[科普中国]-光照上网技术

光照上网技术，又称灯光上网技术。它是一种无需WiFi信号，从而使用由LED灯把光源转换成网络信号的形式来实现互联网交接的技术。

简介光照上网技术（又称灯光上网技术，英语：Li-Fi，英文全称：Light Fidelity），是利用可见光通讯技术（VLC）来实现互联网的信息传输。通俗地讲，光照上网技术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。它具有高带宽（其带宽是WIFI的1万倍）、高安全性（室内电脑、移动终端信息不会泄露到室外）、节能等特点。尽管Li-Fi灯泡必须保持打开状态才能传输数据，但是灯泡可以调暗至人眼看不到的程度，却仍然能够运行。

该项技术是由德国的哈拉尔德·哈斯发明，上海复旦大学计算机科学技术学院在2013年10月16日研发的一种新技术。1

历史早在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，并在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。2013年开始商业化第一步——由哈罗德·哈斯担任首席科学官的pureVLC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。1

标准像Wi-Fi一样，Li-Fi是无线的，使用类似的802.11协议，但是它使用紫外线，红外线和可见光通信（而不是无线电波），它具有更大的带宽。

可见光通信技术（即VLC）的一部分是在IEEE802工作组建立的通信协议之后建模的。但是，IEEE 802.15.7标准已经过时，没有考虑到光无线通信领域的最新技术发展，特别是引入了光正交频分复用（O-OFDM）调制方法，已针对数据速率，多路访问和能源效率进行了优化。引入O型OFDM的意味着对于光学无线通信的标准化的新驱动器是必需的。

尽管如此，IEEE 802.15.7标准定义了物理层（PHY）和媒体访问控制（MAC）层。该标准能够提供足够的数据速率来传输音频，视频和多媒体服务。它考虑了光传输的移动性，与基础设施中存在的人造光源的兼容性以及环境照明可能产生的干扰。MAC层允许与TCP / IP协议一样使用与其他层的链接。

该标准定义了三个不同速率的PHY层：

PHY 1成立于室外，工作速率从11.67 kbit / s到267.6 kbit / s。

PHY 2层允许达到1.25 Mbit / s到96 Mbit / s的数据速率。

PHY 3用于许多发射源，采用称为色移键控（CSK）的特定调制方法。PHY III可以提供从12 Mbit / s到96 Mbit / s的速率。

PHY I和PHY II识别的调制格式是开关键控（OOK）和可变脉冲位置调制（VPPM）。用于PHY I和PHY II层的曼彻斯特编码包括通过用OOK符号“01”表示逻辑0和用OOK符号“10”表示全部具有DC分量的逻辑1的发送数据内部的时钟。直流分量在逻辑0的延长运行的情况下避免消光。

首款VLC智能手机样机于2014年1月7日至10日在拉斯维加斯消费电子展上亮相。该手机采用SunPartner的Wysips CONNECT技术，将光波转化为可用能量，使手机无需接收和解码信号利用其电池。一个清晰的水晶玻璃薄层可以添加到手表和智能手机，使他们太阳能供电的小屏幕。智能手机在典型的一天中可以获得15%的电池续航时间。使用这项技术的第一款智能手机应该在2015年到货。该屏幕还可以接收VLC信号以及智能手机相机。这些智能手机的屏幕成本在2美元到3美元之间，比大多数新技术便宜得多。

飞利浦照明公司已经为商店的购物者开发了VLC系统。他们必须在他们的智能手机上下载应用程序，然后他们的智能手机与商店中的LED一起工作。LED可以指出他们在商店中的位置，并根据他们在哪个通道上以及他们在看什么来给他们相应的优惠券和信息。2

技术优劣优势高带宽：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。从结果上而言可以达到传统Wifi的100倍速度（Wifi方面的速度以韩国所保持的截止至2011年的世界纪录为准）

节能：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。比如蜂窝网络基站内的设备，其频率不高，但其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就没有这个问题，极低的发热量使其不需要冷却设备也能稳定运行，LED相对于传统灯泡非常节能。

高安全性：光无法穿墙传输信号，也就意味着它的安全性很强，像Wi-Fi使用中所出现的“蹭网”现象，就可以有效避免。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。

容易操作：通过调整灯罩的方向即可调整目标区域，可以直接看到数据发送的路线。3

劣势由于这种Lifi技术也局限性，包括若灯光被阻挡或光源一旦消失，网络信号将被切断。

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

由于Lifi的有效范围较小，和电话信号、Wifi等可以借由卫星覆盖全球的技术不同，部分地区将会难以使用。

另外，这类光通信都是属于单向传送通路，如果实现正式的上网，需要一对通路来构成双向通信。3

应用程序安全与Wi-Fi使用的射频波形不同，灯不能穿过墙壁和门。这使得它更安全，更容易控制谁可以连接到网络。只要透明材料等窗口被覆盖，获得了锂-Fi信道仅限于房间内的设备。

水下应用大多数远程操作的水下航行器（ROV）使用电缆来传输指令，但是电缆的长度则限制了ROV可以检测到的区域。但是，由于光波可以通过水流，Li-Fi可以在车辆上实现接收和发送信号。

虽然理论上可以将Li-Fi用于水下应用，但其实用性受到光线能够穿透水的距离的限制。大量的光线不能穿透200米以上。过去1000米，没有光线穿透。

医院现在许多治疗方法涉及多个人，Li-Fi系统可能是一个更好的系统来传输有关患者信息的沟通。除了提供更高的速度，光波也具有影响不大的医疗仪器和人体。

车辆车辆可以通过前后灯互相通信，以提高道路安全。路灯和交通信号也可以提供有关当前道路情况的信息。

工业自动化在工业领域的任何地方都需要传输数据，Li-Fi能够取代滑环，滑动触点和短电缆，如工业以太网。由于自动化过程通常需要Li-Fi的实时功能，因此它也是通用工业无线LAN标准的替代。3

本词条内容贡献者为:

李岳阳 - 副教授 - 江南大学