Mạng không dây Li-Fi

22/03/2013 22:42

Những điểm thu phát sóng vô tuyến Wi-Fi đang là phương tiện phổ biến để kết nối internet. Trong tương lai không xa, có thể các ngọn đèn led cũng là phương tiện kết nối internet nhờ giải pháp Li-Fi của tiến sĩ Harald Haas.

Trước khán giả đông đảo của hội thảo TEDGlobal tại Edinburgh (Anh, 7/2011), tiến sĩ Harald Haas - giáo sư Đại học Edinburgh - giới thiệu ngọn đèn bàn dùng đi-ốt phát quang (light-emitting diode - LED): "Ở đây chúng tôi có cái đèn bàn dùng bóng LED giá 3 USD. Công nghệ của chúng tôi cho phép đưa tín hiệu vào ánh sáng đèn. Và đây là bộ thu tín hiệu. Ánh sáng đèn đi qua lỗ nhỏ trên bộ thu. Bộ thu sẽ chuyển đổi những thay đổi nhỏ bé ở biên độ của sóng ánh sáng thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện chuyển thành dòng dữ liệu tốc độ cao".

Đèn bàn của Haas khác với đèn bình thường ở chỗ có gắn thêm một vi mạch để điều biên sóng ánh sáng. Haas bật đèn. Mọi người đều thấy đèn sáng ổn định. Bộ thu tín hiệu trên bàn (cỡ bằng chiếc iPhone) chuyển đổi tín hiệu từ ánh sáng đèn thành đoạn phim có độ phân giải cao trên màn hình lớn. Khi Haas đưa bàn tay vào giữa bóng đèn và bộ thu để chắn ánh sáng, cảnh hoa nở trên màn hình lớn đứng lại vì bộ thu không nhận được tín hiệu. Khi Haas rút tay, thôi chắn ánh sáng, ảnh chiếu trên màn hình lớn hoạt động trở lại. Việc truyền tín hiệu cũng dừng lại khi Haas quay bóng đèn về phía khác, không chiếu vào bộ thu.

Harald Haas

"Quan sát ánh sáng đèn, bạn thấy nó bình thường như ta mong muốn. Mắt người không thể nhận ra những thay đổi tinh tế mà chúng tôi đã đưa vào ánh sáng. Đèn vẫn phục vụ cho nhu cầu chiếu sáng, đồng thời có thêm chức năng truyền dữ liệu. Bạn thấy ánh sáng của đèn trên trần nhà cũng đi vào bộ thu nhưng bộ thu bỏ qua ánh sáng không đổi, chỉ tiếp nhận tín hiệu. Có lẽ bạn muốn hỏi rằng lẽ nào ta phải bật đèn suốt ngày để truyền tín hiệu? Đúng là như vậy, nhưng bạn có thể điều chỉnh cho đèn mờ đến mức ánh sáng dường như bị tắt. Ánh sáng như vậy vẫn truyền được tín hiệu".

Nhờ đèn LED rất nhạy, việc đưa tín hiệu vào ánh sáng mới thực hiện được. Haas đề cập đến khả năng áp dụng công nghệ của ông để làm cho ngọn đèn LED trở thành phương tiện thu phát tín hiệu số, tạo nên cơ chế liên lạc không dây tương tự Wi-Fi (Wireless Fidelity). Haas gọi đó là Li-Fi (Light Fidelity). Trong các bài báo khoa học trình bày kết quả nghiên cứu của mình, Haas vẫn dùng thuật ngữ chính thức Visible Light Communication (VLC - liên lạc bằng ánh sáng khả kiến).

Ngọn đèn LED của Harald Haas dùng để trình diễn tại hội thảo TEDGlobal (7/2011).

Mạng không dây Li-Fi có thể được giới hạn trong một căn phòng nếu đóng kín cửa, không để ánh sáng lọt ra ngoài, loại bỏ nguy cơ xâm nhập mạng bất hợp pháp. Kết nối Internet Li-Fi có thể sử dụng an toàn trên máy bay, trong bệnh viện vì không sợ gây nhiễu cho các thiết bị dùng sóng vô tuyến (radio wave). Vì dựa vào ánh sáng khả kiến, những thiết bị Li-Fi không bị hạn chế bởi việc cấp phép sử dụng tần số.

Liên lạc Li-Fi cũng thực hiện được ở dưới nước, nơi mà sóng vô tuyến trở nên vô dụng (nước làm tiêu tán năng lượng sóng vô tuyến). Ngọn đèn LED đặt dưới nước có thể giúp thợ lặn nhận được thông tin từ Internet.

Mọi đèn LED nơi công cộng (đèn đường, đèn hiệu giao thông, đèn ở bảng hiệu,...) đều có thể trở thành nguồn cung cấp thông tin cho thiết bị di động. Haas cho rằng các loại điện thoại thông minh hiện nay có thể thực hiện chức năng bộ thu tín hiệu Li-Fi nhờ ống kính chụp ảnh (camera) có sẵn.

Trong màn trình diễn của Haas tại hội thảo TEDGlobal, tốc độ truyền dữ liệu đạt 10 Mbps, sánh được với tốc độ Internet băng rộng tại Anh. Hai tháng sau hội thảo, Haas nâng tốc độ truyền dữ liệu lên 123 Mbps bằng cách tăng số lượng đi-ốt trong đèn và điều chỉnh cách bố trí những đi-ốt, thích hợp cho nhiều kênh dữ liệu song song.

Cơ chế VLC là hướng nghiên cứu quan trọng từ năm 2003 tại Anh, Mỹ, Đức, Hàn Quốc và Nhật Bản. Nhiều công ty, viện nghiên cứu luôn mong muốn tìm giải pháp "cáp quang không dùng cáp". Tuy nhiên, chính thành tựu của Haas trong công nghệ xử lý tín hiệu tốc độ cao đã cho phép tạo ra ứng dụng thực tế của VLC. Màn trình diễn của Haas được hoan nghênh nhiệt liệt tại hội thảo TEDGlobal.

Haas bỗng chốc thành người nổi tiếng. Các con của ông cũng được giới truyền thông chú ý! Nhưng Haas không mong làm người nổi tiếng.Ông cũng hờ hững với triển vọng giàu có đang mở ra trước mắt dù ông tin chắc phát minh của mình sẽ làm thay đổi thế giới chỉ trong vài năm tới.

Haas sinh trưởng ở thành phố Nuremberg (Đức).Xu hướng nghề nghiệp của Haas hình thành bởi tác động của cha ông, một kỹ sư của Công ty Siemens. Haas nhớ lại: "Khi còn bé, tôi rất thích chơi với đồ điện tử. Tôi có lần tìm hiểu hoạt động của transistor và viết thành bài báo trong tập san của trường".Haas thừa nhận đó là việc làm "không giống ai" trong trường.

Cậu bé Haas 13 tuổi đặc biệt thích đèn LED, phát minh mới vào thời đó (1981). Cậu thường lắp ráp mạch đèn trang trí, nhấp nháy vui mắt, gắn trong xe hơi cho những người láng giềng.

Nối bước cha, Haas gia nhập Siemens, đảm nhận việc thiết kế vi mạch trong điện thoại di động. Khi đã thấy chán công việc lặp đi lặp lại ở Siemens, Haas chuyển qua Đại học Edinburgh năm 1999 để có thể nghiên cứu những vấn đề mà anh yêu thích.

Văn phòng của Haas ở Đại học Edinburgh nằm trong tòa nhà mang tên Alexander Graham Bell. Năm 1880, Bell thử nghiệm thiết bị truyền tiếng nói bằng ánh sáng mà ông gọi là Photophone. Bell đã làm cho tia sáng rung động vì tiếng nói và truyền tia sáng đi xa bằng gương pa-ra-bôn. Tuy nhiên, vì ánh sáng mặt trời không ổn định, Bell gác lại công trình của ông và chú ý đến sóng vô tuyến. Công trình nghiên cứu của Haas như thể tiếp nối công việc dở dang của Bell trong thời đại số.

Haas thành lập Công ty PureVLC nhằm đưa phát minh của mình vào thị trường. Chính phủ Đức đã tài trợ cho PureVLC trong dự án phát triển hệ thống truyền dữ liệu bằng ánh sáng VLC trên máy bay, cho phép truy cập Internet. PureVLC cũng xây dựng hệ thống VLC cho trung tâm chẩn đoán y khoa Clinical Research Imaging Centre tại Edinburgh, nơi có những máy xét nghiệm tinh vi rất kỵ nhiễu sóng vô tuyến.

Ý kiến chỉ trích công nghệ Li-Fi cho rằng Li-Fi khá bất tiện: bộ thu tín hiệu phải đặt ngay dưới nguồn sáng và phải có dây cáp truyền dữ liệu dẫn đến từng đèn, ngoài dây điện. Haas khẳng định bộ thu tín hiệu của ông có khả năng tiếp nhận ánh sáng phản xạ, không nhất thiết đặt ngay dưới nguồn sáng. Haas không xem dây cáp dữ liệu cho đèn là vấn đề lớn: "Wi-Fi cũng có vấn đề y như vậy: bạn cần phải có dây cáp chạy đến mọi điểm truy cập Wi-Fi. Ngoài ra, công nghệ truyền tín hiệu qua đường dây dẫn điện đang có nhiều tiến bộ, có thể trở nên đáng tin cậy hơn Wi-Fi và đạt tốc độ 600 Mbps. Tốc độ truyền dữ liệu thực tế của Wi-Fi không thể nào đạt được mức đó".

Haas cũng lạc quan với triển vọng của công nghệ VLC trên phạm vi rộng, cho phép truyền tín hiệu giữa các trạm cơ sở (base station) của mạng thông tin di động, thay thế sóng vô tuyến có nhiều nhược điểm: "Việc dùng sóng vô tuyến đang trở nên đắt đỏ. Phổ tần số vô tuyến có hạn, không đáp ứng được nhu cầu truyền dữ liệu ngày càng tăng. Ngoài ra, còn vấn đề hiệu quả. Hiện nay có khoảng 1,4 triệu trạm cơ sở đang tiêu thụ rất nhiều năng lượng, trong đó phần lớn năng lượng dùng để làm mát thiết bị. Hiệu suất sử dụng năng lượng của trạm cơ sở chỉ vào khoảng 5%".


Ngày 18/10/2011, các công ty lớn tại Mỹ, Đức, Na Uy, Israel thành lập Hiệp hội Li-Fi (Li-Fi Consortium) nhằm xây dựng tiêu chuẩn cho công nghệ Li-Fi. Để triển khai công nghệ Li-Fi trong thực tế, dĩ nhiên cần thay thế bóng đèn dây tóc hoặc bóng đèn huỳnh quang bằng bóng đèn LED. Haas lưu ý rằng đèn LED sáng hơn, bền hơn, tiêu thụ ít điện năng hơn so với các loại đèn khác. "Nếu cả thế giới dùng đèn LED, có thể tiết kiệm hàng trăm nhà máy điện". Haas vững tin một ngày không xa, quan hệ "cộng sinh" của nhu cầu chiếu sáng và nhu cầu thông tin sẽ thúc đẩy việc sử dụng đèn LED trên phạm vi toàn cầu, góp phần tạo dựng thế giới sạch hơn, xanh hơn.

NGỌC GIAO

Ý kiến bạn đọc (0)
Tên   Email

Lên đầu trang