Li-fi是Light
Fidelity的简称,这是英国著名物理学家哈拉尔德哈斯研发出的一种全新的无线数据传输技术,可利用普通的电灯泡完成整个过程。在打开房间电灯的同时,用户也打开了互联网连接。这种被称之为Li-fi的装置可用于传输来自电视波段白空间的无线数据或者未被使用的卫星信号。这项发明被称之为D-Light,通过改变房间照明光线的频率进行数据传输,每秒传输的数据超过10Mb,与典型的宽带连接不相上下。它可以应用于医院、机场、军队甚至于水下。

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英国爱丁堡大学的研究人员进行了一项为期一年的研究,以确定Li-Fi是否会对LED的能源效率造成不利影响。这项研究得到了英国工程和自然科学研究委员会(EPSRC)的资助。

WiFi技术已经越来越普及,不过抱怨无线信号不稳定、上网速度慢、WiFi热点太少而用的人也越来越多。现在,有一项新技术可能会让这些问题得到解决。

为加快区域智慧城市建设步伐,提升双流区智慧城市及大数据产业发展水平,2018年1月26日,双流政府与华体科技签订《战略合作框架协议》,约定采用PPP模式建设双流全区共计3万盏智慧路灯项目,项目投入运营后,将成为双流智慧城市建设提供重要抓手。

研究人员在《可见光通信对照明和显示质量影响的研究》论文中解释了该项目。他们发现,LED可以满足无线通信的需求,不会影响其提供的光质或环境效益。

电灯泡一直以来被视作发明家梦寐以求的灵感闪现的象征。不过对德国物理学家Herald
Haas来说,电灯泡本身给他带来了灵感。Haas和他爱丁堡大学的团队发明了一项专利技术,利用一束闪光来无线传输数字信息,这类技术通常被称作可见光通信(VLC)。

智慧路灯是指在路灯上搭载各种传感器及感知设备,如充电桩、LED信息发布屏、高清摄像头、应急报警、5G基站搭载网络、停车检测、环境感知、井盖及积水监测、网络音像等,利用物联网及互联网技术,使路灯成为智慧城市信息采集终端和便民服务终端,是智慧城市重要的切入口。

研究表明,在LED发光的同时传输数字数据,LED既不会使光线变色或变暗,也不会使LED消耗更多的能量。保持照明质量是一个很重要的考虑因素,因为它可以对家庭和工作场所的人的身心健康产生重大影响。

Haas表示:我最大的设想就是将电灯泡变为宽带通信设备。这样电灯泡不仅能提供照明,也将成为一款必要的工具。Haas认为,通过给普通的LED灯泡加装微芯片,使灯泡以极快的速度闪烁,就可以利用灯泡发送数据。而灯泡的闪烁频率达到每秒数百万次。

双流采用华体科技全新一代智慧路灯,打造全国智慧城市路灯新标杆。

爱丁堡大学Li-Fi研发中心及数字通信研究所首席研究员Wasiu
Popoola博士表示说,这些是业界关注的主要问题,这些问题阻碍了消费者将Li-Fi与家用LED结合使用,也阻碍了Li-Fi的广泛采用。

通过这种方式,LED灯泡可以快速传输二进制编码。但对裸眼来说,这样的闪烁是不可见的,只有光敏接收器才能探测。Haas表示:这类似于通过火炬发送莫尔斯码,但速度更快,并使用了计算机能理解的字母表。

华体科技位于成都双流,在城市照明产业精耕细作多年,是国内首家主板上市的城市照明企业。公司于2015年初启动智慧路灯项目开发,设智慧路灯专项机构及LED科研中心,推出智慧路灯全系产品和云控制平台。在同年7月12日举行的四川省先进制造强省推进会上,华体智慧路灯受到省政府领导的关注与认可,并列入成都试点示范工作,确立了华体在国内智慧路灯集成产品的引领地位,智慧路灯已逐步成为公司核心竞争力和新的业绩增长点。

在两种不同的数据传输技术的帮助下,研究人员研究了产生暖白光和冷白光的LED。首先是开关键控,期间,LED的工作模式跟莫尔斯电码一样,可以快速地开关,人眼不易察觉;第二,连续传信,期间,改变光强度以实现相同的目标。

这一技术意味着,只要你拥有电灯泡,就可以获得无线互联网连接。目前全世界的电灯泡数量约有140亿盏。实际上,这也意味着任何路灯都可以成为互联网接入点。

随着全国智慧城市建设的进一步深化,双流以智慧路灯反推智慧城市,探索自下而上的新模式,以服务群众为首要任务,树立全国智慧路灯服务新标杆,引领智慧城市发展新模式。

这两种技术都很成功,并没有显著降低LED灯泡的亮度或预期寿命,也没有引起任何明显的光色变化。这两种技术都只对LED产生的热量有一点细微的影响。热量的产生是另一个重要的考虑因素,因为温度升高意味着LED会使用更多的电力来产生光,降低其能源效率。

不过,被昵称为Li-Fi的可见光通信技术并不只是能提升互联网的覆盖范围。作为无线数据传输的最主要技术,WiFi利用了射频信号。然而,无线电波在整个电磁频谱中仅占很小的一部分。而随着用户对无线互联网需求的增长,可用的射频频谱正越来越少。

智慧路灯开创高效节能新思路,年节能率高达50%以上!

Popoola博士补充说:“我们日益联网的世界需要更多的带宽,比频谱中拥挤的射频部分所能提供的带宽多。我们的研究结果弥补了关键的知识缺口,对于未来的光通信来说,我们的结果是非常鼓舞人心的,这将有助于实现无线未来的全部经济和社会潜力。LED制造商需要知道加入数据传输能力对其产品的影响。我们的研究表明,使用LED灯来补充Wi-Fi并没有影响。”

例如,当你在咖啡店中上网时,如果周围上网的人越来越多,那么你会发现网速变得很慢。3G移动网络也是如此。与此同时,根据思科的数据,我们每年通过移动设备发送的信息量都在翻番。

双流区路灯用能为能源消耗大户,智慧路灯可有效减少路灯耗能。以250w的高压钠灯为例,应用城市智能道路照明控制系统后,单盏灯每天亮12个小时,每天晚上6点至8点,10点至12点功率降至70%,凌晨12点至6点功率降至30%。按照1元/千瓦时,每年每盏灯可以节约费用约800元,可有效节能50%以上。

Haas表示,他的技术将是问题解决方案的重要一部分。他表示:可见光频谱的宽度达到射频频谱的1万倍。这意味着可见光通信能带来更高的带宽。Haas表示,Li-Fi技术能带来高达1Gbps的数据传输速度。

在路灯维护方面,智慧路灯系统不仅提高运维效率,同时可降低维护成本,减少费用支出。采用城市道路智慧照明系统后,运维成本一年减少56%。推广智慧路灯是节能环保的要求,是高效发展的要求。

Haas认为,他的技术有一个重要优点,这就是不需要再新建任何基础设施。而传统射频信号的发射需要能量密集的设备。他表示:我们使用现有设备。可见光频谱没有得到利用,没有得到监管,我们可以进行高速通信。

智慧路灯建设拉开双流智慧城市建设新篇章

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智慧路灯较传统的路灯产业,不仅在节能环保、民生改善上具有巨大优势,而且是智慧城市落地的重要抓手。由于路灯有着遵循着城市的道路、街道分布的特点,并且路灯具备了“点位多、分布广、可供电、可供网”四位一体的特点,是智慧城市的主要载体,所以智慧路灯将是智能化城市改造的第一站点,是城市迈向智慧化进程的主要门槛,有效的激活了智慧城市、平安城市、智慧环保、智慧广播、智慧通信、智慧停车、智慧充电等众多智慧城市功能。

不过这一技术也有着自身的局限。雅典Harokopio大学信息学讲师Thomas
Kamalakis推荐了Haas的技术,但也表示该技术的潜力不应被高估。他表示:一个明显的问题是,可见光无法穿透物体,因此如果接收器被阻挡,那么信号将被切断。

智慧路灯建设开启便民幸福生活新模式

英国华威大学工程学院助理教授Mark
Leeson也持相同看法。他提出:问题在于,我们的手机如何使用可见光来通信?

智慧路灯建成后,人民可更便捷更安全的停车,可充分享受便捷的汽车充电服务、电子用品充电时间,享受免费的公共wifi、可视、广播等服务,使人民生活更便捷,更智慧。智慧路灯通过调节灯光开关、亮度、颜色,可有效的提升城市形象、增加科技感,是美丽中国的核心点缀,有助于提升人民生活幸福感,归属感。

Haas表示,这是两个现实问题,但他也有简单的临时解决方法。如果光信号被阻挡,而你需要使用设备发送信息,你可以无缝地切换至射频信号。他认为,可见光通信并不是WiFi的竞争对手,而是一种相互补充的技术,这将有助于释放频谱空间。

双流借智慧路灯开启智慧城市产业集群建设

他表示:我们仍需要WiFi,需要射频通信系统。你无法使用电灯泡向快速移动的物体发送数据,或是向树、墙和障碍物背后的物体发送数据。在短期内,可见光通信已可以实现一些小范围应用。例如,可以在飞机中使用该技术,帮助手机和笔记本上网,此外也可以在水下等无线电波无法传播的场所使用该技术。

本项目是双流政府引领华体科技、双流交投共同打造的国内最大智慧城市路灯PPP综合体项目,首期拟计划投建5000套智慧路灯,重点覆盖双流棠湖等城区核心路段,建成后在年节电近625万度的基础上,同时可为覆盖区提供1000个新能源汽车充电桩、1250个智能分析摄像机、1500个免费WIFI热点、2500个免费手机充电网点、500套信息发布系统等相关便民服务终端。

Haas指出,Li-Fi技术带来了极高的安全性,因为可见光只能沿直线传播,因此只有处在光线传播直线上的人才有可能截获信息。

在一期的示范效应下,二期拟计划投建25000套智慧路灯,完成双流区全区智慧城市路灯设备全覆盖,创建智慧双流新模式,为全国智慧城市路灯树立标杆。

无线电波数据传输方式效率不高,借助于手机,现在有140万个基站负责增强信号,但大部分能量都用在冷却上,效率只有5%。相比之下,全世界使用的灯泡却有400亿个,因此拥有更高的效率。只要将传统白炽灯换成LED灯,便可让灯泡变成无线网络发射器。

当前采取的无线数据传输方式是效率低下的电磁波,尤其是无线电波。无线电波存在很多局限性,它们较为稀有、成本昂贵并且只有确定的波段。这些局限性使其无法跟上无线数据的步伐,让效率成为一种不可能。光是电磁波频谱的一部分,将其用于无线通讯应该是一个很棒的做法。

可见光谱的空间是无线电波的1万倍,使其成为可使用的最理想的波段。在一次演讲中,哈斯展示了一盏使用LED灯的桌灯,能够像桌子下面的接收器传输数据。只要将手放入光束中,视频信号便会传输给身后的屏幕,一旦阻隔信号,便会停止播放。

可见光通信将比WiFi廉价得多,它使用光而不是无线电波传输信号,从理论上说,飞机乘客能够利用机舱内发出的光信号上网冲浪。任何有光的地方都是潜在数据传输源。这项技术的应用前景超乎我们想象,我们要做的就是为所有潜在照明装置安装微芯片,将照明与数据传输联系在一起,解决我们面临的无线通讯问题。

不过,这项技术还没有与智能手机结合在一起,希望不久后可以做到这一点。

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