De recente adoptie van IEEE 802.11bb heeft Gentle Constancy, of Li-Fi, gelanceerd, wat de deur opende naar een tijdperk van draadloze communicatie voor geavanceerde Wi-Fi-technologieën. Met Li-Fi kan Wi-Fi lichtgolven gebruiken in plaats van radiogolven om gegevens te verzenden en te ontvangen.

IEEE 802.11bb definieert de regels voor hoe Li-Fi-apparaten met elkaar communiceren en hoe snel ze gegevens kunnen overbrengen. Volgens de norm zouden dergelijke apparaten information moeten kunnen verzenden en ontvangen met snelheden tussen 10 megabit per seconde en 9,6 gigabit per seconde.

De standaard introduceert een nieuw domein van snelle, betrouwbare draadloze communicatie die belooft een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop we verbinding maken en communiceren.

Li-Fi maakt gebruik van speciale verlichtingsarmaturen met kleine besturingseenheden, solid-state lichtzenders en lichtgevoelige ontvangers. De armaturen kunnen informatie verzenden en ontvangen met behulp van lichtgolven. Om verbinding te maken met Li-Fi hebben smartphones, tablets en andere apparaten zenders en sensoren nodig die de lichtsignalen kunnen verzenden en zien. Geavanceerde mobiele telefoons gebruiken de zenders en sensoren al voor andere toepassingen zoals gezichtsherkenning en lidar.

In een typische installatie maken we verbinding met web by way of een lokaal netwerk. LAN’s zullen nu een nieuwe draadloze toegangsmogelijkheid kunnen bieden by way of Li-Fi-compatibele toegangspunten (AP’s) die zijn geïnstalleerd in ruimtes zoals in plafonds of in bureaulampen die zijn verbonden by way of Energy over Ethernet of powerline-communicatie.

De Li-Fi AP’s maken bidirectionele communicatie met apparaten op batterijen mogelijk en bieden een naadloze, robuuste draadloze ervaring.

De nieuwe ervaring komt voort uit het opereren in het lichtspectrum dat minder concurrenten heeft. Ter vergelijking: Wi-Fi werkt in het radiospectrum zonder licentie en concurreert met andere technologieën, waaronder Bluetooth, Zigbee en ultrabreedband.

“Naarmate de Li-Fi-technologie volwassener wordt, zullen verbeteringen in bereik, bandbreedte en interoperabiliteit de toepassingen en het marktpotentieel vergroten.” —Volker Jungnikkel

Een van de belangrijkste factoren die de adoptie van Li-Fi aandrijven, is dat het pieksnelheden mogelijk maakt door dezelfde geavanceerde modulatietechnieken te gebruiken om gegevens te coderen in lichtgolven die voor Wi-Fi worden gebruikt. Het optische draadloze transmissiekanaal wordt minder verstoord door multipath, Doppler, faseruis en andere interferentie. Daarom kan het de hoogste snelheden realiseren by way of een variant van multicarrier modulatie, genaamd orthogonale frequentieverdelingsmultiplexing. OFDM implementeert subdragers die meerdere parallelle datastromen verzenden. Door gebruik te maken van de eigenschappen van licht resulteert Li-Fi in ongekende gegevensoverdrachtsnelheden over korte afstanden, doorgaans binnen één kamer.

Het instituut sprak met een lid van de IEEE 802.11-werkgroep Volker Jungnikkel, die een cruciale rol speelde bij het promoten van optische draadloze communicatiestandaarden. Hij is voorzitter van de IEEE 802.15.13 mission en is technisch redacteur van IEEE 802.11bb. Hij leidt de Metro-, Entry- en In-house-groep op de afdeling fotonische netwerken van de Fraunhofer Heinrich Hertz Instituut (HHI), in Berlijn. Het interview is voor de duidelijkheid ingekort en bewerkt.

Het instituut: Wat zijn enkele voordelen en beperkingen van Li-Fi by way of Wi-Fi?

Volker Jungnikkel: Li-Fi maakt snelle draadloze connectiviteit mogelijk met datasnelheden tot 100 Mb/s per vierkante meter, waardoor het ideaal is voor dichtbevolkte gebieden, zoals vergaderruimtes en klaslokalen. De technologie werkt in een aanvullend ongereguleerd spectrum, waar het geen interferentie heeft met op RF gebaseerde draadloze technologieën.

Verbeterde beveiliging is een ander voordeel, omdat Li-Fi-communicatie beperkt blijft tot de fysieke grenzen van het lichtsignaal, zoals de binnenkant van een kamer, waardoor het moeilijk te onderscheppen is.

Li-Fi heeft echter beperkingen. Het bereik is relatief kort (doorgaans beperkt tot een paar meter in een enkele kamer), wat betekent dat er een dicht netwerk van toegangspunten nodig is voor een bredere dekking.

Bovendien kan de beschikbare bandbreedte worden beperkt door de mogelijkheden van lichtbronnen en detectoren. Het implementeren van een Li-Fi-infrastructuur kan ook duurder zijn in vergelijking met Wi-Fi.

Welke affect denkt u dat de goedkeuring van de IEEE-standaard zal hebben op de adoptie van de technologie?

Jungnikkel: De normen bieden een raamwerk voor de ontwikkeling van Li-Fi-producten die zich richten op specifieke marktsegmenten, zoals industriële toepassingen en residentieel gebruik. Ze wekken ook vertrouwen bij klanten en bevorderen de interoperabiliteit tussen verschillende leveranciers. Deze goedkeuring zal waarschijnlijk de wereldwijde adoptie van Li-Fi stimuleren en verdere vooruitgang op dit gebied stimuleren.

Wat zijn enkele inzichten in de vooruitgang, toepassingen en vooruitzichten van Li-Fi?

Jungnikkel: Het biedt tal van voordelen ten opzichte van traditionele Wi-Fi, zoals onbetwiste snelle bidirectionele communicatie, verbeterde beveiliging, de mogelijkheid om in een additional ongereguleerd spectrum te werken en nauwkeurige indoornavigatie die wordt bereikt door bijvoorbeeld metingen van de vluchttijd. De toepassingen variëren van slimme gebouwen en ziekenhuizen tot voertuig-voertuigcommunicatie en vaste draadloze toegang.

Wat zijn enkele belangrijke mijlpalen in de ontwikkeling van de technologie?

Jungnikkel: Een daarvan was de introductie van adaptieve OFDM voor Li-Fi door Fraunhofer HHI rond 2005, wat aanpassing aan mobiele kanalen en efficiënt gebruik van LED’s mogelijk maakte. In 2011 werd de termijn Li-Fi werd bedacht door onderzoekers van de Universiteit van Edinburghwat hielp bij het definiëren en populariseren van de technologie.

In 2015 puurLiFi, het bedrijf dat voorzitter was van de IEEE-taakgroep achter de nieuwe standaard, voerde de eerste overdrachtsdemonstratie uit. Het toonde een naadloze gegevensoverdracht bij het verplaatsen tussen verschillende Li-Fi-toegangspunten. Bij de demonstratie werd gebruik gemaakt van een eigen protocol en werden uitdagingen aangepakt die verband hielden met pakketverlies en latentie.

Een andere belangrijke mijlpaal was de introductie van de eerste prototypes op foundation van een ITU-T G.vlc chipset in 2016. Ze specificeerden de systeemarchitectuur, de fysieke laag en de datalinklaag voor een snelle indoor optische draadloze communicatietransceiver die gebruik maakt van zichtbaar licht. Deze ITU-chipsets waren in de handel verkrijgbaar en markeerden een belangrijke stap in de richting van commercialisering en vroege productontwikkeling door andere leveranciers zoals Betekenen En Oledcomm.

Bovendien introduceerde het Fraunhofer HHI in 2017 het idea van gedistribueerde multiple-input multiple-output-technologie voor Li-Fi, waardoor naadloze mobiliteit zonder pakketverlies en verbeterde prestaties mogelijk wordt in het geval van blokkering van de zichtlijn. Deze technologie wordt afzonderlijk gespecificeerd IEEE-standaard 802.15.13 voor industriële LiFi.

In 2021 demonstreerde Fraunhofer HHI dat centimeterprecisie mogelijk is door gebruik te maken van Li-Fi voor navigatie binnenshuis en dezelfde protocollen die beschikbaar zijn voor Li-Fi-transmissie. Dit is aanzienlijk beter dan het gebruik van conventionele Wi-Fi-technieken.

Zijn er opmerkelijke projecten die hebben bijgedragen aan de vooruitgang van de Li-Fi-technologie?

Jungnikkel: Ja, OMEGA En ELIoT. OMEGA wilde een ultrasnel thuistoegangsnetwerk ontwikkelen dat snelheden tot 1 gigabit per seconde kan halen. Het ELIoT-project was bedoeld om oplossingen voor de massamarkt te ontwikkelen met behulp van Web of Issues-apparaten met Li-Fi. Deze projecten waren gericht op onderzoek, ontwikkeling en innovatie binnen de Europese Unie, waarbij verschillende aspecten van de technologie werden aangepakt, waaronder mobiliteit, standaardisatie en interoperabiliteit.

Welke samenwerkingen, uitdagingen en toekomstige integratie voorziet u?

Jungnikkel: Samenwerking tussen overheden, grote marktspelers en onderzoeksinstellingen is cruciaal voor het stimuleren van de vooruitgang van de nieuwe technologie. Overheidsfinanciering voor onderzoeksprojecten en proefinitiatieven kan de technologieontwikkeling in de precompetitieve fasen en de marktvestiging stimuleren.

Wat de uitdagingen betreft, kan de concurrentie tussen bedrijven in het Li-Fi-domein een hindernis zijn, vooral voor kleinere spelers. In de precompetitieve fase kunnen samenwerking en identificatie van winstgevende marktsegmenten helpen deze uitdagingen te overwinnen. Standaardisatie helpt met identify propriëtaire technologieën te overwinnen en interoperabiliteit mogelijk te maken. De klant kan vergelijkbare producten kopen van verschillende leveranciers die in hetzelfde netwerk kunnen worden geïntegreerd. Dit verkleint het risico voor zowel klanten als leveranciers om in nieuwe technologieën te investeren.

In de toekomst kunnen we verwachten dat de technologie wordt geïntegreerd in alledaagse apparaten, zoals television’s en mobiele telefoons. Gestandaardiseerde Li-Fi-chipsets en verhoogde investeringen in productontwikkeling zullen een cruciale rol spelen bij het versnellen van dit integratieproces. Naarmate de technologie volwassener wordt, zullen verbeteringen in bereik, bandbreedte en interoperabiliteit de toepassingen en het marktpotentieel vergroten.

Voor meer technische informatie over IEEE 802.11bbbekijk het on-demand webinar “Hoe Li-Fi draadloze communicatie radicaal kan veranderen.”

Gedetailleerde informatie over IEEE 802-standaarden in het algemeen, inclusief de IEEE 802.11bb standaard, wordt besproken in a webinar over IEEE-standaarden gepost op YouTube, georganiseerd door de IEEE Regio 8 Motion for Business-initiatief.