Công nghệ Li-Fi là cách truyền dữ liệu bằng ánh sáng của đèn LED thay cho sóng vô tuyến. Năm 2016, khi nhóm nghiên cứu tại Scotland trình diễn việc truyền một đoạn video từ bóng đèn LED qua tấm pin mặt trời tới máy tính, câu hỏi được đặt ra khắp nơi là Li-Fi có thay thế Wi-Fi hay không.
Câu trả lời sau gần mười năm rõ hơn nhiều: Li-Fi tồn tại, đã được chuẩn hoá, nhưng đóng vai trò bổ sung chứ không thay thế. Bài này giải thích nguyên lý và giới hạn của công nghệ. Phần bàn riêng cho nhà máy nằm ở bài Li-Fi trong nhà máy và ứng dụng IoT.
Li-Fi hoạt động thế nào
Đèn LED bật tắt được rất nhanh nhờ mạch điều khiển. Nếu điều chế độ sáng theo một chuỗi quy ước ở tần số cao, mắt người chỉ thấy ánh sáng ổn định, còn cảm biến quang ở phía thu đọc được chuỗi bit. Nguyên lý này gọi là truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy, dùng dải tần số khoảng từ 400 đến 800 nghìn tỷ hertz.
Ý tưởng dùng ánh sáng để truyền tin không mới. Cuối thế kỷ mười chín đã có thiết bị truyền âm thanh bằng tia sáng mặt trời. Điểm mới của các dự án gần đây là dùng chính đèn chiếu sáng LED sẵn có làm bộ phát, nghĩa là hạ tầng chiếu sáng và hạ tầng truyền dữ liệu dùng chung một thiết bị.
Đọc lại các con số tốc độ công bố năm 2016
| Con số | Điều kiện đo | Cách hiểu |
|---|---|---|
| 224 gigabit mỗi giây | Phòng thí nghiệm, khoảng cách ngắn, không vật cản | Giới hạn lý thuyết của kênh truyền, không phải tốc độ dùng được |
| Khoảng 1 gigabit mỗi giây | Thử nghiệm tại văn phòng và môi trường công nghiệp | Mức tham khảo cho thiết bị nghiên cứu, chưa phải sản phẩm bán rộng |
| Khoảng 11,5 megabit mỗi giây | Bộ thiết bị thương mại dùng bóng LED tiêu chuẩn | Con số sát thực tế nhất tại thời điểm đó |
Ba con số cách nhau rất xa và đều được công bố cùng một thời gian. Khoảng cách này là điều bình thường với mọi công nghệ truyền dẫn: phòng thí nghiệm đo trong điều kiện lý tưởng, còn sản phẩm phải chịu vật cản, nhiễu ánh sáng nền và chi phí linh kiện. Khi đọc tin về một công nghệ mạng mới, việc đầu tiên nên làm là tìm xem con số được đo trong điều kiện nào.
Li-Fi so với Wi-Fi
| Tiêu chí | Li-Fi | Wi-Fi |
|---|---|---|
| Môi trường truyền | Ánh sáng nhìn thấy, cần đường nhìn thẳng | Sóng vô tuyến, xuyên được vật cản nhẹ |
| Phạm vi phủ | Trong tầm chiếu của đèn, dừng lại ở tường | Cả phòng và lan sang phòng bên |
| Ảnh hưởng tới thiết bị vô tuyến | Không phát sóng vô tuyến | Dùng chung dải tần với nhiều thiết bị khác |
| Thiết bị đầu cuối | Cần bộ thu quang gắn thêm | Có sẵn trên hầu hết máy tính, điện thoại, máy quét |
| Đường truyền ngược từ thiết bị lên | Cần nguồn sáng hồng ngoại riêng ở phía thiết bị | Hai chiều bằng cùng một bộ thu phát |
| Mức trưởng thành | Sản phẩm chuyên dụng, số nhà cung cấp hạn chế | Hệ sinh thái rộng, nhiều dòng cấp công nghiệp |
Bốn giới hạn thực tế
- Bị chắn là mất tín hiệu. Một người đi ngang, một pallet đặt chắn hay một lớp bụi bám trên bộ thu đều làm gián đoạn. Trong xưởng, tình huống này xảy ra liên tục.
- Đường truyền ngược phức tạp. Thiết bị phải phát ánh sáng trở lại điểm truy cập, thường bằng hồng ngoại. Điều này làm tăng chi phí và kích thước bộ thu phát ở phía thiết bị.
- Thiết bị đầu cuối chưa phổ biến. Máy tính công nghiệp, máy quét mã vạch và bảng điều khiển đều có sẵn Wi-Fi, còn bộ thu Li-Fi phải mua và gắn thêm cho từng thiết bị.
- Ràng buộc với hệ chiếu sáng. Vùng phủ dữ liệu trùng với vùng chiếu sáng, nên mọi thay đổi bố trí đèn đều ảnh hưởng tới mạng. Ánh sáng mặt trời mạnh cũng làm giảm chất lượng thu.
Từ năm 2016 tới nay
Thay đổi đáng kể nhất là công nghệ này đã có chuẩn. Năm 2023, một chuẩn cho truyền dữ liệu bằng ánh sáng được công bố trong họ chuẩn mạng không dây, giúp thiết bị của các hãng khác nhau làm việc được với nhau. Đây là điều kiện cần để một công nghệ đi từ trình diễn sang sản phẩm.
Điều không thay đổi là vị trí của nó trong nhà máy. Mạng có dây vẫn giữ vai trò xương sống cho thiết bị cố định, Wi-Fi công nghiệp phục vụ thiết bị di động, mạng di động dùng cho trạm ở xa. Li-Fi là phương án cho một số khu vực đặc thù, chủ đề bàn kỹ ở bài về nhà máy nêu trên. Cách chọn hạ tầng mạng chung cho xưởng trình bày ở bài mạng máy tính công nghiệp.
Chọn thiết bị mạng cho nhà máy hiện nay
Với thiết bị di động trong xưởng, bộ định tuyến không dây cấp công nghiệp là lựa chọn thực tế. Dòng Advantech WISE-3240 thuộc nhóm này, dùng cho trạm hiện trường cần kết nối không dây. Với thiết bị cố định trong tủ, mạng có dây qua switch công nghiệp vẫn ổn định hơn hẳn, nội dung trình bày ở bài switch công nghiệp Advantech.
Máy tính làm cổng dữ liệu cho các tuyến không dây nằm ở danh mục máy tính không quạt cho IoT; thông số chi tiết lấy theo tài liệu hãng. Danh mục máy tính công nghiệp của hãng trên site kiến thức nằm tại danh mục máy tính công nghiệp Advantech trên IPC247. Khi chưa rõ nên chọn máy nào cho tuyến kết nối của mình, dùng công cụ chọn máy theo yêu cầu.
Câu hỏi thường gặp về công nghệ Li-Fi
Li-Fi là gì?
Li-Fi là cách truyền dữ liệu bằng ánh sáng nhìn thấy được. Bóng đèn LED được bật tắt hoặc thay đổi độ sáng ở tần số rất cao mà mắt người không nhận ra, phía thu dùng cảm biến quang để đọc lại chuỗi tín hiệu đó. Nguyên lý này thường được gọi chung là truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy.
Con số 224 gigabit mỗi giây có thật không?
Đó là kết quả trong điều kiện phòng thí nghiệm, đo trên khoảng cách ngắn và không có vật cản. Các bộ thiết bị thương mại công bố cùng thời điểm chỉ đạt vài chục megabit mỗi giây. Khoảng cách giữa hai con số là điều bình thường với mọi công nghệ truyền dẫn.
Li-Fi có thay được Wi-Fi trong nhà máy không?
Không thay hoàn toàn. Li-Fi cần đường nhìn thẳng giữa đèn và thiết bị, tín hiệu mất khi bị che, và thiết bị đầu cuối phải có bộ thu riêng. Vai trò hợp lý là bổ sung cho những khu vực có yêu cầu đặc biệt, còn phần xương sống vẫn là mạng có dây và Wi-Fi công nghiệp.
Điểm mạnh thật sự của Li-Fi là gì?
Tín hiệu không xuyên tường nên phạm vi phủ được giới hạn trong phòng, và ánh sáng không gây nhiễu cho thiết bị vô tuyến. Hai tính chất này có giá trị ở khu vực hạn chế phát sóng hoặc nơi cần khoanh vùng tín hiệu theo từng phòng.
Hiện nay nên chọn gì cho mạng không dây trong xưởng?
Với phần lớn nhà máy, lựa chọn thực tế vẫn là mạng có dây cho thiết bị cố định, Wi-Fi công nghiệp cho xe nâng và máy quét di động, mạng di động cho trạm ở xa. Li-Fi chỉ nên xét cho các khu vực đặc thù sau khi đã khảo sát điều kiện chiếu sáng.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
