Li-Fi tecnología conexión de internet inalámbrico

Abstract— Li-Fi es nueva tecnología basada en un diodos que emiten luz ¨Leds¨ visible, se caracteriza por trasmitir información por medio del espectro luminoso ya que tiene la capacidad de encenderse y apagarse a velocidad no perceptibles por el ojo humano con una configuración vinaria cero cuando se apague y uno cuando se enciende lógicamente deberá tener un receptor que interprete dichas señales, sumada la velocidad de la luz tendremos una ganancia en la velocidad de transferencia de datos siendo esta la misma para todos los dispositivos sin que se sature o se vea afectada velocidad de navegación, al no poseer ondas electromagnética es más amigable con el medio ambiente pero a la ves teniendo limitantes ya que su espectro de luz no puede atravesar las paredes siendo ahí el complemento de la red Wi-Fi en ciertos ambiente, Li-Fi es una conexión más segura ya que al no poder atravesar los objetos los únicos que tendrán acceso a esta red de internet inalámbrico serian solo los dispositivos que se encuentren bajo la señal de Li-Fi.

Keywords—espectro electromagnético, light-fidelity (li- fi), wirelees-fidelity (wi-fi), diode emisor de luz (led), comunicación de luz visible (VLC), radiafrecuencia (RF), LAN(Red de Area Local), superfluas(No Necesario, Esta de mas)

El LED cuando esta encendido y cuando esta apagado puede proporcionar dos estados de acuerdo a lo que se denomina 1 y 0 lo que indica que el led puede estar encendido o apagado, el uso de pulsos rápidos de luz para transferir datos sin conexión física, dicho método se denomina Visible (VLC). Los LEDs se pueden encender y apagar muy rápido algo que no es posible ser visible por el ojo humano por lo tanto la fuente de luz parece estar constantemente encendida. Cuando estas señales están transmitiendo al receptor a través del canal inalámbrico, los fotodiodos convertirán estas señales ópticas en señales eléctricas y se recuperará la información original[3][4].

Introducción

Li-Fi es una nueva tecnología que apunta hacia el desarrollo de la sociedad mas foturista he inteligente ya que cada dia avanza a pasos agigantados[21]. En la actualidad el internet es de gran importancia, por su utilidad, la demanda de este servicio por los usuarios de la red han hecho que se lleguen a saturar, lo que resulta en la falta de velocidad de datos, esta ha llevado a buscar otros métodos de tecnología para tener un mejor servicio mas eficiente y eficaz[1], la reciente investigación del profesor de telefonía móvil Harald Haas de la universidad de Edimburgo (Escocia reino unido), realizó la investigación sobre la luz-Fidelidad (LI-FI), esta nueva tencnologia funciona con caracteristicas similares a la tecnoligía WI-FI[2]. El li-fi significa la Luz-Fidelity. Li-Fi es la transmisión de datos a través de la luz mediante el envío de datos a través de una bombilla LED tiene una comunicación de radiofrecuencia mediante el Ancho de banda y alta velocidad de datos. Es por eso que con mayor frecuencia es posible proporcionar un ancho de banda mayor a cada uno de los usuario para transferir información con mayor velocidad.

Figura 1. li-fi bonbilla LED.

Li-fi es la ultima versión de tecnología de Wi-Fi que utiliza luz visible, ofrece mayor velocidad que otras de banda ancha. li-fi tiene un área de red más amplia, la capacidad de manejo de tráfico mejorado y es más barato que wi-fi. El sistema VLC se compara con otros sistemas inalámbricos de comunicación que están en uso actual como LAN y Wifi. LAN está disponible en un rango muy corto y no es móvil. Y wi-fi tiene baja capacidad de manejo de tráfico de datos, como el número de usuarios aumenta wi-fi se convierte en incapaz de lograr la necesidad del usuario. Li-fi ofrece una capacidad significativa para resolver este problema con wi-fi. Transmite datos activando y desactivando los LEDs cambiando rápidamente la intensidad de la luz que no es detectada ojo humano. La velocidad de transmisión de datos es de unos 10 Gbps usando el LED blanco brillante. Cuando se utiliza un sensor de imagen receptor, las fuentes de luz se separan casi perfectamente en una matriz de píxeles porque hay un número masivo de píxeles y señales ópticas se emiten por separado de cada píxel esto evita que las señales se mezclen, permitiendo la comunicación, aunque muchos transmisores LED y Luces superfluas (fuentes de ruido) como la luz del las farolas están presents[2][4].

Marco teórico

Panorama general de la tecnología li-fi.

Una forma avanzada de transferir información podría cambiar el camino que los sistemas. Li-fi utiliza luz visible para transferir datos entre dos dispositivos que no tienen conexión física. Esta idea está inspirado en comunicación de luz visible (VLC) que utiliza la luz visible LED para transmisión de datos[5][6]. Un control remoto infrarrojo funciona mediante la conmutación de un ir LED encendido y apagado con frecuencia 38kHz. Esta luz se detecta por el sensor y el microcontrolador conectado en TV lo convierte en comandos. En lugar de rf. Li-fi utiliza luz visible para transferir datos entre dos dispositivos[4].

La comunicación óptica inalámbrica a través de la luz visible tiene ventajas y desventajas. La desventaja incluye línea de visión para soportar alta tasa de transmisión de velocidad de datos[3]. Si la línea de visión no es apropiada entre el extremo del transmisor y la velocidad de transmisión de los datos finales del receptor se degradará. Otro sistema de comunicación de luz visible es esencialmente aplicaciones de corto alcance. Cualquier obstrucción y la interferencia puede afectar el rendimiento del sistema.

El sistema de comunicación de luz visible (VLC) tiene varias ventajas para convertirse en las tecnologías inalámbricas rivales. Debido a pequeñas cantidades de espectro de radiofrecuencia, si el tráfico se incrementa en la red. La propia luz tiene un ancho de banda 10000 veces mayor que las ondas de radio [8]. Debido a que la transferencia de datos es más eficaz. Las ondas de radio son perjudiciales para los seres humanos penetrar el cuerpo y puede causar mutación. Así que es seguro[9]. Ya que Sin señal de penetración a través de las paredes, por lo que nadie puede hackear. Por lo tanto, es seguro de usar esta nueva tecnología[7].

Método propuesto

Breve descripción sobre la comunicación de datos basada en LED Consiste en una unidad transmisora, Canal espacial y unidad receptora. Hay dos sistemas que son Conectado en el extremo del transmisor y otro en el receptor para la transmisión y recepción de información.

Unidad transmisora.-Teóricamente, para la fuente de luz VLC se puede utilizar como transmisor. Las bombillas incandescentes no se obtienen rápidamente. El daño se debe encender y apagar regularmente. Así no es recomendado como transmisor VLC. Es de doble finalidad es decir, comunicación e iluminación. Debido a la baja potencia consumo y costo eficiente a luz fluorescente es ampliamente utilizado para iluminar la habitación. Las luces fluorescentes pueden cambiar On y off rápidamente para transmitir datos[11].

El sistema 1.- transmite datos a la unidad transmisora que Contiene los circuitos del transmisor con LEDs blancos. Sobre la recepciónes, la unidad receptora contiene fotodiodos y receptor.

Figura. 2. Diagrama de bloques de comunicación de datos basada en sistema LED.

Fuente de luz LED.- los LEDs blancos se utilizan en este sistema,y a que tiene características coma alto brillo, tiempo de larga vida, consume poca potencia, son eficientes de usar y son más baratos que lámparas fluorescentes[10]. También se puede usar LEDs azules, amarillos y rojos. Los datos se introducen en la unidad transmisora a través del sistema 1. Los LEDs blancos ofrecen iluminación junto con la comunicación para que el circuito del transmisor sea necesario para manejar la conmutación de los LEDs. Ahora la corriente los datos se transmiten a los LED blancos y los datos de Luz visible de los LEDs. La distancia razonable en la que se puede esperar que VLC se utilice alcanza hasta unos 5 metros[11].

Modulación.-Para enviar realmente datos a través de LEDs, como Mensaje de audio es necesario modularlos en el señal. El contexto de comunicación por luz visible, este Portadora consiste en pulsos de luz enviados en corto intervalos[10].

Datos.-Como se muestra en la Figura 2. Los datos deben ser transmitidos a través del cual se alimentan los datos al LED que acciona el LED. Los datos se recorren a través de canal y recibido por foto detector que convierte señal óptica en señal eléctrica de enlace ascendente con frecuencia de 38kHz. Los datos recibidos se transmiten a través de USB para protocolo de comunicación TTL[10].

Unidad receptora.- La unidad receptora se implementa utilizando fotodiodos. Los fotodiodo detecta la luz visible y cambia las señales ópticas Señales eléctricas. Los fotodiodos pueden convertirlo en corriente y tensión dependiendo del modo de funcionamiento[11]. Los fotodiodos son similares al tipo general de diodo semiconductor que expuestos a la luz. Otros datos se decodifican para recuperar información original y pasarla a sistema 2. La medium entre el transmisor y el receptor es sólo es el canal óptico no cualquier conexión física se hace entre ellos. Este Sistema puede transferir varios tipos de datos como texto y datos de audio en una señal[10].

Construcción del sistema LI-FI

LIFI es la próxima versión del wifi que es rápido y barato. Se basa en la comunicación de luz visible (VLC). VLC es un medio de comunicación que utiliza luz visible entre 400 THz (780nm) y 800THz (375nm)[12]. Como portador óptico para la transmisión de datos. Utiliza pulsos más rápidos de la luz para transmitir la información. Los LEDs pueden estar encendidos y apagados para generar cadenas digitales de diferentes combinaciones de 0s y 1s. Los LEDs se pueden utilizar como una fuente o emisor, mediante la modulación de la luz con la señal de datos. La salida LED aparece misma para el ojo humano, en virtud de la tasa de parpadeo rápido de la bombilla[10][12]. velocidad de transmisión de datos mayor de 100 Mbps puede ser posible mediante el uso de LEDs de alta velocidad con la ayuda de diversas técnicas de multiplexación. velocidad de datos de comunicación de la luz visible se puede aumentar mediante el envío de la transmisión de datos en paralelo utilizando un múltiplo de LEDs donde cada LED envía un flujo de datos diferente. El sistema emisor de Li-Fi consta de 4 partes primarias[13]

• 1. Bulbo

• 2. Circuito del amplificador de potencia de RF (PA)

• 3. Placa de circuito impreso (PCB)

• 4. Recinto

Este sistema ofrece varias ventajas como generar más brillo, más alta calidad de color y alta potencia luminosa del emisor en el rango de 150 lúmenes por vatio o más. La estructura es principalmente robusta sin los típicos mecanismos de degradación y falla asociados a los electrodos de tungsteno y los sellos de vidrio a metal, lo que da como resultado una vida útil de 30.000 horas. Además, la combinación única de plasma de alta temperatura y electrónica de estado sólido digitalmente controlada da como resultado una familia de bulbos de producción económica, escalable en paquetes de 3.000 a más de 100.000 lúmenes[20].

Figura 3. Sistema de li-fi.

Comunicaion de luz visible (VLT)

Anteriormente, las ondas de radio eran caros y menos seguros. Infrarrojo, sólo se puede utilizar como por el bien de la seguridad ocular. Los rayos gamma no se pueden utilizar como pueden resultan ser peligrosos. Luz ultravioleta es bueno para el lugar que está libre de los humanos pueden ser muy dañinos a los humanos. Dado que la luz visible no produce efectos, puede ser seguro de usar y también teniendo un mayor

ancho de banda. VLC es un medio de comunicación de datos, que utiliza la luz visible en el rango de 400 THz a 800 THz como soporte óptico para transmisión de datos e iluminación[14].

Figura 4. Espectro electromagnético de luz.

Ventajas detecnologia LI-FI

Li-Fi se basa en LED u otra fuente de luz para la transformación de datos. La transmisión de los datos puede ser con todos los tipos de luz, sin importar la parte del espectro de luz a la que pertenecen. Es decir, la luz puede pertenecer a la parte ultravioleta, invisible o visible del espectro. Además, la velocidad del canal de comunicación es un dominio superior para descargar películas, música y juegos todo en poco tiempo. Además, Li-Fi supera las limitaciones que se ponen en el usuario por el sistema Wi-Fi [15].

• a) Capacidad.-La luz tiene un ancho de banda 10000 veces más rápido que las ondas de radio. Además, las fuentes de luz ya están disponibles. Por lo tanto, Li-Fi tiene más capacidad y también los equipos ya están disponibles en el mercado.

• b) Eficiencia.-La transmisión de datos utilizando el Li- Fi es menos costosa. Las luces LED requieren menos energía y son altamente eficientes que la luz normal.

• c) Disponibilidad.- Como fuentes de luz están presentes en todas partes por lo tanto la disponibilidad no es el problema. Hay un número de bombillas en todo el mundo; Sólo necesitan ser reemplazados con LEDs para una mejor transmisión de datos.

• d) Seguridad.-La luz no es visible por lo tanto es más segura. Las ondas de luz no penetran a través de las paredes. Por lo tanto, no pueden ser interceptados y mal utilizados.

Comparación entre Wi-Fi y LI-FI

Li-Fi es el nombre dado para describir la tecnología de comunicación de la luz visible aplicado acceder a la comunicación inalámbrica de datos de alta velocidad. Se deriva este nombre por la similitud de Wi-Fi. Wi-Fi funciona por radiofrecuencia y la cobertura inalámbrica en general, dentro de los edificios, y Li-Fi es ideal para alta densidad de cobertura inalámbrica de datos dentro de un área o habitación confinado y para aliviar los problemas de interferencias de radio de señal[16][18].

Aplicaciones con LI-FI

• 1. Alta velocidad de transmisión de datos.

• 2. Li-Fi utiliza luz en lugar de señales de radiofrecuencia.

• 3. En el VLC avión es el uso de safty.

• 4. En los dispositivos médicos y en los hospitales de Bluetooth, infrarrojos, Wi-Fi y están prohibidos. A medida que esta tecnología no se ocupa de las ondas de radio, por lo que puede fácilmente ser utilizado en esos lugares.

• 5. Podemos usar el LI-FI bajo el agua en el mar donde Wi-Fi no funciona.

• 6. La seguridad es otro de los beneficios de manejar el penetrar a través de las paredes [17].

• 7. En las calles para el control del tráfico. Los coches se han basado faros, luces traseras LED basados LED, y el coche puede enviar información para superar los accidentes en la forma en que el intercambio de información. semáforo se puede comunicar con el coche y así sucesivamente [19].

• 8. Mediante la implementación de la tecnología en todo el mundo cada farola habría un punto de acceso gratuito.

• 9. Li-Fi puede resolver problemas tales como la escasez de ancho de banda de frecuencia de radio.

Figura 5. Estrcutura principal de LI-FI y sus áreas aplicación.

Conclusiones

En conclusión se puede decir que la tecnología Li-Fi, tiene un sistema de comunicación a base de luz visible, que se ocupa Leds para que esto se haga posible. Utilizando Leds de alto brillo de color blanco se genera más luz. El LED no causa riesgos para la salud por lo tanto esta comunicación a través del LED es seguro de usar. Proporciona una gama más amplia de lo que la disponibilidad de ancho de banda aumento cualquiera puede acceder al servicio, donde la fuente de luz es presente. También proporciona enlace seguro debido a la línea de visión, sin ningún intruso de pie fuera de la sala pueden piratear los datos. En este sistema propuesto, los métodos de modulación y de detección utilizados son fáciles de diseñar y poner en práctica. Esta tecnología está todavía en investigación y sin duda será un gran avance en la comunicación. La velocidad de datos de 100 Gbps que es completamente mayor que las ondas de radio. En esta transmisión de la imagen de papel se realiza a través de esta tecnología Li-fi. Lifi proporciona, bajo costo, fácil de datos garantizado transmisión y proporciona una comunicación fiable, también se puede utilizar en aplicaciones industriales, médicas, militares aplicaciones. Lifi está todavía en sus primeras etapas, pero se están introduciendo mejoras rápidamente,la técnica Lifi y WiFi interfaces, ambas tecnologías juntos pueden más que triplicar el rendimiento para los usuarios individuales y ofrecer importantes sinergias, produciendo una solución combinada que puede adecuadamente hacer frente a la necesidad de aumentar la cubierta la cobertura con las más altas velocidades de datos necesarias en la quinta generación de redes móviles (5 G).

References

• [1] H. Haas, L. Yang, Y. Wang and C. Chen What is LiFi?, Journal of LightWave Technology, Vol. 34, Issue 6, 2015

• [2] S.-M Kim and J.-S. Won, Simultaneous reception of visible light communication and optical energy using solar cell, International Conference on Convergence, 2013

• [3] G. Pang, T. Kwan, C.-H. Chan, and H. Liu,"Led traffic light as a communications device," IEEE/IEEJ/JSAI International Conference on Intelligent Transportation Systems, Tokyo, Japan, pp. 788- 793, 1999.

• [4] Y. Tanaka, S. Haruyama, and M. Nakagawa, "Wireless optical transmissions with white colored led for wireless home links," 11th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC 2000), Vol. 2, London, U.K.,pp. 1325-1329, 2000.

• [5] Ravi Prakash and Prachi Agarwal,"The New Era of Transmission and Communication Technology : Li-Fi (Light Fidelity) LED & TED Based Approach", International Journal of Advanced Research in Computer Engineering & Technology (IJARCET)

• [6] Volume 3, Issue 2, February 2014.

• [7] Jyoti Rani, Prerna Chauhan and Ritika Tripathi,"LiFi (Light Fidelity)- The future Technology in wireless communication", International Journal of Advanced Research in Computer Engineering & Technology (IJARCET) Volume 7, no. 11, 2012.

• [8] É. Bialic, L. Maret and D. Ktn´enas, Specific innovative semi-transparent solar cell for indoor and outdoor LiFi applications, Applied Optics, Vol. 54, Issue 27, 2015.

• [9] C. L. Ying, H. H. Lu, C. Y. Li, C. J. Cheng, P. C. Peng, and W. J. Ho, "20-Gbps optical LiFi transport system," Opt. Lett., vol. 40, no. 14, pp. 3276–3279, 2015.

• [10] K. Szczerba et al., "4-PAM for high-speed short-range optical communications," J. Opt. Commun. Netw., vol. 4, no. 11, pp. 885–894, 2012.

• [11] Keith B. Hunter James M Conrad and Andrew R. Willis,"Visible light communication using a digital camera and a LED flashlight", IEEE 2014.

• [12] IEEE 802.15.7 Draft D8, "Standard for Short-Range Wireless Optical Communication using Visible Light", 2011. K.Sindhubala and B.Vijayalakshmi,"Ecofriendly data transmission in visible light communication", IEEE Transaction 2015.

• [13] International Journal of Applied Engineering Research, ISSN 0973-4562 Vol.7 No.11 © Research India Publications, 2012.

• [14] Tsonev, D., Sinanovic, S., and Haas, H., ?Complete modeling of nonlinear distortion in ofdm-based optical wireless communication,? Journal of Light wave Technology 31(18), 3064–3076 (2013).

• [15] V. Agarwal,R. K. Aggarwal,P. Patidar, and C. Patki, ?A Novel Scheme For Rapid Tracking of Maximum Power Point in Wind Energy Generation Systems,? IEEE Trans. Energy Convers., vol. 25, no. 1, pp. 228–236, Mar. 2010.

• [16] IEEE 802.15.7 Draft D8, "Standard for Short-Range Wireless Optical Communication using Visible Light", 2011. K.Sindhubala and B.Vijayalakshmi,"Ecofriendly data transmission in visible light communication", IEEE Transaction 2015.

• [17] H. Burchardt, S. Sinanovic, Z. Bharucha, and H. Haas, "Distributed and autonomous resource and power allocation for wireless networks," IEEE Trans. Commun., vol. 61, no. 7, pp. 2758–2771, Jul. 2013.

• [18] Y. Wang and H. Haas, "Dynamic load balancing with handover in hybrid Li-Fi and Wi-Fi networks," J. Lightw. Technol., vol. 33, no. 22, pp. 4671–4682, Nov. 2015.

• [19] P. Chandhar and S. Das, "Area spectral efficiency of co- channel deployed OFDMA femtocell networks," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 13, no. 7, pp. 3524–3538, Jul. 2014.

• [20] IEEE Std. 802.15.7-2011, IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks, Part 15.7: Short-Range Wireless Optical Communication Using Visible Light, IEEE Std., 2011.

• [21] D. Tsonev, H. Chun, S. Rajbhandari, J. McKendry, S. Videv, E. Gu, M. Haji, S. Watson, A. Kelly, G. Faulkner, M. Dawson, H. Haas, and D. O"Brien, "A 3-Gb/s single-LED OFDM-based wireless VLC link using a gallium nitride µLED," IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 26, no. 7, pp. 637– 640, Apr. 2014.

• [22] S. P. Mohanty, U. Choppali and E. Kougianos, "Everything you wanted to know about smart cities," in IEEE Consumer Electronics Magazine, vol. 5, no. 3, pp. 60-70, July 2016.J.

Electrónica analógica II Cuenca-Ecuador

Kevin Fabricio Uzhca Zambrano, nació en Cuenca-Ecuador, el 13 de Abril de1 995. Termina sus estudios primarios en la escuela Padre Juan Bautista Aguirre, obtiene su título de bachiller en el colegio Francisco Febres Cordero, actualmente estudiante de la Universidad Politécnica Salesiana facultad de Ingeniería Eléctrica.

Jorge Armando Morocho Mora, nació en Loja-Ecuador, el 10 de Octubre de 1993, sus estudios primarios los realizo en la escuela Mariscal Sucre, obtiene su título de bachiller de Equipos y Maquinas eléctricas en el Instituto Tecnológico

Celina Vivar Espinosa¨, actualmente estudiante de la Universidad Politécnica Salesiana de la carrera de Ingeniería electrónica.

Autor:

Jorge Armando Morocho Mora.

Kevin Fabricio Uzhca Zambrano.