2019年07月02日 | Li-Fi 和 LED技术的结合将展现更美好的前景

以前，光源只是独立的装置，其唯一目的就是为某个特定区域照明，但这种状况已经一去不复返。我们生活中日益提高的连通性和对于数据依赖的增加意味着光源的作用正在发生改变。互联照明系统（CLS），采用发光二极管（LED）技术和物联网（IoT）连接，现在能够使设计工程师既可以提供照明，又能传输数据。这为节省能源，并为个人、企业和社区提供新的服务和便利开辟了新的机会。

越来越多的互联照明系统采用Li-Fi，这是一种新兴的光无线技术，为“光保真度（light fidelity）”的简称。这种技术于2011年推出，目标是将照明作为智能基础设施的核心。通过使用IEEE802.11协议，Li-Fi作为Wi-Fi的替代方案正在呈现迅猛发展势头。这里，我们将更深入地探讨CLS、Li-Fi和物联网技术，并进一步讨论哪些技术将为CLS提供更大支持以发挥其全部潜力。

物联网给照明带来的变革

物联网对世界的影响已经非常巨大。在照明领域，通过将现代光学传感器与无线连接相结合，工程师现在可以集中精力于收集数据，并将其传输到数字领域，以进行分析和其他设定的行动。下面我们简单地看看这些关键领域

现代光学传感器

我们周围有很多传感器，记录从温度和湿度到挥发性有机化合物（VOC）和振动水平等许多数据。这些传感器能够将模拟信号转换成数字数据，之后可由一系列系统进行读取、分析和操作。

我们感兴趣的传感器是光学传感器，它能够把光转换成电信号。这意味着系统可以感知是否打开了灯，以及灯光的强度等等。

无线连接

Wi-Fi使用射频（RF）频谱范围内（频率在20kHz-300GHz之间）电磁辐射，能够使设备连接到附近的无线网络。Wi-Fi主要在五个主要频率范围内工作：2.4GHz、3.6GHz、4.9GHz、5GHz和5.9GHz，大多数消费电子产品使用2.4GHz和/或5GHz。尽管Wi-Fi非常普遍，但这种技术也有很多问题，例如易受黑客攻击，频谱已经接近容量极限等等。这就是Li-Fi技术得以进入的原因，我们下面将讨论这些。

数据

以数字方式存储数据能够使其用于各种目的，包括通过使用大数据分析（BDA）和人工智能（AI）进行管理、应用和扩展数据。互联照明系统的主要设计目标是使照明系统成为这一更广泛技术框架的一部分，以创造更智能的端到端系统为目标。

Li-Fi：用光进行通信

互联照明系统是采用基于固态照明（SSL）的技术而构建，所使用的是LED，而不是灯丝、气体或等离子等。LED牢固可靠、体积紧凑、能效高，并且通常具有较长的使用寿命。在控制颜色和输出亮度，以及在开和关调节的能力方面，LED会给设计师带来很高灵活性。正是这种对于开关的控制能力对Li-Fi至关重要。

Wi-Fi是使用无线电波传输数据，而Li-Fi则被称为“光无线通信”（OWC）技术，这意味着它是通过使用光波进行通信。这种光波或许是可见光谱，也可以是红外线和紫外线。与Wi-Fi相比，LI-Fi能够提供可靠、高质量的数据流，在某些情况下速度超过30Mbps。

使用光而不是无线电波进行数据传输有很多好处。首先，可见光Li-Fi光谱比其射频竞争对手（Wi-Fi）大近10000倍。其次，由于Li-Fi使用了视线（LoS）内传输架构，具有很高的抗黑客能力：如果有人试图拦截数据流，数据的传输路径会被破坏，不能进行任何信息传输。

正如我们在上面提到，LED的快速调节开关能力是实现Li-Fi通信的一个关键因素，通过特定的调制和解调机制可进行数据传输。Li-Fi的工作原理是将数据流馈入到一个SSL驱动器，该驱动器可以控制一个或多个LED，并以远比人眼能觉察快很多的速度开启和关闭这些LED。这种闪光可由Li-Fi设备中的感光器接收，继而产生一个与传感器接收的光线量成比例的电流。然后，该电信号经过放大、调节和处理，被无线发送到计算机、平板电脑或智能手机等其他设备。

创建一个内在生态系统

几年来，几家LED制造商一直在致力于创建真正统一的互联照明系统解决方案。我们所说的统一互联照明系统是指光可以在一个地方与所有机电系统相互作用。创建一个全面的解决方案可以确保互操作性、高性能和可靠性。这项工作表明，需要从四个关键领域来支持帮助互联照明系统发挥其全部潜力：硬件、物联网、软件和接口。

硬件

互联照明系统硬件部分需要LED和适当的驱动器来控制供给它们的电流。设计师还需要考虑相关的电光机械功能，使他们能够将产品变成有用的光源。硬件可能需要散热片来降低温度，还需要其他组件来控制光学部件、安装设备、包装设备，并通过一些常见的设计代码将其与其他设备集成。同样重要的是，需要包括能够将模拟信号转换为数字信号的智能传感器。

在所有这些组件都能够正常发挥作用的情况下，设计师面临的关键挑战是确保所有组件能够彼此协调工作。

物联网

当然，硬件只是系统的一部分。互联照明系统需要能够与其他照明系统连接，以便可以一起工作。互联照明系统制造商需要考虑这些集成所带来的挑战，尤其是在数据安全方面的挑战。如何保护数据免受未经授权的盗取或恶意控制系统的企图？这可能需要围绕身份验证进行工作，确保只有拥有正确密钥的人可以访问。其他需要考虑的因素还包括存储、服务器和数据分析。

所有这些都将有助于确保数据能够安全和可靠地馈入互联照明系统和从系统中提取。

软件

当今的产品设计师可以访问一系列基于云的服务，这些服务是他们以前的同事所梦寐以求的。如果互联照明系统提供商能够提供基于云的技术服务以补充其硬件，将使他们在市场中处于非常有利地位，因为客户将能够更快、更容易地获得所购买的互联照明系统的全部优势。

未来的互操作性也非常重要。基于标准的解决方案能够使不同制造商的产品在今天以及未来无缝地协作运行，这很可能有助于推动互联照明系统市场的更快增长。相反，如果需要跨领域和边界工作，与其他产品缺乏这种互操作性可能会处于极大的竞争劣势。

接口

最后一个需要互联照明系统制造商考虑的领域是常见的应用程序接口（API）。美国能源部认为，如果想要实现互联照明系统与能量相关的所有好处，接口将是一个必须要克服的重大挑战。

固态照明本身已经具有很高的能效。但是，只有在更大区域连接多个互联照明系统，才能实现真正意义上的能源节省。通过创建一个跨越家庭、商店、工作场所和街道照明的智能照明网络，可以使未来的城市具有更大的潜力来提高效率。这将能够使更大的区域作为一个统一整体去工作，而不是许多独立个体各自运行。通过传感器收集数据并将其馈入分析引擎，照明系统将能够实时调整光源以节省资金和能源。美国能源部建议，尽管照明行业希望采用标准化的安全途径，以尽量减少整个行业的集成挑战，但应向用户开放提供API。

结论

基于LED的光源使能够使照明数字化，光源可作为物联网的一部分连接在一起。因此，现代互联照明系统具有很大的潜力来真正改善我们的生活、财务状况以及我们所生活的世界。

Li-Fi协议使互联照明系统既能够提供照明，又可以发送和接收数据。这些功能意味着，基于Li-Fi的照明系统可以提供一个真正的替代方案，来取代目前智能基础设施核心日益拥挤的Wi-Fi频谱。

随着互联照明领域的创新步伐加快，我们期望能够看到一个比当今世界更加光明的未来。