Bezprzewodowa komunikacja optyczna

PERFECT „Szybka bezprzewodowa transmisja optyczna do bezpiecznej komunikacji” – celem projektu jest doprowadzenie do poziomu demonstratora technologii laserów VCSEL, zintegrowanych z urządzeniami do świadczenia usług sieci bezprzewodowej, której nośnikiem jest światło rozproszone LiFi, wraz z dedykowanymi dla tego kanału protokołami modulacji nośnika fizycznego oraz protokołami logicznymi opartymi o SDN, z towarzyszącą im analizą bezpieczeństwa.

Planowane efekty: Opracowanie i zademonstrowanie optycznej transmisji bezprzewodowej, charakteryzującej się wieloma kluczowymi zaletami jak szybkością transmisji do 10 Gbit/s czy wielowymiarowym bezpieczeństwem. Opracowane w wyniku projektu rozwiązania będę mogły zostać wykorzystane w wielu obszarach, np. bezpieczna komunikacja biurowa, przemysł, służba zdrowia.

Komunikacja optyczna w otwartej przestrzeni ma sporo zalet pozwalających na nowe zastosowania:

• Daje się uzyskać bardzo duże prędkości transmisji. Współczesne rozwiązania osiągają przepustowości rzędu 10 Gb/s.
• Pozwala na komunikację na odległości rzędu kilometrów (a w kosmosie nawet tysięcy kilometrów) przy stosunkowo małym zużyciu energii.
• Jest ją trudniej podsłuchiwać niż komunikację radiową, bo trzeba znaleźć się fizycznie na drodze światła. Ma to swoje korzyści szczególnie w zamkniętych przestrzeniach, bo nie przenika ona przez ściany (co może być wadą w innych zastosowaniach)
• Łącze można zestawić łatwo i szybko.
• Nie trzeba mieć na to żadnych koncesji i przyznawanych częstotliwości, tak jak ma to miejsce w komunikacji radiowej

Ale trzeba przyznać, że ma tez ona kilka istotnych wad:

• Strumień światła może coś przesłonić, choćby przelatujący ptak. Trzeba więc tak planować rozłożenie węzłów by minimalizować to ryzyko
• Deszcz, mgła, czy śnieg mogą czasowo znacząco zmniejszyć przepustowość lub wręcz uniemożliwić transmisję (tego problemu nie ma w pomieszczeniach).
• Nadajnik musi być bardzo dobrze wycelowany w odbiornik. Im większa odległość tym trudniej to osiągnąć, zwłaszcza jeżeli mocowane są na elastycznych strukturach typu maszty. Przy większych odległościach lub mobilnych głowicach wiązką trzeba sterować adaptacyjnie, co wiąże się z większą komplikacją głowic. Można też użyć szerszej wiązki i pogodzić się z większym zużyciem energii. To utrudnia zastosowania mobilne.
• Odbiornik można łatwo oślepić. I to zupełnie legalnym sprzętem (a np. zagłuszanie radia legalne nie jest).

Co z nią robimy?

Bezprzewodowa komunikacja optyczna jest główną osią projektu Perfect. Projekt realizowany jest przez konsorcjum złożone z Heinrich Hertz Institute, VI Systems, Politechniki Warszawskiej i EXATEL. Głównym celem projektu jest opracowanie nowego typu lasera półprzewodnikowego, który będzie szczególnie dobrze przystosowany do komunikacji optycznej ze względu na szybkość działania i profil generowanej wiązki. Zostanie to osiągnięte dzięki konstrukcji struktury składającej się z wielu małych komórek, z których każda jest niezależnym laserem, a odpowiednie sterowanie nimi zapewnia optymalne parametry wiązki. Konstrukcją lasera zajmują się przede wszystkim HHI i VI Systems, a Politechnika Warszawska będzie testować rozwiązanie w skali laboratoryjnej.

Natomiast rolą EXATEL jest opracowanie protokołów komunikacyjnych umożliwiających sprawną i bezpieczna komunikację dla wybranych docelowych produktów wykorzystujących komunikację optyczną. W bardziej złożonych scenariuszach zastosowanie może znaleźć też zastosowanie budowanie sieci z wykorzystaniem rozwiązań SDN opracowywanych przez EXATEL w innych projektach.

Jednak by to osiągnąć trzeba najpierw znaleźć i zwalidować takie obiecujące zastosowania, a jak widać z ramki, pomimo licznych zalet komunikacji optycznej, jej wady mogą te zastosowania ograniczać. Trzeba więc znaleźć takie nisze gdzie wady nie są takie dotkliwe lub są równoważone przez zalety. I takie nisze da się znaleźć. Są np. miejsca gdzie trzeba ograniczyć używanie radia (czyli np. Wi-Fi), albo takie gdzie duże zakłócenie elektromagnetyczne wręcz to uniemożliwiają. Tam optyka sprawdzi się świetnie (kabel oczywiście również, ale nie zawsze kabel jest dobrym wyborem). Powstaje też optyczna alternatywa dla Wi-Fi, czyli Li-Fi (od light).

Dla wybranego najbardziej obiecującego zastosowania powstanie demonstrator technologii, który posłuży do zweryfikowania założeń produktowych i sprawdzenia jak w rzeczywistości komunikacja optyczna radzi sobie w różnych warunkach.

Autor: Wojciech Gołębiowski, Kierownik ds. Projektów Badawczo-Rozwojowych

Projekt współfinansowany/finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu Współpraca Polska-Berlin/Brandenburgia, 5. Konkurs.