มองดูรอบบ้านของคุณ บอกมาสิ่งหนึ่งที่เหมือนกันในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าเกือบทุกชิ้น? การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต ถูกต้องไหม! ถ้าเราบอกว่าเหมือนเครือข่ายมือถือและเราเตอร์ Wi-Fi เรายังสามารถใช้หลอดไฟ LED เพื่อการสื่อสารได้อีก! ไม่เชื่อไหม? นี่คือเทคนิคที่น่าทึ่ง!
เราสามารถพูดได้ว่ามีประเภทการสื่อสารอีกประเภทหนึ่งเพิ่มเข้ามาในรายการ เพื่อความแม่นยำ คือ การแบ่งประเภทในหมวด Optical Wireless Communication (การสื่อสารแสงไร้สาย) ซึ่งรวมทุกประเภทของการสื่อสารทางแสงที่ไม่ใช้สายออปติก
อ่านเพิ่มเติม: 21 เทคโนโลยีใหญ่ของทศวรรษหน้า – ส่วน 1
การถ่ายโอนข้อมูลหรือการสื่อสารโดยใช้หลอดไฟ LED เรียกว่า Visible Light Communication (VLC) เมื่อพูดถึง VLC หมายถึงแหล่งแสงส่องสว่างที่ใช้ส่งข้อมูลโดยการเปิด-ปิดไฟด้วยความเร็วสูงมาก จนตาเปล่าไม่เห็น แต่โมดูลตรวจจับแสง (photo detectors) ตรวจจับได้
VLC = การส่องสว่าง + การสื่อสาร
คำที่เกี่ยวข้องกับ VLC:
- Free Space Optical Communication (FSO) – วิธีนี้คล้าย VLC แต่ไม่จำกัดแค่แสงสว่างมองเห็นได้ ดังนั้นอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดจึงอยู่ในกลุ่ม FSO นอกจากนี้ FSO ไม่ต้องการการส่องสว่าง จึงมักใช้ในลำแสงแคบที่โฟกัสสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างอาคาร
- Li-Fi – คำที่ใช้บอกรายการ VLC ความเร็วสูงในสถานการณ์ที่ Wi-Fi ใช้ได้ Li-Fi คล้าย Wi-Fi แต่ต่างกันที่ Li-Fi ใช้แสงสว่างมองเห็นได้ส่งข้อมูล ส่วน Wi-Fi ใช้คลื่นวิทยุ
นิยาม
LiFi ย่อมาจาก Light Fidelity เป็นระบบ Visible Light Communications (VLC) ที่เป็นเทคโนโลยีเครือข่ายไร้สายทางแสง ใช้ไดโอดปล่อยแสง (LED) สำหรับการส่งข้อมูล
LiFi ออกแบบมาใช้หลอดไฟ LED คล้ายหลอดประหยัดพลังงานที่เราใช้ในบ้านและสำนักงาน หลอด LED เหล่านี้ไม่เพียงช่วยถ่ายโอนข้อมูล แต่ยังเพิ่มความเร็วได้สูงถึง 224 กิกะบิตต่อวินาที
จินตนาการไฟฉายที่คุณใช้ส่งสัญญาณมอร์ส เมื่อใช้งานด้วยมือ นั่นคือการส่งข้อมูลด้วยสัญญาณแสง แต่เพราะกะพริบเปิด-ปิด จึงไม่สามารถเป็นแหล่งส่องสว่างที่มีประโยชน์ได้ ตอนนี้จินตนาการไฟฉายที่เปิด-ปิดเร็วมากผ่านคอมพิวเตอร์ เราจะไม่เห็นข้อมูล และไฟฉายดูเหมือนปล่อยแสงคงที่ ตอนนี้เรามีทั้งการส่องสว่างและการสื่อสาร ซึ่งตรงกับนิยาม VLC
อ่านเพิ่มเติม: การผลิตไฟฟ้าจากผลึก Piezoelectric
หลักการทำงาน
การทำงานของระบบนี้เรียบง่ายมาก การส่งข้อมูลทำเพียงแค่เปิด-ปิดหลอด LED ตามรูปแบบเพื่อกำหนดข้อมูล การสลับเร็วนี้ตาไม่เห็น
ระบบ Li-Fi หรือ VLC แบบง่าย มี 2 องค์ประกอบหลัก:
- อุปกรณ์อย่างน้อย 1 ตัว ที่มีโฟโตไดโอด (photodiode) สามารถรับสัญญาณแสงได้
- แหล่งแสงที่มีหน่วยประมวลผลสัญญาณ
พิจารณาหลอดไฟทั่วไป เมื่อกระแสคงที่ไหลผ่าน จะมีกระแสโฟตอนคงหลั่นออกมา ซึ่งมองเห็นเป็นแสงสว่าง หากเปลี่ยนกระแสช้า แสงจะสว่าง-มืด สำหรับหลอด LED เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ กระแสและแสงสามารถปรับโมดิวเลทได้ที่ความเร็วสูงมาก ซึ่งโมดูลตรวจจับแสงสามารถตรวจจับและแปลงกลับเป็นกระแสไฟฟ้าได้
ในเทคโนโลยีการสื่อสารทุกประเภท ข้อมูลจะถูกแปลงเป็นสตริงข้อมูลไบนารีของ 1 และ 0 สตริงนี้เข้ารหัสเป็นสัญญาณเปิด-ปิด 1 แทนสัญญาณเปิดของแสง 0 แทนสัญญาณปิดของแสง ที่ปลายรับ การกะพริบของแสงถูกแปลเป็น 1 และ 0
อ่านเพิ่มเติม: เครื่องมือ Open Source สำหรับ Data Integration ที่ดีที่สุด
WiFi เทียบ LiFi
สามารถเปรียบเทียบ Li-Fi กับ Wi-Fi ได้ เนื่องจากทั้งคู่ส่งข้อมูลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า แตต่างกันที่ Wi-Fi ใช้คลื่นวิทยุ ทำให้อัตราข้อมูลช้ากว่า ในขณะที่ Li-Fi ใช้แสงสว่างมองเห็นได้ ให้อัตราถ่ายโอนข้อมูลเร็วกว่ามาก การรบกวนสัญญาณจาก Access Point ใกล้เคียงเป็นความท้าทายหลักของ Wi-Fi ส่วนระบบ Li-Fi ไม่มีปัญหาแบบนี้
การสื่อสารคลื่นวิทยุต้องการวงจรวิทยุ เสาอากาศ และตัวรับซับซ้อน ส่วน Li-Fi เรียบง่ายกว่า ใช้โมดูลציהโดยตรงคล้ายอุปกรณ์ infra-red ราคาถูก เช่น รีโมทคอนโทรล
Li-Fi รองรับอุปกรณ์ IrDa และไม่มีปัญหาการรบกวน จึงใช้ได้ในหลายสภาพแวดล้อม เช่น เรือบินและสำรวจทะเล ส่วน Wi-Fi รองรับเฉพาะอุปกรณ์ 802.11 ใช้หลักสำหรับเล่นอินเทอร์เน็ตและสร้างฮอตสปอต
ข้อได้เปรียบหลักของ Li-Fi ที่ Wi-Fi ไม่มี:
- ส่งข้อมูลได้ในพื้นที่หนาแน่นและน้ำเค็ม
- สัญญาณไม่ผ่านกำแพง ทำให้ข้อมูลปลอดภัยกว่า
- แสงสว่างมองเห็นได้หนาแน่นกว่าคลื่นวิทยุมาก ทำให้ถ่ายโอนข้อมูลจำนวนมากได้
- ความเร็วสูงสุดที่บันทึกของระบบ Li-Fi คือ 10 Gbit/วินาที
ประโยชน์
- ประสิทธิภาพ (Efficiency) – ทำงานในสเปกตรัมแสงสว่างมองเห็นได้ เนื่องจากสำนักงานและบ้านมีหลอด LED อยู่แล้ว จึงใช้เพื่อ 2 วัตถุประสงค์ ทำให้คุ้มค่าด้านต้นทุนและพลังงาน
- ความพร้อมใช้งาน (Availability) – ข้อได้เปรียบดีที่สุด คือมีอยู่ทุกที่ที่มีแสงและหลอด LED บ้าน เครื่องบิน สำนักงาน ร้านค้า ห้างสรรพสินค้า ทุกแห่งสามารถมีการถ่ายโอนข้อมูลความเร็วสูงได้
- ความปลอดภัย (Security) – ความปลอดภัยเป็นข้อได้เปรียบใหญ่ที่สุดของ Li-Fi เนื่องจากสัญญาณแสงไม่เจาะผ่านวัตถุทึบแสงได้ ผลคือ การเข้าถึง Li-Fi จำกัดอยู่ในห้องเดียว
ข้อจำกัด
ไม่มีเทคโนโลยีไหนสมบูรณ์แบบ แต่ละอย่างมีข้อจำกัด Li-Fi ไม่ใช่ข้อยกเว้น 儘管有ประโยชน์ด้านความปลอดภัยและความเร็ว แต่ก็ยังมีความท้าทาย:
- Line Of Sight (สายตาตรง) – เป็นข้อได้เปรียบแน่นอนสำหรับสัญญาณที่ยาว แต่ก็เป็นข้อจำกัดด้านระยะครอบคลุม เนื่องจากสัญญาณสะท้อนจากวัตถุในชีวิตประจำวัน
- Multipath Distortion (เบ้าทวีpath) – เบ้าทวีเกิดจากความล่าช้าในการรับสัญญาณที่ปลายทางจาก transceiver เนื่องจากแต่ละเส้นทางมีความยาวต่างกัน สร้างปัญหา Inter Symbol Interference
- Simplex Communication (สื่อสารทางเดียว) – VLC ให้ผลดีที่สุดเมื่อใช้ส่งทางเดียว 雖然有多種方法隔離上行和下行，例如分割波長、時間、使用不同代碼，但由於成本高，VLC 被認為最適合下行實現
- Lights On (ต้องเปิดไฟตลอด) – ระบบ VLC ต้องการให้ไฟเปิดตลอดเวลา ในพื้นที่พาณิชย์/อุตสาหกรรม ไฟเปิดตลอดเวลาที่มีคน ในพื้นที่ที่อยู่อาศัย ไฟใช้เพื่อส่องสว่างและปิดส่วนใหญ่ของวัน
- Transmitter Sources (แหล่งส่งสัญญาณ) – หลอด LED ผลิตเพื่อส่องสว่างอย่างเดียว การประยุกต์ใช้สื่อสารไม่อยู่ในแผนรอง ในทางปฏิบัติ ผลลัพธ์ดีอาจได้จากอุปกรณ์ LED ราคาถูก
Li-Fi เป็นเทคโนโลยีที่น่าทึ่ง ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ยากที่จะคาดการณ์การเติบโตในอนาคต แต่ 말할 수 있다 ได้อย่างปลอดภัยว่า การผสมผสานระหว่าง Li-Fi และ Wi-Fi จะนำสิ่งดีที่สุดของทั้งสองโลกมาสู่อินเทอร์เน็ต
