Wi-Fi s infračervenými paprsky je stokrát rychlejší  
Klasické Wi-Fi pracuje s rádiovými vlnami a má svoje mouchy. Co kdybychom zkusili posílat data infračervenými paprsky?

 

Prosadí se bezdrátový přenos infračervenými paprsky? Kredit: Public Domain.
Prosadí se bezdrátový přenos infračervenými paprsky? Kredit: Public Domain.

Asi každý si někdy užije problémy s pomalým Wi-Fi připojením. V domácnostech se objevují nová a nová bezdrátová zařízení a vzduchem létá více a více dat. Stávající Wi-Fi sítě dělají, co mohou, ale žádný zázrak to obvykle není. Vědci nizozemské Eindhovenské techniky (Technische Universiteit Eindhoven) nabízejí velmi zajímavé bezdrátové řešení, které je založené na paprscích blízce infračerveného záření. Jeden takový paprsek má přitom ohromnou kapacitu přenosu dat – více než 40G bitů za sekundu.

 

Joanne Oh. Kredit: TU Eindhoven.
Joanne Oh. Kredit: TU Eindhoven.

Čerstvá držitelka titulu Ph.D. Joanne Oh a její spolupracovníci vyvíjejí systém, který je v principu jednoduchý a také levný. Bezdrátová data přicházejí z několika centrálních „světelných antén“, které mohou být nainstalované například na stropě. Tyto antény velmi přesně směrují paprsky infračerveného záření, které přivádějí optická vlákna. Taková zařízení nemají žádné pohyblivé části, takže nevyžadují sofistikovanou údržbu a rovněž nepotřebují žádnou energii. Antény jsou vybaveny pasivními difrakčními mřížkami, které vyzařují paprsky různých vlnových délek v různých úhlech. Změna vlnové délky paprsku tak změní jeho směr. Podle tvůrců je tato technologie bezpečná lidskému zdraví, protože používané vlnové délky infračerveného záření neohrozí ani jinak zranitelnou sítnici v oku.

 

TU Eindhoven. Kredit: Arno van den Tillaart / Wikimedia Commons.
TU Eindhoven. Kredit: Arno van den Tillaart / Wikimedia Commons.

Tento systém pracuje tak, že když uživatel se svým chytrým telefonem či notebookem přejde z dosahu jedné světelné antény, tak si ho přebere další anténa. Infračervená síť přesně sleduje pozici každého bezdrátového zařízení, pomocí rádiového signálu, který zařízení vysílá. Další zařízení se do takové sítě přidávají velmi jednoduše. Nové zařízení dostane přidělené jiné vlnové délky u stejné světelné antény, takže není problém s kapacitou přenosu. Stejně tak u takového systému nedochází k interferencím se sousedními sítěmi.

 

Zatím stále Wi-Fi. Kredit: Wi-Fi Alliance.
Zatím stále Wi-Fi. Kredit: Wi-Fi Alliance.

Současné bezdrátové Wi-Fi sítě využívají rádiové signály na frekvencích 2,5 nebo 5 gigahertzů. Systém z Eindhovenské techniky pracuje s paprsky blízkého infračerveného záření vlnových délek 1500 nanometrů a vyšších. Frekvence takového záření jsou tisíckrát vyšší a pohybují se kolem 200 terahertzů. Proto je kapacita takových paprsků pro přenos dat mnohem vyšší. Joanne Oh už v experimentu dosáhla rychlosti 42,8G bitů za sekundu, na vzdálenost 2,5 metru.


Pro srovnání, průměrná rychlost přenosu dat je v Nizozemí asi 2 tisíckrát nižší (17,6 M bitů za sekundu). Nejlepší dostupný Wi-Fi systém přenáší data rychlostí „pouhých“ 300 M bitů za sekundu, takže se infračervenému systému nijak zvlášť nepřiblíží. Jak možná již pozorný čtenář OSLA odhalil, nový systém lze zatím použít pouze ke stahování, downloadu dat. Přenos dat od uživatele k síti, tedy upload dat, probíhá prostřednictvím starých dobrých rádiových vln, tedy mnohem, mnohem pomaleji. Zatím to jsou všechno jenom studentské experimenty, ale za pár let, kdo ví. Třeba všichni budeme doma žhavit infračervené světelné antény.

Literatura
Technische Universiteit Eindhoven 17. 3. 2017.

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 19.03.2017
Tisk článku

Počítačové sítě pro začínající správce - Keršláger Milan, Horák Jaroslav
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 169 Kč
cena: 158 Kč
Počítačové sítě pro začínající správce
Keršláger Milan, Horák Jaroslav
Související články:

Nakažlivý WiFi virus, co se šíří vzduchem     Autor: Stanislav Mihulka (28.02.2014)
Nanotechnologie umožnila vznik prvního bílého laseru na světě     Autor: Stanislav Mihulka (03.08.2015)



Diskuze:

IR

Karel Novák,2017-03-22 14:59:53

Kdysi jsem měl bezdrátová sluchátka s IR přenosem a byl silně rušen světelným pozadím. Jak je toto ošetřeno?

Odpovědět


Re: IR

Xavier Vomáčka,2017-03-22 20:40:26

Vhodnou modulací a kódováním s opravou chyb.

Odpovědět


Re: IR

Josef Vojtěch,2017-03-31 23:12:49

FIltrem (pásmová zádrž na vše mimo darového signálu) a samoopravným kódem.

Odpovědět

Infra LAN

Radek Štrébl,2017-03-21 18:32:47

Jestli si dobre pamatuji, tak jiz v norme 802.11b je definovano spojeni pres infra o rychlosti 1 mbps, narozdil velmi rozsireneho 2.4GHz radioveho spektra jsem to ale nikdy nevidel v praxi. Hlavni problem optiky je nutnost 100% prime viditelnosti, u RF mensi obstrukce az tak moc nevadi, proto je to mnohem praktictejsi. Co se pasem tyce, tak WiFi nikdy nebylo zamysleno k outdoor nasazeni jako last-mile internetove pripojeni, na to je naprosto nevhodne a neumi inteligetne sdilet danne pasmo. V pripade indoor pouziti je 5GHz obvykle celkem bez problemu, kazda modernejsi budova ma ve zdech zeleznou vyztuz, coz celkem dobre 5GHz odstini, takze je sice problem pokryt jednim vysilacem celou budovu, ale zase se jednotlive vysilace navzajem tolik nerusi. Navic na 2.4GHz je k dispozici jen 3x zakladni sire kanalu bez prekryvu (tusim 10MHz), zatimco na 5GHz je k dispozici radove 10x vice neprekryvajicich se kanalu (zalezi na state, kazda zeme to ma v detailech jine). Cili tech 1.3 gigabitu (teoreticke rychlosti) je pri domacim pouziti teoreticky moznych, prakticky jsou sitove karty omezeny na 833mbps(1300 maji jen AP) a efektivne je to cca 400 megabit (pochopitelne simplex). Jako nahrada bezneho gigabitu pres UTP nic moc, ale na pripojeni k Internetu to v nasich podminka obvykle bohate staci a desetigigabitova optika fakt neni nutna. Jeste poznamka k moznemu outdoor nasazeni infra free space optiky, na zaklade vlastniho vyvoje a testu optickeho pojitka a studia literatury je hlavnim problemem obrovska variability utlumu (klidne i 80db rozdil), coz vhledem k platnym hygienickym normam pro vysilac znacne omezuje spolehlivy dosah (vysoky dosah je mozny jen za optimalnich optickych podminek, napr. mlha nebo dest to spolehlive utlumi). Proto se od free-space optiky spise upousti a prechazi se do pasem desitek GHz RF kde je mozne to s rozumnou dostupnosti provozovat i na nekolik km, narozdil od par set metru optiky.

Odpovědět

Ondřej Mlha,2017-03-20 00:03:06

Tak samozřejmě rychlost souvisí se šířkou pásma a různé frekvence mají různé vlastnosti o tom není pochyb. Jinak už před hromadou let (před éru wi-fi) se doma na koleně dalo zbastlit PTP pojítko co červeným světlem nebo infra dávalo na vzdálenost 1 km rychlost 10 MBit/s. Výkony limitovaly hlavně dostupné komponenty a součástky.

Odpovědět

Wi-fi

Stanislav Florian,2017-03-19 23:28:42

Odpovědět


Re: Wi-fi

Stanislav Florian,2017-03-19 23:38:44

Zapadlý internetový vlastenec bude spíš na Wi-fi závislý, optický kabel tam asi nebude. Tedy se ani nevyplatí kvůli malému počtu uživatelů budovat vysoce výkonný zdroj Wi-fi a bude muset užívat nižší přenosové rychlosti. Upload závislý i nadále na radiovém původním Wi-Fi bude brzdou. Doma na stropě viditelná infračervená rychlá Wi-fi download, v prvním patře skrz strop další klasická Wi-fi pro upload. Difrakční mřížka infračervené Wi-fi je formálně bez zdroje, světlo na ni snad svítit musí, jinak je to perpetuum mobile.

Odpovědět

Ondřej Mlha,2017-03-19 22:15:16

...Současné bezdrátové Wi-Fi sítě využívají rádiové signály na frekvencích 2,5 nebo 5 gigahertzů...

Nejsem v tomto odborník ale do teď jsem si myslel, že Wi-Fi znamená jen ty 12 cm mikrovlny a přesnější by bylo mluvit spíš o standardech 802.11 [a,b,g,n,ac]. Taky se mi nezdá ještě to zmíněné: nejlepší současný Wi-Fi má jen 300 MBit/s protože 802.11ac má dávat snad teoretických 1,8 GBit/s na L1 vrstvě.

Odpovědět


Re:

Antonín Lejsek,2017-03-19 22:56:15

Teorie je hezká věc, ale kolik na takovou přenosovou rychlost potřebujete pásma? Na 2,5GHz je problém vůbec mít jeden kanál, který nebude rušen do té míry, aby to aspoň trochu rozumně fungovalo. Na 5GHz je to zatím lepší. A ono to bude asi vždy trochu lepší taky díky tomu, že 5GHz má horší prostupnost překážkami. Menší dosah je sice sám o sobě nevýhoda, ale vysílače se tolik neruší. A tady se dostáváme k problému, který v článku není zmíněn, světlo a blízké frekvence už vyžaduje přímou viditelnost vysílače a přijímače. Sice problém s rušením odpadá, ale už to není moc praktické. Z toho důvodu si myslím, že frekvence se sice bude zvyšovat, ale ideálem je, aby jeden vysílač pokryl jednu místnost, přitom ale přímá viditelnost nebyla nutná. V budoucnu by se tak mohly prodávat lustry s integrovaným AP, v každé místnosti bude jeden.

Odpovědět


Re: Re:

Josef Vojtěch,2017-03-31 23:20:54

Bohužel ani 5GHz není to co bývalo. Bydlím na dohled od sídliště a na každém kanálu jsou klidně i 3 sítě. Včetně toho rezervovanáho pro meteoradar :-).

Světelná wifi (často označována jako LiFi) s odrazy počítá, neb i v rámci místnosti dochází k různým odrazům a na přijímač dopadá více kopií signálu, šířícího se různými cestami(tzv multipath interference).

Odpovědět


Re:

Petr Kroča,2017-03-22 21:57:50

Wifi nejsou jen ty 12 cm vlny (pravda - minimálně v našich podmínkách je to nejrozšířenější). Původní standardy wifi jsou pásma 2,4GHz a 5GHz nejnovější přidává 60Ghz (ještě jsem nepotkal).
V Evropě je v nejpoužívanější 2,4 wifi k dispozici pásmo 2,4000-2,4835 GHz rozdělené do 13 kanálů posunutých o 5MHz (udává se střední frekvence - např. u kanálu 1 je 2,412). V administraci wifi routeru/AP najdete možnost nastavení na 20 nebo 40 MHz (to není úplně přesné - u nás aktuálně nejpoužívanější n resp. b/g/n má 22MHz) takže v praxi máme tři nepřekrývající se kanály při 20MHz nebo dva s mírným překryvem při 40MHz.
A teď lehce k rychlostem - standard 802.11n uvádí max. 600Mbit na fyzické L1 vrstvě, na L2 už je to "jen" 400Mbit. K dosažení maxima je potřeba 4x4 MIMO - tedy vysílač i přímač budou mít 4 antény každá na jiných frekvencích a každá nastavená na 40MHz (tedy 1 jede v pásmu 2,4 a další 3 v 5GHz), pochopitelně za ideálních podmínek pro šíření radiového signálu.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni