Conexión inalámbrica más segura y más rápida, el Li-Fi

  Escrito por Lautarorx            El 11 de marzo de 2014


Desde que la tecnología de las comunicaciones empezó a masificarse y diversificarse en multitud de dispositivos móviles, junto con la globalización de internet, las redes inalámbricas fueron tomando cada vez más importancia. Las redes hogareñas, ya sean para compartir archivos o la conexión a Internet entre varias computadoras, son en su mayoría inalámbricas y es extraño encontrarse con un router o módem que no tenga una antena Wi-Fi.

Así como la conectividad fue creciendo y creciendo, también se empezaron a ver las limitaciones y falencias de las redes inalámbricas y las ya saturadas ondas de radio. Como la mayoría conoce, estas traen enormes problemas de seguridad; estas ondas tienden a dispersarse mucho y eso limita su velocidad de datos además de traer problemas con su cifrado. Al abarcar un amplio radio fuera de nuestro ámbito de trabajo, son poco seguras para uso privado; nuestros vecinos o cualquier otra persona puede conectarse fácilmente a nuestra red con solo saltarse algunas restricciones y cifrados que cada vez se vuelven menos seguras.

Es en este punto cuando empezamos a darnos cuenta de que necesitamos una alternativa a este tipo de conexiones y buscar otra forma más segura y rápida para transmitir datos: he aquí cuando aparece en un horizonte no tan distante un nueva tecnología denominada Li-Fi (Light Fidelity). La principal novedad de esto es que en vez de usar ondas de radio, utiliza ondas de luz visible con un espectro 10000 veces más amplio, pudiendo trabajar a frecuencias muy variadas que no interfieren una con la otra.


El espectro de radiofrecuencias esta cerca de su capacidad máxima, según ha advertido la Comisión Federal de Comunicaciones de EE.UU. Y aquí es donde esta tecnología hace gala de su enorme y casi infinito espectro que va desde frecuencias muy intensas hasta otras más bajas, que ni siquera son visibles. Esto permitiría el desarrollo del "Internet de las Cosas", logrando que cada dispositivo este conectado y sinccronizado a la red mundial mediante sus LEDs logrando una interconexión y sincronización inmediata e integral con funcionalidades ilimitadas.

Entre las ventajas de este nuevo sistema podemos mencionar además, la eficiencia energética debido a su bajísimo consumo (10 veces menos que una lámpara de bajo consumo) por la utilización de LEDs; su bajo costo por la poca cantidad de componentes con respecto a los receptores de radiofrecuencias; su capacidad para transmitirse a través del agua; su seguridad para ser usado en hospitales, aviones y demás lugares sin interferir en los otros dispositivos primarios.


Una de las empresas que mayores logros e innovaciones ha lorgado en este ámbito es pureLiFi, que con su co-fundador Harald Haas (también considerado el padre de esta tecnología) está investigando, junto con su equipo y varias universidades, diversas formas de llevar su tecnología hacia el mercado masivo con la salida de su primer dispositivo comercial, el Li-1st. Entre la multitud de usos que pregonan a futuro, se destacan los siguientes:

Aliviar el uso del espectro de las radiofrecuencias: las redes celulares pueden ser descomprimidas usando esta tecnología, en áreas donde este disponible.


Iluminación inteligente: cualquier poste de luz en la calle puede servir para transmitir datos y controlar la iluminación con la misma infraestructura, solo agregando un micro-chip.


Conectividad móvil:
las computadoras portátiles, teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos móviles pueden adoptar esta tecnología si son dotados con sensores específicos, adozados a la cámara o apartados en otro lugar.


Sin interferencias: debido a que cuenta con un espectro electromagnético mucho más amplio y las ondas de luz visible no traspasan las paredes, estas conexiones son totalmente seguras en ambientes donde se encuentran dispositivos sensibles que funcionan con radiofrecuencias como hospitales, aviones, minas y plantas petroquímicas.


Más practicidad en los viajes: otro posible uso es el de transmitir contenido personalizado para entretenimiento, que puede ser reproducido por cualquier dispositivo móvil que el pasajero posea. Esto puede ser un sustituto ideal de los televisores y pantallas que exhiben normalmente información.


Comunicaciones a través del agua: al contrario de las redes de radiofrecuencias, las ondas de luz visible viajan de mejor manera a través de un medio acuoso. Esto permite la comunicación de vehículos submarinos para tareas de exploración, entre otras cosas.


Vehículos y transporte: en un futuro no muy lejano, se estima que será posible sincronizar a los vehículos con la carretera por medio de luces LED que permitirán una comunicación en directo e instantánea para crear una conducción más segura y en la que el conductor tendrá datos importantes en tiempo real.


Cómo funciona


La primera vez que la luz fue usada como medio de comunicación data del año 1880, cuando Graham Bell creó un dispositivo similar al teléfono pero que usaba un haz de luz para comunicarse a distancias relativamente largas de unos 200 metros. Bell murió creyendo que había sido su más grande invención, aún más que el teléfono, pero su inventó nunca fue perfeccionado ni viable. A pesar de esto, años más tarde este principio de funcionamiento fue usado para la comunicación de fibra óptica a fines del siglo XX y el uso de LEDs infrarrojos en los controles remotos. Vale mencionar que también los griegos habían usado espejos que mediante la luz solar transmitían algunas señales de manera rudimentaria; pero eso no fue lo único, en 1972 Claude Chappe transmitió exitosamente una señal a 16 Km de distancia mediante un telegrafo conectado a una serie de torres y espejos.


En el año 2011, el profesor Harald Haas gestó su proyecto en la Universidad de Edimburgo, la misma a la que asistió Graham Bell, donde formó un equipo de investigación para desarrollar esta nueva forma de comunicación. En 2011, finalmente la presentó con un prototipo en la TEDGlobal donde acuñó por primera vez el término Li-Fi.


El principio de funcionamiento de esta tecnología se basa en usar diodos de emisión de luz (LEDs) y fotodiodos (PDs). Los LEDs emiten luz cuya intensidad es detectada por el fotodiodo en el receptor del dispositivo. Esto conlleva un proceso de recodificación para que los fotones que pasan entre el emisor y el receptor puedan ser interpretados como la intensidad de la luz.

Una técnica que permite que los LEDs sean ecualizados con una mayor frecuencia consiste en una multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM). De esta forma se puede adaptar la información a diferentes frecuencias y ofrece una técnica de múltiple acceso implementada adicionalmente para otro formato de modulación si es deseable.


Debido a que la técnica anterior no puede ser directamente usada en las VLC, la Universidad de Edimburgo ha hallado una técnica para convertir la señal bipolar que transmite en una unipolar separándola en dos partes: un cuadro contiene las muestras positivas en lugar de las negativas; y otro cuadro con los valores absolutos de las muestras negativas y ceros en el lugar de las positivas. Luego, el receptor puede volver a formar la señal original uniéndolos y reemplazándo el cuadro con las muestras negativas desde el cuadro con muestras positivas. Sin embargo, surge un último problema: el alto consumo de energía que se pierde en el proceso de unipolarización, pero los investigadores han logrado evitar esto con un novedoso algoritmo que ellos mismos han creado del que no han dado muchos detalles.

Micro LEDs


La Universidad de Strathclyde, que forma parte junto con otras universidades del proyecto "Conexiones de Luz Visible Ultra-paralelas", ha desarrollado un nuevo tipo de micro LEDs hechos con nitruro de Galio que tienen la capacidad de parpadear a velocidades mucho mayores que los LEDs comerciales. La Universidad de Oxford junto con la de Edinburgo han reportado velocidades de hasta 3Gbps de un solo micro LED con métodos experimentales. Se espera que se logren aún mayores velocidades aumentando la frecuencia de funcionamiento de 30MHz hasta 600MHz con la tecnología OFDM mencionada previamente.


Realidad aumentada


Casio ha implementado una aplicación para IPhone que permite la transmisión de datos a baja frecuencia con LEDs RGB de tres colores, que parpadean y envían información hacia la cámara del teléfono, mostrando diferentes imagenes. Esto ha supuesto un enorme avance, ya que permite el uso de hasta 5 teléfonos al mismo tiempo y un alcance de 100 metros. Esto último se debe a que la cámara solo necesita captar una pequeña muestra de los colores y procesar el patrón de parpadeo. A pesar de esto, solo permite una velocidad de aproximadamente 1 byte por segundo, por lo que todavía necesita perfeccionarse. Sin embargo, no hay necesidad de usar un fotodiodo, cosa que lo hace más práctico.


Otro uso parecido es el que desarrolló un estudiante del MIT en EE.UU. que usa una sucesión de colores, que según él son invisibles para el ojo humano, impresas en una pantalla de una tablet (IPad) para obtener una URL que redirije a una página o aplicación que está en el teléfono y permite ver las últimas noticias directamente en el smartphone.


Por último, pureVLC también ha desarrollado una aplicación aún más avanzada que ha demostrado poder enviar un mensaje de texto con una velocidad de 3Kbps mediante una fuente de luz indirecta. Claramente, esto es solo el comienzo de un gran futuro para multitud de aplicaciones de esta tecnología.


Forma de uso


Por el momento, la empresa pureLiFi es la única que ha logrado avances significativos gracias al gran equipo investigativo con el que cuenta. El primer dispositivo comercial que han lanzado, Li-1st, permite a los usuarios interesados experimentar por primera vez una comunicación por luz visible para desarrollar sus productos y testearlo.


Este sistema incluye una capacidad de transmisión de datos bidireccional de 5Mbps con una distancia de hasta 3 metros. Una parte esta formada por un transceptor que puede conectarse a cualquier lámpara LED, y la otra, conectada a la PC, contiene un transceptor con un LED infrarojo para subir información simúltaneamente logrando una comunicación de dos bandas.


Además de esto, están trabajando en el desarrollo de una plataforma basada en celulas llamada Li-Fire que puede llegar a crear conexiones de alta velocidad en ambientes amplios, pudiendo transportar los dispositivos sin perder conexión en ningún momento. Como una opción más práctica al fotoreceptor anterior, se propone el uso de una base de escritorio móvil que se puede acoplar a la base de la computadora portátil, que cuenta con un decodificador de luz visible y un emisor infrarojo para lograr una comunicación del mismo tipo.


Como se ve, esta tecnología todavía tiene sus grandes deficiencias, como, por ejemplo, el hecho de que la tasa de transferencia todavía esta muy lejos de 1Gbps como prometen ofrecer en sus investigaciones. De todos modos, hay que reconocer que se esta trabajando muy duro en ello y que probablemente las velocidades irán mejorando en la medida en que se perfeccione el OFDM antes descrito.

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