LiFiの仕組み

現在のインターネットは、屋内の水道のようにユビキタスになっている。 インターネット接続やWiFi信号さえない場所に魅了されるほど、ユビキタスになっている。 さらに、かつては贅沢品というレッテルを貼られていたものが、今では現代社会で普通に生活するための必需品となっている。

インターネットは現代社会にすっかり定着しており、もしインターネット全体が機能しなくなれば、世界の政府の大部分が基本的な機能を提供するためにインターネットに依存しているため、その結果は壊滅的なものになりかねない。 それはまた、現代のビジネスが、ビジネスの獲得や実行の手段としてだけでなく、ビジネスにとって重要なさまざまな日常業務を遂行するためにも、インターネットに大きく依存しているという事実を割り引いて考えていることでもある。

インターネットの重大性と重要性を考えると、その利用需要は増加の一途をたどり、ネットワークの混雑に大きく寄与している。 このため、高まる需要に応え、より良い結果を出すためには、より新しい技術が必要となる。 代替技術の可能性を探る中で、一般的なWiFi技術に取って代わるものとして注目されているのがLiFiだ。

 

LiFiの定義

LiFiとはLight Fidelityの略で、この技術のパイオニアの一人であるハラルド・ハース教授が2011年のTEDx TALKの中で作った造語である。 その前身であり、現在主流となっている技術であるWiFi(Wireless Fidelityの略)にちなんで名付けられた。

LiFiは最新の通信技術のひとつで、WiFiが使用する電波とは対照的に可視光通信を利用することで、現行技術の改良を目指している。 その導入は、家庭に頭上の照明を提供すると同時に、データの転送を容易にすることを目的としているため、実際には2つの目的がある。

LiFiの導入は、光の伝送媒体として光ファイバーケーブルを使用しない一方で、局所的な環境内での接続性を提供することを目的としているため、光無線技術の新しいパラダイムを提示している。 その代わりに、一般家庭によくある頭上のLED照明を移動手段として利用する。 現在、この技術で達成可能な最大データ転送速度は毎秒224ギガビットで、これは毎秒18本のHD映画をダウンロードするのに相当する。

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LiFiの仕組み

LiFiは、頭上の照明を通して可視光をデータ伝送に利用する。 これは、データ伝送に可視光通信(VLC)システムを使用することで可能となる。 VLCシステムには2つの資格がある:

  1. 光信号を受信するためのフォトダイオードを含む少なくとも1つのデバイス;および
  2. 信号を伝送するための信号処理ユニットを備えた光源。

VLC光源は、蛍光灯または発光ダイオード(LED)の形態とすることができる。 しかし、堅牢なLiFiシステムは極めて高い光出力を必要とするため、LED電球が最も最適なVLC光源である。 蛍光灯は、より広い波長帯域で光を放出するため、LEDよりも相対的に効率の悪い光源となる。 一方、LEDは非常に狭い波長帯域で発光する光源で、より効率的な光源となる。

LEDは半導体でもあり、光強度を増幅し、高速にスイッチングすることができる。 LiFiはデータ転送のために可視光として放出される一定の光子の流れに依存しているため、これはVLC光源に求められる重要な品質である。 光源に流す電流をゆっくり変化させると、光源が上下に暗くなり、LiFiシステム用ではなく、家庭用照明器具としての光源には適さない。 VLC光源と家庭用照明のバランスを取るため、この電流は光出力と同様に超高速で変調され、フォトダイオード・デバイスで検出可能な電流に変換されるが、人間の目では認識できない。 これらの信号が受信され、復調されると、ビデオ、画像、音声、テキスト、またはインターネット対応デバイスですぐに利用できるアプリケーションを含むバイナリデータの連続ストリームに変換される。

LiFi技術はまだ比較的初期段階にあるため、技術革新の余地はまだまだ大きい。 既存技術の革新案として、従来のブロードバンドやWiFiと同様の双方向通信システムの構築がある。 これは、光検出器からの可視光と赤外光を交換することで可能で、接続されたモバイル機器はアップリンクのためにデータを光源に送り返すことができる。 もう1つの革新案は、単色の蛍光体コート白色LEDよりも広い信号範囲でデータを送受信できるよう、多色RGB LEDを再設計することである。

 

WiFiの交換は本当に必要か?

現代技術におけるインターネットの広大な応用(そして、ほとんどすべての基本的な政府機関や日常機能は、インターネットなしでは存在しなくなっている)を考えると、おそらく本当に既存のWiFi技術に改良を加える必要があるのだろう。 これは、データ転送媒体としての無線周波数の使用にさまざまな制限があるためだ。 これらの制限には、カバー範囲の狭さ、接続性に対するセキュリティ上の懸念、周波数干渉による使用制限、ネットワークの混雑などがある。

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LiFiはWiFiを駆逐するか?

LiFiは、データ・ネットワークにおけるWiFiの制限をすべて緩和、あるいは排除するのに適した代替手段と考えられている。 また、LiFiをインターネット接続の未来と断言する人も多い。 しかし、本当にそうだろうか? WiFiを完全に排除しなければならないケースを想定しているのだろうか?

LiFiのメリットを確認し、WiFiに取って代わるべきか否かを答えるためには、これら2つの技術のいくつかの側面を比較し、互いがどのような関係にあるのかを確認することが不可欠である。

データ伝送速度

LiFiのパイオニアであるローランド・ハース教授が立ち上げたpureLiFi社が管理された環境で行ったテストでは、LiFiは100Gbpsを超える速度を出すことが明らかになった。 一部のテストでは、最大224Gbpsのデータ配信が可能であることも判明している。 この速度は、現在最大100MbpsにとどまっているWiFiの速度を明らかに上回っている。 これは、可視光のスペクトルがRFスペクトルの1,000倍も大きく、約300GHzしかないことによる。

エネルギー効率

WiFiでは、データの伝送には、電波を送信するための2つの無線機が必要である。 これらの無線機は、無線機内に設置されたRFトランスミッターとベースバンドチップを介して継続的に互いに通信し、同じ無線周波数を使用する他の複数の機器からのノイズからデータ信号を識別するためだけに多くのエネルギーを消費する。 対照的に、LiFiはデータ伝送の媒体として頭上のLEDライトを利用する。 光源と、光信号をデコードするフォトダイオードがあればよいので、データ伝送と通信のプロセス全体に必要なエネルギーは少なくて済む。 さらに、他の電球とは対照的にLEDライトが使用されており、より効率的な光源となっている。

カバレッジ

WiFiはデータ転送の媒体として電波を利用するため、WiFi信号は最大32メートルまで届く(ただし、この距離では接続が遅くなることが多い)ため、より広いカバー範囲を誇る。 電波は壁を通り抜けることができるからだ。 可視光線は壁を通過できないため、LEDトランスミッターが設置されている部屋だけがカバー範囲となる。

セキュリティ

LiFiのカバー範囲が限られていることは、ネットワークの安全性を高めるので、良いことだとも言える。 繰り返しになるが、LiFi信号は壁を通過できないため、外力による干渉は限られている。 このため、遠隔操作による海賊行為やハッキングが蔓延しているような機密性の高い地域での使用にも適している。 そのため、研究開発、金融、防衛、さらには大量輸送に関わる分野での使用に適している。

データ密度

WiFiの最大の限界のひとつは、混雑が激しい地域での脆弱性だ。 利用者の多い地域内のデータ転送は、利用者の少ない地域よりも遅くなる傾向がある。 一方、LiFiは同じ制限を受けず、実際、非常に密集した環境でもうまく機能する。 特に多くの電球が存在する場所では、複数のユーザーがいても、各VLC光源が同じ速度を提供できるため、LiFiは依然として高速を実現できる。

 

結論

LiFiから得られるメリットは計り知れない。 これは、WiFiがより迅速なコミュニケーションと最も基本的な社会機能さえも向上させる道を開き、生活の質を飛躍的に向上させるのに役立ったという事実を否定するものではない。 しかし、さまざまな要因に見舞われ、それが成績にも影響を及ぼしている。 これらの要因には、輻輳、他の機能との干渉による使用制限、帯域幅の飽和などがあり、この既存技術の欠点が明らかに露呈している。
LiFiの導入は確かに歓迎すべきことだ。 もちろん、基本的なインフラには限界があり、WiFiをLiFiに完全に置き換えることは不可能に近い。 しかし、特に現行の技術に敏感な地域では、代替案として使用できる現実的な選択肢である。

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