical wireless communication，简称 OWC) 中的一种。

通俗来讲，Li-Fi就是以各种可见光源作为信号发射源，通过控制器控制灯光的通断，从而控制光源和终端接收器之间的通讯。换言之，大家熟悉的无线通信系统 Wi-Fi 使用的是无线通信射频 (RF) 讯号，而 Li-Fi 则使用的是可见光。

也就是说，Li-Fi技术可以借助已有的LED设备，在灯泡上植入一个小小的芯片或模组，使其变成一个Li-Fi AP，这样Li-Fi AP接入网络后，其他支持Li-Fi的设备就能在范围内接入网络。

Li-Fi其实是通过调节光线频率来传播数据的，但这种调节下灯泡闪烁速度极快，可达每秒百万次以上，而且不会影响灯光强度，因此人眼根本察觉不到闪烁和灯光变化，但Li-Fi设备上光电二极管这样的光敏传感器却能感受到其变化。

由于Li-Fi所使用的可见光频段、频谱范围非常宽，所以Li-Fi的单个数据信道的带宽就可以很高，也可以容纳更多的信道作并行传输，从而让整个传输速度大幅度的提升，甚至可以达到传统Wi-Fi传输速度的100倍。

更重要的是，目前广泛应用的蜂窝网络、Wi-Fi设备都存在着发热量大及能量转化率低的问题。例如，蜂窝网络基站内的设备，其频率不高，能量转化率不足一成，其余九成多的能量都转化成热量，需要引入冷却设备以保持正常运行。

而Li-Fi显然就无需考虑能源转化问题，LED相对于传统灯泡更加节能，极低的发热量使其不需要冷却设备也能稳定运行。

此外，由于光无法穿墙传输信号，这也就意味着Li-Fi的安全性很强，可以有效避免人们日常使用Wi-Fi所遇到的“蹭网”现象。

同时，Li-Fi的上行和下行信道是独立运行的，黑客必须处在同一个房间之中，并侵入两个信道才能完成一次真正意义上的攻击。这无疑是提升了通信的安全性。

功过参半，保障安全的同时，光线传输也带来了传输范围的挑战，若灯光被阻挡或光源一旦消失，网络信号将被切断。虽然经过墙面反射的光线依然可以传输数据，甚至能保证到70Mbit/s的速度，但穿过墙体这样的操作就并非Li-Fi可以轻易实现的了。

同样，正因为光无法穿墙，相比于一个家庭可以有一个Wi-Fi路由器来供应全家的网络接入，而Li-Fi必须要每个家庭成员的附近都有一个正在运行的Li-Fi灯泡。

潜力无限？聊聊Li-Fi用武之地

仔细算来，Li-Fi面世也已经十余载了，在传输速度、安全性等方面有着较大优势，却迟迟没有迎来更加广阔的应用空间，主要原因也是可见光的通信方式功过参半，也会在一定程度上限制其规模化应用。

首先是可见光通信的抗干扰能力较差，“关灯即断网”，而在人员密集的场所，人的活动轨迹都可能对不同位置的光线造成影响，从而对Li-Fi产生干扰，导致卡顿。

其次，面对光纤覆盖率极高的国内市场，Li-Fi想要像Wi-Fi一样走入千家万户并非易事。同为光通信的光纤在终端配套上更加成熟，从手机等智能硬件，到智能家居设备几乎都装载了Wi-Fi模块，而Li-Fi模块的成本尚未能够与其抗衡，所以也很难撬动这些应用场景。

由于Li-Fi的有效范围较小，和电话信号、Wi-Fi等可以借由人造卫星覆盖全球的技术不同，部分地区很难落地应用。

那Li-Fi还有用武之地吗？

当然有！

对比来看，Wi-Fi的普及在于其普适性，90%以上的网络环境都可以采用Wi-Fi进行数据传输。但在一些特殊的环境中，Li-Fi有着得天独厚的优势，比如：无线电不易覆盖、对无线电信号敏感的特殊空间、在特定的空间内的大量信息传输以及对安全性要求极高等场景。

因此飞机、医院和军事应用等场景恰恰能够成为Li-Fi的试炼场。

具体来看，飞机是一个对无线电信号敏感的特殊空间。首先，飞机客舱内需要考虑电磁兼容问题，不得和其他无线电信号发生干扰；第二，飞机里人员密集，对网络需求量可能比较大，需要提升传输速率；第三、由于使用环境的狭小和特殊性，走线是否方便也是飞机客舱实现无线通信的问题之一；第四，发热量大、能量转化率、运行稳定性和安全性等，也都是飞机客舱实现和控制无线通信所要优先考虑的问题。

而Li-Fi的优势就体现出来了。早在三年前，法国航空公司Latecoere集团和巴黎初创公司Oledcomm联手推出机上Li-Fi网络，理论上可以为每个座位提供100Mbps的网速。

在医疗场景中，许多用于监护、检测、检查及治疗的电子医疗设备都工作在2.4GHZ ISM频段上。所以，在其周围使用以2.4GHz作为工作频率的射频无线通信技术（即传统Wi-Fi技术）进行无线数据传输，则可能会与电子医疗设备相互干扰，不仅影响设备的正常工作，终端通信质量也会显著下降。

显然，Li-Fi技术可以巧妙的避免这一频段冲突，其与医疗设备之间互不干扰，从而可以同时保证设备的正常运行以及在不同环境中的高质量通信。

此外，通过给予每个LED灯一个独特的ISP连接，亦可以实现高保密性的信息传输，共享的数据将只提供给授权的医生、护士和病人，几乎没有个人信息泄露。

哈罗德·哈斯教授在2012年成立了PureLiFi （又称PureVLC）公司，成功实现了利用光传输数据的技术。随后便在2013年开始了商业化的第一步——公司以5000英镑的价格向一家美国医疗卫生供应商出售了第一台LiFi设备。

时至今日，PureLiFi陪伴了Li-Fi的成长与发展，仍是行业内的领航企业。

PureLiFi在2018年推出了LiFi-XC套件，将以太网接入LiFi AP，改装已有的LED照明网络，然后借助附带的USB LiFi Dongle，就可以让电脑接入LiFi网络。不过，其下载和上传速率都只有43mbps，甚至无法与2.4GHz的Wi-Fi网络比肩。
2021年4月27日，美国驻欧和驻非军队投资420万美元，与PureLiFi打造了一套基于LiFi的无线通信系统，名为KiteFin。KiteFin也是全球首个大规模部署的LiFi系统，将数千个LiFi单元部署在战略环境下。

KiteFin，图源：电子发烧友网