Ingeniører fra Storbritannien har testet et trådløst system, der når hastigheder, som ligger fuldstændig uden for rækkevidde af almindelige hjemmenetværk. De brugte laserlys og teknologi, der allerede kendes fra moderne datacentre.
Resultatet er overførsler på flere hundrede gigabit per sekund, et energiforbrug som i batterisparetilstand og et helt nyt blik på trådløs forbindelse derhjemme og på kontoret.
Med mere end 360 gigabit per sekund i overførselshastighed har forskere demonstreret, at fremtidens internet måske ikke kommer fra routere, men fra lyskilder i loftet. Teknologien udnytter synligt lys i stedet for radiobølger, og det åbner for muligheder, som Wi-Fi aldrig vil kunne nå. Eksperter peger på, at det synlige lysspektrum er op til 10.000 gange bredere end hele det radiospektrum, vi bruger i dag til alt fra mobilnetværk til Bluetooth.
Når flere og flere enheder kæmper om de samme radiofrekvenser, bliver netværkene langsommere og mere ustabile. Derfor søger forskere nu alternative måder at sende data på, og lys viser sig at være en særdeles lovende kandidat.
Hvordan fungerer internet via lys i stedet for radiobølger
Det beskrevne system tilhører familien af løsninger, der går under betegnelsen Li-Fi og VLC (Visible Light Communication), altså kommunikation ved hjælp af synligt lys. I praksis betyder det, at data ikke sendes gennem radiobølger som ved Wi-Fi eller 5G, men gennem modulerede lysimpulser fra specielle dioder eller lasere.
I det britiske eksperiment anvendte forskerne en matrix af miniaturelasere af typen VCSEL. Det er samme type komponenter, som bruges til ultrahurtige forbindelser indeni datacentre. Forskerne stillede dem op i et gitter på 5 gange 5 enheder og behandlede dem som én enkelt superhurtig sender-modtager.
Systemet nåede en samlet overførselshastighed på 362,7 gigabit per sekund over en afstand på omkring to meter med et meget lavt energiforbrug på cirka 1,4 nanojoule per bit. Hver enkelt laser i matrixen overførte mellem 13 og 19 gigabit per sekund. Lagt sammen gav det et resultat, der ikke blot slår hjemme-Wi-Fi, men også langt de fleste professionelle forbindelser, der bruges i kontorer og serverrum i dag.
Forskerne fra Storbritannien har dokumenteret, at teknologien allerede er moden nok til tests i kontrollerede miljøer. Det næste skridt bliver at gøre systemet robust nok til daglig brug.
Sådan pressede ingeniørerne så høj hastighed ud af lyset
Nøglen ligger i måden, hvorpå ingeniørerne “pakkede” data ind i lyset. De anvendte såkaldt frekvensdelingsmodulation, en teknik der kendes fra moderne mobilnetværk og Wi-Fi, men som her er overført til det optiske område.
Forenklet sagt: i stedet for at sende hele informationen gennem én “kanal”, opdeler systemet den i mange smallere spor, der sendes parallelt. Hvert spor bærer en del af dataene, så det hele kommer frem langt hurtigere uden at øge antallet af transmissionsfejl.
Lige så vigtig er spørgsmålet om energieffektivitet. Ved de nævnte 1,4 nanojoule per bit kan sådan en lasersender håndtere enorm datatrafik med et strømforbrug, der i en bygning eller på et campus falder mere fordelagtigt ud end traditionelle Wi-Fi-accesspunkter.
I praksis er teknologien ikke tænkt som en erstatning for Wi-Fi, men snarere som et supplement, der kan aflaste og tage noget af presset fra de allerede overbelastede interne netværk.
Hvorfor lys slår radiobølger på hastighed og kapacitet
Den store fordel ved Li-Fi er det tilgængelige båndbredde. Synligt lys råder over et område, der anslås at være op til 10.000 gange bredere end hele det moderne radiospektrum. Og radiospektret skal allerede i dag deles mellem radiofoni, tv, Wi-Fi, mobilnetværk, Bluetooth og et hav af IoT-enheder.
I takt med at antallet af apparater i hjem og kontorer stiger – fra bærbare computere over spillekonsoller til smarte pærer – bliver radiospektret mere og mere overbelastet. Kommunikation ved hjælp af lys flytter dette problem til side, fordi det opererer i et helt andet område.
Eksempler på fordele ved så bredt båndbredde med hurtig optisk teknologi:
- download af adskillige HD-film på brøkdele af et sekund
- lagfrit cloud gaming selv ved højeste grafikindstillinger
- trådløse VR- og AR-stationer uden kabler, der snor sig rundt i stuen
- betjening af tusindvis af sensorer og kameraer i samme bygning uden gensidig interferens
- samtidig streaming af 8K-video til flere skærme uden buffering
- øjeblikkelig synkronisering af store datasæt mellem arbejdsstationer
- problemfri videokonferencer med adskillige deltagere i 4K-opløsning
- hurtig backup af terabytes data fra servere til cloud-lagring
Beregninger fra forskerne siger det ligeud: ved sådanne hastigheder er det realistisk at downloade hele 20 HD-film på blot ét sekund. Til sammenligning ville en typisk fiberforbindelse på 1 gigabit per sekund have brug for flere minutter til samme opgave.
Hvordan laserinternet forholder sig til hjemme-Wi-Fi
Den nye teknologi stjæler ikke jobbet fra routerne i stuen. Den ændrer snarere måden, hvorpå de selv i fremtiden vil blive forbundet til resten af netværket. Man kan forestille sig et scenarie, hvor laserforbindelser bliver en slags “internt fiberoptisk kabel i luften” – i stedet for at trække kabler mellem skriveborde eller rack-skabe ville det være nok at installere sendere og modtagere i synslinjen.
Det giver fleksibilitet i kontormiljøer, hvor man ofte omrokerer møbler og arbejdspladser. Samtidig kan teknologien supplere Wi-Fi i områder, hvor radioforbindelsen er svag eller ustabil på grund af tykke vægge eller metalstrukturer.
Forskere fra universiteter i Storbritannien og USA arbejder i øjeblikket på at kombinere Li-Fi med traditionelle trådløse systemer, så enheder automatisk skifter mellem lys og radiobølger alt efter, hvad der giver den bedste forbindelse.
Større sikkerhed fordi signalet ikke trænger gennem vægge
Synligt lys og nær-infrarødt lys går ikke gennem ugennemsigtige vægge, døre eller møbler. Det er en begrænsning set fra rækkeviddens perspektiv, men samtidig en stor fordel, når det gælder sikkerhed.
Signalet siver ikke ud gennem vinduer eller ind til naboen, så det er sværere at opfange udefra og sværere at forstyrre. For virksomheder og institutioner, der arbejder inden for følsomme områder som finans, sundhed eller forsvarsindustri, kan denne form for forbindelse reducere risikoen for aflytning.
Selv i private hjem giver det en simpel fordel: naboen med en kraftig antenne kan ikke opfange, hvad der sker i et netværk baseret på lys, med mindre vedkommende har fysisk “indsyn” til senderen. Derudover er systemet mindre modtageligt over for forstyrrelser fra andre apparater. Mikrobølgeovn, gammel router i naboens lejlighed eller Bluetooth fra en højttaler påvirker ikke signalet mellem laserne.
Sikkerhedseksperter fremhæver, at Li-Fi kan blive en vigtig komponent i fremtidens cyberforsvar, særligt i miljøer med strenge krav til databeskyttelse.
Hvor vil systemet først blive taget i brug
Selvom visionen om internet fra loftlampen er fristende, vil de første naturlige anvendelsesområder snarere være specialiserede miljøer. Der diskuteres allerede brug af teknologien blandt andet i datacentre som supplement til eller erstatning for nogle fiberoptiske forbindelser, på hospitaler hvor radiobølger undertiden begrænses på grund af følsomt udstyr, i lufthavne og på banegårde for at aflaste overbelastede Wi-Fi-netværk, i fabrikker til kommunikation med robotter og produktionslinjer hvor det er vanskeligt at lægge nye kabler, og på universitetscampusser ved overførsel af meget store forskningsdatasæt.
Til forbrugermarkedet vil sådanne løsninger sandsynligvis komme senere, når omkostningerne til komponenterne falder, standarder etableres og der dukker udstyr op, som problemfrit samarbejder med nuværende routere og hjemmemodemer.
Ingen ved endnu præcist, hvornår du kan købe en Li-Fi-pære i elektronikforretningen, men forskerne er sikre på, at teknologien vil finde vej til bestemte nicher inden for de næste år.
Hvad kan teknologien ændre i hverdagen
Hvis laserforbindelser finder vej til private hjem, kan måden at bruge netværket på ændre sig markant. I stedet for ét “centralt” accesspunkt kan der opstå specialiserede zoner med meget hurtig kommunikation. Eksempelvis kan der i stuen ved fjernsynet og konsollen dukke et dedikeret optisk modul op til gaming og streaming, mens der i arbejdsværelset installeres en sender til arbejdsstationen og filserveren.
Det er vigtigt at huske på begrænsningerne: en forbindelse baseret på lys kræver, at sender og modtager kan se hinanden. Hvis nogen går ind imellem dem, svækkes eller forsvinder signalet. Derfor må producenterne finde smarte løsninger som reflekterende overflader, flere sendere i samme rum eller automatisk skift til klassisk Wi-Fi ved midlertidigt tab af optisk rækkevidde.
Fra slutbrugerens perspektiv er spørgsmålet om standarder også væsentligt. Ligesom vi i dag har accepteret Wi-Fi 6 eller 6E, vil standardiseringsorganisationer i de kommende år forsøge at bringe orden i segmentet for lyskommunikation. Det afgør, om en bærbar computer, telefon og fjernsyn om få år faktisk kan “tale sammen” med nye typer sendere fra forskellige producenter.
Indtil videre viser testen på 362,7 gigabit per sekund over kort afstand én ting: de reserver, som kommunikation ved hjælp af lys gemmer på, er enorme. Og det betyder, at vi i kapløbet om hurtigere og mere strømbesparende internet ikke har udtømt alle muligheder endnu – radiobølger er ikke den eneste måde at sende data trådløst på.
