Nykymuotoisesta internetistä on tullut yhtä jokapaikanhöylä kuin sisätilojen putkistosta. Siitä on tullut niin yleinen, että meitä kiehtovat paikat, joissa ei ole internet-yhteyttä tai edes WiFi-signaalia. Lisäksi siitä, mitä ennen kutsuttiin eräänlaiseksi ylellisyydeksi, on nyt tullut välttämättömyys elää normaalisti nykymaailmassa.
Internetistä on tullut niin kiinteä osa nyky-yhteiskuntaa, että jos koko internet lakkaa toimimasta, seuraukset voisivat olla katastrofaaliset, sillä suurin osa maailman hallituksista on riippuvaisia internetistä perustoimintojensa hoitamiseksi. Tässä ei myöskään oteta huomioon sitä tosiasiaa, että nykyaikaiset yritykset ovat voimakkaasti riippuvaisia internetistä, ei ainoastaan keinona hankkia ja harjoittaa liiketoimintaa, vaan myös monien erilaisten päivittäisten tehtävien suorittamisessa, jotka ovat elintärkeitä liiketoiminnalle.
Kun otetaan huomioon internetin vakavuus ja pelkkä tärkeys, sen käytön kysyntä kasvaa jatkuvasti, mikä vaikuttaa suuresti verkon ruuhkautumiseen. Tämä edellyttää uudempaa teknologiaa, jotta kasvavaan kysyntään voidaan vastata ja tuottaa parempia tuloksia. Vaihtoehtoja tutkittaessa yksi tällainen vaihtoehto, joka on tarkoitus korvata vallitseva WiFi-tekniikka, on LiFi.
LiFi:n määrittely
Käsitteen LiFi, joka on lyhenne sanoista Light Fidelity (valon uskollisuus), keksi yksi tekniikan uranuurtajista, professori Harald Haas TEDx TALK -tilaisuudessa vuonna 2011. Se sai nimensä edeltäjänsä ja tällä hetkellä vallitsevan tekniikan WiFi:n mukaan, joka on lyhenne sanoista Wireless Fidelity.
LiFi on yksi uusimmista viestintätekniikoista, jotka pyrkivät parantamaan nykyistä tekniikkaa hyödyntämällä näkyvän valon viestintää WiFi:n käyttämien radioaaltojen sijasta. Sen käyttöönotto palvelee itse asiassa kaksitahoista tarkoitusta, sillä sen tavoitteena on tarjota valaistusta kotitalouksien yläpuolelle sekä helpottaa tiedonsiirtoa.
LiFi:n käyttöönotto edustaa optisen langattoman teknologian uutta paradigmaa, sillä sen tavoitteena on tarjota yhteydet paikallisessa ympäristössä samalla kun se luopuu valokuitukaapeleiden käytöstä valon siirtovälineenä. Sen sijaan siinä hyödynnetään kotitalouksissa yleisesti esiintyvää LED-valaistusta siirtovälineenä. Tällä hetkellä tekniikka pystyy saavuttamaan maksimissaan 224 gigabitin tiedonsiirtonopeuden sekunnissa, mikä vastaa 18 HD-elokuvan lataamista sekunnissa.
Miten LiFi toimii?
LiFi hyödyntää näkyvää valoa yläpuolisen valaistuksen kautta tiedonsiirtoon. Tämä on mahdollista käyttämällä tiedonsiirtoon VLC-järjestelmää (Visible Light Communications). VLC-järjestelmässä on kaksi karsivaa komponenttia:
- Vähintään yksi valodiodin sisältävä laite valosignaalien vastaanottamiseksi ja
- valonlähde, joka on varustettu signaalinkäsittelyyksiköllä signaalien välittämistä varten.
VLC-valonlähde voi olla loisteputki tai valodiodi (LED). LED-lamppu on kuitenkin optimaalisin VLC-valonlähde, koska vankka LiFi-järjestelmä edellyttää erittäin suurta valotehoa. Loistelamput säteilevät valoa paljon laajemmalla aallonpituuskaistalla, mikä tekee siitä LEDiä tehottomamman valonlähteen. LED sen sijaan on valonlähde, joka säteilee valoa hyvin kapealla aallonpituuskaistalla, mikä tekee siitä tehokkaamman valonlähteen.
LED on myös puolijohde, mikä tarkoittaa, että se pystyy vahvistamaan valon voimakkuutta ja vaihtamaan nopeasti. Tämä on tärkeä ominaisuus VLC-valonlähteessä, koska LiFi luottaa tiedonsiirrossa näkyvänä valona lähetettyjen fotonien jatkuvaan virtaan. Kun valonlähteeseen syötettyä virtaa muutetaan hitaasti, valonlähde himmenee ylös ja alas, mikä tekee siitä sopimattoman valonlähteen, ei LiFi-järjestelmään vaan kodin valaistukseen käytettäväksi laitteeksi. VLC-valonlähteen ja kotitalouksien valaistuksen välisen tasapainon saavuttamiseksi tätä virtaa sekä optista ulostuloa moduloidaan erittäin suurilla nopeuksilla, jolloin fotodiodilaite pystyy havaitsemaan sen ja muuntamaan sen takaisin sähkövirraksi, mutta ihmissilmä ei pysty havaitsemaan sitä. Kun nämä signaalit on vastaanotettu ja demoduloitu, ne voidaan nyt muuntaa jatkuvaksi binääridatavirraksi, joka sisältää videoita, kuvia, ääntä, tekstiä tai sovelluksia, jotka ovat helposti kulutettavissa millä tahansa internet-yhteensopivalla laitteella.
Koska LiFi-teknologia on vielä suhteellisen lapsenkengissään, kasvavalle innovaatiolle on vielä paljon tilaa. Yksi ehdotettu innovaatio nykyiseen tekniikkaan sisältää perinteisen laajakaistan ja WiFin kaltaisen kaksisuuntaisen viestintäjärjestelmän luomisen. Tämä voidaan toteuttaa vaihtamalla näkyvää valoa ja infrapunavaloa valonilmaisimesta, jolloin liitetyt mobiililaitteet voivat lähettää dataa takaisin valonlähteeseen nousevaa linkkiä varten. Toinen ehdotettu innovaatio on moniväristen RGB-ledien uudelleensuunnittelu siten, että ne voivat lähettää ja vastaanottaa dataa laajemmalla signaalialueella kuin yksiväriset fosforipinnoitetut valkoiset ledit.
Onko WiFi:n korvaaminen todella tarpeellista?
Kun otetaan huomioon internetin laajat sovellukset nykyteknologiassa (ja melkeinpä kaikki perustavanlaatuiset viranomais- ja jokapäiväiset toiminnot lakkaavat olemasta olemassa ilman sitä), niin ehkäpä nykyiseen WiFi-tekniikkaan on todella tarpeen keksiä parannuksia. Tämä johtuu erilaisista rajoituksista, jotka liittyvät radiotaajuuksien käyttöön tiedonsiirtovälineenä. Näitä rajoituksia ovat muun muassa sen rajallinen kattavuus, yhteyksiin liittyvät tietoturvaongelmat, taajuushäiriöistä johtuvat käyttörajoitukset ja verkkojen ruuhkautuminen.
Korjaako LiFi WiFi:n?
LiFi:tä pidetään sopivana vaihtoehtona, jolla voidaan lieventää tai jopa poistaa kaikki WiFi-verkon rajoitukset tietoverkoissa. Monet ovat myös menneet niin pitkälle, että LiFi on julistettu internet-yhteyksien tulevaisuudeksi. Mutta onko se todella sitä? Onko se peruste sille, että WiFi on poistettava kokonaan?
Voidaksemme tarkastella LiFi:n ansioita ja vastata siihen, pitäisikö sen korvata WiFi, on ehdottoman tärkeää verrata näiden kahden tekniikan joitakin näkökohtia, jotta nähdään, miten ne pärjäävät toisilleen.
Tiedonsiirtonopeudet
LiFi:n pioneeri, professori Roland Haasin perustaman pureLiFi:n tekemissä testeissä kävi ilmi, että LiFi:llä saavutettiin valvotussa ympäristössä yli 100 Gbps:n sekuntinopeudet. Joissakin testeissä paljastui jopa, että se voi toimittaa dataa jopa 224 Gbps:n nopeudella. Nämä nopeudet ovat selvästi kilometrien päässä WiFi-nopeuksista, jotka ovat tällä hetkellä enintään 100 Mbit/s. Tämä johtuu siitä, että näkyvän valon spektri on 1000 kertaa laajempi kuin RF-spektri, joka on vain noin 300 GHz.
Energiatehokkuus
WiFi:ssä tiedonsiirto edellyttää, että radioaaltojen lähettämiseen tarvitaan kaksi radiota. Nämä radiot kommunikoivat keskenään jatkuvasti radioon asennettujen RF-lähettimien ja peruskaistasirun välityksellä, mikä vie paljon energiaa pelkästään datasignaalien erottamiseen useiden muiden samaa radiotaajuutta käyttävien laitteiden aiheuttamasta kohinasta. Sitä vastoin LiFi hyödyntää yläpuolella olevia LED-valoja tiedonsiirron välineenä. Koska siihen tarvitaan vain valonlähde ja valosignaalien purkamiseen tarkoitettu valodiodi, koko tiedonsiirto- ja viestintäprosessi vaatii vähemmän energiaa. Lisäksi käytetään LED-valoja eikä muunlaisia hehkulamppuja, mikä tekee siitä tehokkaamman valonlähteen.
Kattavuus
Koska WiFi käyttää radioaaltoja tiedonsiirron välineenä, sen kattavuus on laajempi, sillä WiFi-signaalit yltävät jopa 32 metrin etäisyydelle (vaikkakin yhteydet ovat usein hitaita näillä etäisyyksillä). Tämä johtuu siitä, että radioaallot pystyvät kulkemaan seinien läpi. Tämä on ehkä LiFi:n suurin rajoitus, sillä näkyvä valo ei läpäise seiniä, mikä rajoittaa peittoalueen huoneisiin, joihin LED-lähetin on asennettu.
Turvallisuus
LiFi:n rajallinen peittoalue voidaan nähdä myös hyvänä asiana, sillä se lisää verkon turvallisuutta. Koska LiFi-signaalit eivät voi kulkea seinien läpi, ulkopuolisten voimien aiheuttamat häiriöt ovat jälleen rajalliset. Tämä tekee siitä myös ihanteellisen käytettäväksi arkaluonteisilla alueilla, joilla etäpiratismi ja hakkerointi ovat yleisiä. Näin ollen se soveltuu käytettäväksi alueilla, jotka liittyvät tutkimukseen ja kehitykseen, rahoitukseen, puolustukseen ja jopa joukkoliikenteeseen.
Datatiheys
Yksi WiFi:n suurimmista rajoituksista on sen haavoittuvuus alueilla, joilla on paljon ruuhkaa. Tiedonsiirto alueilla, joilla on paljon käyttäjiä, on yleensä hitaampaa kuin alueilla, joilla on vähemmän käyttäjiä. Toisaalta LiFi:llä ei ole samoja rajoituksia, ja se itse asiassa toimii hyvin hyvin tiheissä ympäristöissä. Erityisesti alueilla, joilla on paljon hehkulamppuja, LiFi voi silti tuottaa suuria nopeuksia, koska jokainen VLC-valonlähde voi tuottaa saman nopeuden, vaikka käyttäjiä olisi useita.
Johtopäätös
Hyötyjä, joita voit saada LiFi:stä, on valtavasti. Tämä ei poissulje sitä tosiasiaa, että WiFi on varmasti auttanut parantamaan elämänlaatua eksponentiaalisesti, koska se auttoi tasoittamaan tietä nopeammalle viestinnälle ja jopa kaikkein perustavanlaatuisimpien yhteiskunnallisten toimintojen parantamiselle. Se on kuitenkin kärsinyt monista eri tekijöistä, jotka ovat myös vaikuttaneet sen suorituskykyyn. Näihin tekijöihin kuuluvat ruuhkautuminen, muiden toimintojen häirinnän aiheuttamat käyttörajoitukset ja kaistanleveyden kyllästyminen, mikä paljastaa selvästi tämän nykyisen tekniikan puutteet.
LiFi:n käyttöönotto on varmasti tervetullut. Perusinfrastruktuurin rajoitusten vuoksi WiFi:n täydellinen korvaaminen LiFi:llä on tietysti lähes mahdotonta. Se tarjoaa kuitenkin toteuttamiskelpoisen vaihtoehdon, jota voidaan käyttää vaihtoehtona erityisesti alueilla, jotka ovat herkkiä vallitsevalle teknologialle.