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2021年11月12日 星期五
‧ 2021\11\12\3S MARKET Daily 智慧產業新資訊
· 飯店業的物聯網對飯店的未來意味著什麼？
Klacci Kii Assistant The hospitality System(中文字幕)
你相信嗎？這支影片出自一家台灣本土廠商，為了打造自我品牌「凱樂奇」，不惜花下鉅資，聘請好萊塢製片拍下只有 1'11" 的宣傳影片⋯⋯，想知道這是哪一家公司嗎？
這似乎是未來主義，但物聯網 (IoT) 已成為現實。想想我們的一些日常用品 —— 比如恆溫器和安全系統 —— 是如何自動與我們交流的。這在家裡很常見，當然。但物聯網在飯店業的未來是什麼？
2020 年將有 204 億個互聯「事物」。你將如何為飯店利用物聯網？
飯店業的物聯網對飯店來說是個好消息
對於飯店業而言，物聯網意味著降低成本和改善賓客體驗。一旦你想像了由物聯網驅動的智慧家庭，在飯店中想像物聯網並不是一個很大的飛躍。
對於飯店客人，物聯網創造了無縫訪問
對於客人而言，他們住宿中的物聯網可讓你享受更舒適、更個性化的住宿。客人可能會住在自動化的房間裡，在那裡他們可以調節燈光，或者在床上透過電視或行動設備呼叫櫃台。
說到行動設備，由於物聯網，飯店可以與客人的個人設備更加融合。客人可以透過他們的行動設備入住飯店並解鎖房間，提供無縫的款待體驗。
此外，行動整合為你提供數據（經客人許可），讓你記住客人的喜好。飯店經營者可以更進一步，根據以前的住宿情況客製化他們的預訂。
對於活動，餐飲和舒適很容易
在活動方面，如果你能準確地弄清楚活動客人的用餐時間會怎樣？或者，如果你知道某個小組何時離開了分組討論室，以便你可以派遣服務人員，該怎麼辦？同樣，如果你可以根據房間內有多少參與者，來改變宴會廳的溫度會怎樣？很容易看出物聯網如何讓事件運行得更順利。
對於酒店經營者而言，物聯網可提高效率
客人並不是唯一在飯店業中，體驗到物聯網優勢的人。由於自動化和數據共享的增加，飯店經營者正在節省資金。
例如，透過連接設備，飯店可以允許房間內的照明，根據自然光量進行調整。同樣，技術可以檢測房間的佔用情況，並相應地調整溫度，從而在不影響客人舒適度的情況下，削減能源成本。
同樣，飯店業的物聯網也適用於預測性維護。技術可以預測飯店設備（如空調）何時會出現問題，以免出現問題。這樣，飯店經營者就可以避免，在最後一刻為空調壞了的客人，而進行房間洗牌的麻煩。如果你在問題成為問題之前，就掌握了情報，你的服務會好到什麼程度？
飯店物聯網的缺點是什麼？
的確，網路連接設備，為飯店業帶來了巨大的效率。但它也引入了網路攻擊和安全漏洞等威脅。
融入飯店數字基礎設施的每台設備，都可能被駭客利用。這些駭客可以利用他們的訪問權限，將駭店的系統劫持為人質（並索要贖金），或透過玩弄建築控制，來危害客人的安全和舒適。
這些可能性，不應導致飯店害怕飯店業中的物聯網。這是未來的道路，不可避免。相反，它應該促使飯店高管思考，他們如何利用物聯網，在飯店業中的巨大優勢，並提前解決漏洞。
如今，飯店的物聯網機會，可以提升賓客體驗。將物聯網納入其場所的飯店，將在競爭中佔據一席之地。
‧ 建築中的物聯網工地管理應用
Bringing IoT to The World of Construction
將物聯網帶入建築營造世界
1990 年，John Romkey 將第一個「東西」連接到網際網路，一個 Sunbeam Radiant Control 烤麵包機。這個看似奇怪的實驗，目的在證明互聯網路可以用來實體控制一個物體，它成功了。他利用網路製作吐司。這個有趣的駭客是最終成為全球趨勢的第一個例子。
「物聯網」這個詞直到網際網路誕生大約九年後才出現，它已經成為最大的跨行業流行語之一。那麼它是什麼以及它如何應用於建築？簡而言之，物聯網是指支持網路的設備獨立通信的能力。
人們經常透過冰箱的比擬來解釋物聯網，冰箱可以檢測你何時缺少某些食物，並自動為你訂購。可以舉出許多示例，但核心優勢仍然相同：物聯網將浪費人力的任務自動化。這就是該技術對建築產生巨大影響的地方。
想像一個工地，你的所有設備、材料和人員，都同步到中央伺服器，即時監控他們的活動。現在想想讓所有這些設備相互通信的好處。這種互連性是建築工地的未來，並將改變公司看待管理建築的方式。
為了更好地了解這項技術，我們將研究物聯網創新的四個領域，即最有希望的公司，並想像未來幾年物聯網連接的工地會是什麼樣子。
一、物聯網建設創新
二、最熱門的建築物聯網公司
三、物聯網在建築領域的未來是什麼樣的？
物聯網建築創新
機器控制
機器控制是建構，相當於自動駕駛汽車的第一步。
工作原理：使用各種測量技術，例如 LIDAR 和 GNSS，機器控制，也稱為機器引導施工，自動調整重型設備以完美地平整、攤舖、鑽孔或堆放大面積。
誰在使用它：目前重型土木建築可能是機器控制的最大用戶，但隨著技術的發展，它將更多地整合到其他項目中。
物聯網優勢：不僅可以以前所未有的精度控制機器，還可以即時報告其進度、運動和狀態。這種連通性可用於規劃和協調其他建構活動，從而提高生產力並減少延遲。
創新者： Trimble
現場監控
現場監控是指使用一系列傳感器不斷記錄工地條件。
工作原理：為了利用現場監控，總承包商必須購買感測器，並將其放置在他們的現場。感測器安裝到位後，它們會持續收集、報告和分析，目的在測量的任何現場條件的數據。
誰在使用它：現場監控感測器主要用於監控垂直施工中的封閉區域，儘管混凝土感測器在水平施工中越來越普遍。
物聯網優勢：如果沒有一系列感測器測量溫度、濕度、噪音和振動等輸入，站點將永遠不會完全啟用物聯網。一旦這些措施到位，建築公司將能夠透過持續監控其工地的安全性和合規性來防止事故和違規行為。
創新者： Pillar Technologies
車隊管理
透過自動跟踪車輛和設備，車隊管理可以極大地提高生產力。
工作原理：車隊管理通過讓每台機器自動向中央數據庫報告許多因素，包括位置、速度、燃料消耗和維護要求，從而簡化了設備跟踪。
誰在使用它：這項技術可能是更廣泛採用的物聯網解決方案之一，大多數擁有重型設備的人都以某種形式使用它。
物聯網的優勢：即使管理一小批機器，也是一件令人頭疼的事，需要極度關注細節。自動化程度越高，出錯的機會就越少，你就越容易識別浪費。它還透過密切關注操作員的駕駛，來提高安全性。
創新者： ES Track
可穿戴設備
可穿戴技術涵蓋了許多創新，但它改變的最大領域之一是安全性。
工作原理：顧名思義，可穿戴技術是一種你可以佩戴在身上的設備。其中包括智慧手錶、AR 護目鏡、智慧頭盔和一系列其他創新。這些設備監控個人數據並無線報告。
誰在使用它：許多建築工人將他們自己的個人可穿戴技術帶到現場。此外，許多技術領先公司已將可穿戴設備，用於擴增實境和安全性。
物聯網優勢：可穿戴技術可能具有最廣泛的好處，但從純粹的物聯網角度來看，其最大的好處來自勞動力追踪和安全。可穿戴設備可以為你提供自動人數統計、向你展示誰在何處工作、標記危險，並在整個站點範圍內發送即時安全警報。
創新者： Spot-R
有關技術創新系列的更多資訊，請查看我們關於優化通信、制訂行動策略和利用雲的文章。
最熱門的建築物聯網公司
創新領域：機器控制
產品描述： Trimble 提供一整套硬體和軟體，為攤舖、平整、鑽孔和打樁作業的機器控制提供動力。
與眾不同之處： Trimble 是一個值得信賴的品牌，擁有 20 多年始終如一地為重型機械創新設定標準的記錄。
何處了解更多：看看他們的網站上所有他們的產品全部細節。
創新領域：現場監控
產品描述： Pillar 製造可測量溫度、濕度、壓力、灰塵、VOC 和噪音的智慧感測器。
是什麼讓它們與眾不同：大多數感測器測量一件事。Pillar 提供了一種多合一的解決方案，來監控多個場景條件。
哪裡可以了解更多： Pillar.tech 提供和深入的看看這兩個他們的硬體和軟體。
創新領域：車隊管理
產品描述： ES Track 提供混合車隊管理解決方案，這意味著可以在一個儀表板上追踪你的所有設備。
是什麼讓它們與眾不同： ES Track 是由總承包商建構的技術解決方案。他們知道管理各種設備的痛點，並根據他們的經驗開發了獨特的解決方案。
在哪裡可以了解更多資訊：他們的網站 ESTrack.com 提供了軟體和硬體的完整分類。
創新領域：可穿戴設備
產品描述： Spot-r 是一款小型可穿戴設備，目的在透過專有網狀網路解決方案監控員工安全。
它們的不同之處： Spot-r 是一種易於佈署的解決方案，可顯著提高安全性。它不需要對員工進行訓練，除了將其夾在上面的說明之外，如果你看到安全隱患憂，請記住按下按鈕。
從何處了解更多資訊： Triaxtec.com 提供了大量影像和產品說明以幫助你入門。
物聯網在建築領域的未來是什麼樣的？
得益於物聯網，未來的工地將永遠不必應對不確定性。當每個工具、機器、材料、設備和人員自動向中央集線器報告時，你將獲得對建構狀態的前所未有的洞察力。但是，這種洞察力的有用性，將受到跟追踪它的軟體的限制。當物聯網與由人工智慧和機器學習驅動的軟體相結合時，令人興奮的事情就會發生。
最先進的總承包商將使用軟體來獲取所有輸入、分析它們，並輸出精確的項目狀態。他們將準確了解所使用的材料、項目的完成百分比、進度落後的區域、延誤的原因以及現場條件。不僅可以 24/7 即時訪問這些資訊，該軟體還將主動採取措施解決問題，而無需人工干預。
一旦站點上的每個設備都自動通信，正確的軟體將能夠引導人員、機器和材料，以防止由於延遲交付、設備損壞和人為錯誤造成的延遲。它將消除記錄進度的麻煩，並確保每個人始終保持一致。
這可能看起來像是一個遙不可及的夢想，但這項技術正在迅速發展。在接下來的 3 到 5 年內，最先進的公司將在實現這一未來的道路上走得很好。當他們這樣做時，他們將看到生產力、效率和支出方面的重大進步，這將使他們遠遠超越不採用該技術的公司。
‧ 物聯網如何拯救瀕危物種
How To Save Endangered Animals 👉🏼 Save Endangered Species!
如何拯救瀕危動物👉🏼 拯救瀕危物種！
保護組織正在求助於技術來拯救世界上最受威脅的動物
當我們想到物聯網時，我們通常會想到經典用例，例如聯網汽車、工業 4.0 和智慧家庭。雖然這些無疑是物聯網最大的機會之一，但最近出現了向不那麼明顯的新領域的市場擴張。其中一個領域是野生動物保護，因為最近在斯堪的納維亞半島、非洲和澳洲等地，佈署了目的在監測和保護瀕危物種的物聯網網路。根據維護動物物種滅絕風險數據庫的國際自然保護聯盟的數據，全球受威脅物種的數量從 2000 年的大約 10,000 種，增加到 2018 年的超過 25,000 種。其中一些物種的種群數量，現在處於臨界情況。
幸運的是，物聯網已經顯示出解決這個問題的潛力。通常在偏遠和崎嶇地區，佈署無線感測器網路的能力，為監測瀕危物種及其環境，以確保它們的保護創造了新的機會。長期以來，技術一直以 GPS 追踪的形式使用，但物聯網網路正在提供更低成本的解決方案，追踪和監控野生動物。諸如更長的電池壽命、更好的感測器功能，和即時數據分析等新優勢，都被用於物聯網佈署。物聯網在野生動物保護中的一些最顯著用途概述如下：
在南非用物聯網感測器拯救犀牛
犀牛是世界上最瀕危的物種之一，因為目前全球野生動物數量不到 30,000 頭，其數量已降至臨界水準。這比 1800 年估計的 100 萬隻動物有所下降。儘管最近進行了保護工作，但每年仍有大約 1,000 頭犀牛，被偷獵者獵殺以獲得犀牛角，這些犀牛角在黑市上，每公斤可賣 30,000 至 100,000 美元。由於數量極少，犀牛長期以來一直是保護工作的重點，最近物聯網越來越多地用於保護這些動物。
南非擁有 70% 的剩餘野生犀牛種群，2015 年為動物配備了支持物聯網的項圈。這些項圈能夠測量動物的心率和位置，因此能夠在動物遇險時，通知公園當局及其位置。這是對完全依賴於人類活動的安全能力的重大改進。雖然這是一個很好的第一步，但該系統也存在一些挑戰。它依賴衛星連接 GPS，價格昂貴，而且電池只能使用 9 個月，因此必須不斷給動物鎮靜，並重新裝上新電池。
最近，保護犀牛的物聯網網路，正在發展變得更加智慧。在南非的 Welgevonden 野生動物保護區，斑馬正在安裝物聯網感測器，並與當地行動營運商合作，使用 LoRA 和 3G/4G。斑馬群對人類和天敵的反應不同，透過監控群的運動，公園管理員能夠確定偷獵者，何時可能靠近並主動採取行動，而不是被動地使用大數據分析。無人機、槍聲感測器和人工智慧等未來技術，有望使該解決方案更加強大。
透過地理圍欄防止挪威馴鹿死亡
馴鹿是挪威的傳統牧群動物，是當地薩米人的重要收入來源。馴鹿被世界自然保護聯盟認為是一種脆弱的物種，在估計的 600,000 只動物中，每年有多達 10% 的動物因逃跑、被狼捕食和與火車相撞而喪生。火車碰撞是一個特殊的問題，因為每年有 6,500 只馴鹿被火車撞到，估計造成 850 萬歐元的損失。
為了解決這個問題，已經佈署了物聯網網路，它使用無線連接來監控馴鹿群的位置和移動。已經創建了一個應用 APP，用於監控馴鹿群的位置，並在鐵軌周圍創建地理圍欄。然後，這可以向可以採取預防措施的培訓指揮，和牧民提供即時警報。該系統目前使用 GPS，但在不久的將來，應該能夠使用更便宜的無線物聯網標準，來連接更多的動物。馴鹿經常穿越挪威和瑞典之間的邊界，這導致了一場關於放牧權的輕微國際爭端，因此物聯網最終也可以用來解決這個問題。
公民數據收集以拯救菲律賓的儒艮
儒艮是一種遍布印度洋和太平洋的海洋哺乳動物，近年來經歷了人口崩潰。與船隻相撞和偷獵造成了巨大損失，現在全球野生動物數量被認為有 120,000 只。在菲律賓，由於這種生物難以捉摸，而且透過空中或海上監測種群的費用很高，因此地方當局不確定確切的種群規模。
因此，已開發出物聯網解決方案，以嘗試收集有關儒艮人口狀況的更好數據。當地漁民獲得智慧手機，並指導他們如何拍攝儒艮。圖像和照片的位置被上傳到一個雲端平台，然後由科學家和環保主義者進行分析。希望透過眾包收集有關儒艮的資訊，地方當局將能夠以新的，且具有成本效益的方式收集人口數據，從而制訂更好的保護策略。
物聯網在野生動物保護領域的未來如何？
物聯網已經使智慧野生動物追踪成為可能，而不僅僅是 GPS 追踪。未來，更多的技術將被納入物聯網服務，以提供更智慧的服務。感測器網路將繼續提供更多的監控功能，並將隨著規模的擴大，而變得更便宜和更小。這最終將能夠追踪更小的動物，例如同樣極度瀕危的穿山甲。
無人機將在天空中漫遊，並能夠使用 5G 在廣闊的景觀上，提供即時影像，這將為地方當局提供有價值的資訊。人工智慧將能夠對網路數據採取行動，並將減少人工干預野生動物監測的需要。
· LiFi 作為一種範式轉換 5G 技術
Discover Lifi Technology|A New Range Of LiFi Systems|Shifting 5G Technology|Li Fi Concept
探索 Lifi 技術|新的 LiFi 系統系列|轉變 5G 技術|Li Fi 概念
LpR 73 文章，第 54 頁：人們對 LiFi 存在很多誤解，LiFi 是一種使用紅外和可見光譜進行高速數據通信的無線通信技術。愛丁堡大學數字通信研究所移動通信教授 Harald Haas 教授將解釋光保真 (LiFi) 是什麼，並討論為什麼它是第 5 代 (5G) 技術。已經證明了來自單個光源的 8 Gbps 的峰值傳輸速度，並且已經創建了基於 LiFi 的完整蜂窩網絡。除了討論眾多誤解之外，還將解釋該技術可能對許多現有和新興行業產生的潛在影響，以及 LiFi 未來可以解鎖的新應用。
圖 1：蜂窩通信中數據速率提高 1,000,000 倍的主要因素：小蜂窩概念和新頻譜的分配。物理層技術...
在本文中，我們認為光譜可以以類似的方式改變無線網絡，以及為什麼隨著光纖通信的出現它改變了有線通信網絡。最近證明了 15.7 Gbps 的現成發光二極管 (LED) 的峰值傳輸速度。我們將解釋這些進步將如何用於構建支持用戶移動性的完整無線網絡。我們討論了許多誤解和用例。最後，我們說明了這項技術可能對新興行業產生的潛在影響。
介紹
LiFi 是一種無線通信技術，它使用紅外和可見光光譜進行高速數據通信。 LiFi 首次出現在 [1] 中，擴展了可見光通信 (VLC) 的概念，以實現高速、安全、雙向和完全聯網的無線通信 [2]。需要注意的是，LiFi 支持用戶移動性和多用戶訪問。紅外光譜和可見光譜的大小加起來大約是整個 300 GHz 射頻頻譜大小的 2,600 倍（圖 2）。文獻[3]表明，過去10年無線流量的複合年增長率（CAGR）為60%。如果這種增長在未來 20 年持續下去，這是一個合理的假設，因為物聯網 (IoT) xK-TV 和機器類型通信 (MTC) 的出現，這意味著假設相同的頻譜效率，需求是當前帶寬的 12,000 倍。例如，5.4 GHz 區域的工業、科學和醫療 (ISM) 射頻頻段約為 500 MHz，這主要用於無線保真 (WiFi)。該帶寬已經趨於飽和，這也是引入無線千兆聯盟 (WiGig) 的原因之一。 WiGig 使用 57 GHz – 66 GHz 之間的未授權頻譜，即最大帶寬為 9 GHz。然而，在 20 年後，未來無線系統的帶寬需求將達到 12,000 × 500 MHz，從而導致對 6 THz 帶寬的需求。整個射頻頻譜僅為 0.3 THz。這意味著與整個 RF 頻譜相比有 20 倍的不足。相比之下，6 THz 的帶寬僅佔整個 IR 和可見光光譜的 0.8%。有人可能會爭辯說，可以採用更積極的頻率資源空間重用來克服這種迫在眉睫的頻譜緊縮。這種方法在過去被非常成功地使用，並導致了“小基站概念”。事實上，它一直是提高數據速率的主要貢獻者，如圖 1 所示。蜂窩通信中的小區大小已顯著縮小。早期 2G 系統中的小區半徑為 35 公里，3G 系統中為 5 公里，4G 系統中為 100 米，5G 中可能約為 25 米，以便更有效地重用可用射頻頻譜並實現更高的數據密度。小細胞概念'。事實上，它一直是提高數據速率的主要貢獻者，如圖 1 所示。蜂窩通信中的小區大小已顯著縮小。早期 2G 系統中的小區半徑為 35 公里，3G 系統中為 5 公里，4G 系統中為 100 米，5G 中可能約為 25 米，以便更有效地重用可用射頻頻譜並實現更高的數據密度。小細胞概念'。事實上，它一直是提高數據速率的主要貢獻者，如圖 1 所示。蜂窩通信中的小區大小已顯著縮小。早期 2G 系統中的小區半徑為 35 公里，3G 系統中為 5 公里，4G 系統中為 100 米，5G 中可能約為 25 米，以便更有效地重用可用射頻頻譜並實現更高的數據密度。
然而，由於將這些分佈式接入點連接到核心網絡的回程和前程數據鏈路的基礎設施成本很高，因此更難以實現小區規模的進一步縮小。此外，隨著小區尺寸變小，干擾基站和用戶終端之間的視線的可能性增加。由此產生的干擾會顯著降低數據速率，並可能導致蜂窩網絡中的主要問題 [4]。因此，在體育場的座椅下方安裝了 WiFi 接入點，以利用人體作為射頻信號的衰減器並避免視線乾擾鏈路。顯然，這不是辦公室和家庭部署的可行解決方案。由於這些原因，可以想像，未來移動數據流量增長的貢獻將來自更多的頻譜而不是空間重用。尤其是光資源非常吸引人，如圖2所示，它們非常豐富，而且是免許可的。
圖 2：射頻 (RF) 頻譜只是整個電磁頻譜的一小部分。可見光譜和紅外 (IR) 光譜不受管制，並提供 780 THz 的帶寬
這些資源可用於數據通信，數十年來在使用激光的光纖通信中得到成功證明。隨著高亮度發光二極管 (LED) 的廣泛採用，出現了將可見光譜用於無處不在的無線網絡的機會。
傳統上，VLC 系統被認為是 LED 光源和接收器之間的單一點對點無線通信鏈路，該接收器配備有諸如光電檢測器 (PD) 之類的光電檢測設備。可實現的數據速率取決於所使用的數字調製技術以及照明技術。圖 3 總結了可用的照明技術。
圖 3： LiFi 中可實現的最大數據速率取決於實際光源的技術。這裡我們考慮採用磷塗層的單一藍籌技術；紅色、綠色和藍色 (RGB) LED；氮化鎵 (GaN) 微型 LED 和基於激光的照明
大多數商用 LED 由帶有磷塗層的藍色高亮度 LED 組成，可將藍光轉換為黃色。當藍光和黃光結合時，就會變成白光。這是當今產生白光的最具成本效益的方式，但熒光粉顏色轉換材料會減慢頻率響應，即較高的頻率會嚴重衰減。因此，這種類型的 LED 的帶寬僅在 2 MHz 左右。然而，通過在接收器處使用藍色過濾器去除緩慢的黃色成分，這些設備可以實現 1 Gbps 範圍內的數據速率。更先進的紅色、綠色和藍色 (RGB) LED 可實現高達 5 Gbps 的數據速率，因為白光是通過混合基色而不是使用顏色轉換化學品產生的。已經證明了使用單個微型 LED 達到創紀錄的 8 Gbps 傳輸速度 [5]，並且表明基於激光的照明達到 100 Gbps 是可行的 [6]。
LiFi 無線網絡層的主要優勢是：
• 三個數量級的增強數據密度 [7]；
• 增強物理層安全性的獨特屬性[8]；
• 在本質安全的環境中使用，例如經常禁止射頻的石化廠和石油平台；
• 隨著以太網供電 (PoE) 的出現及其在照明中的應用，有機會利用現有的數據網絡基礎設施實現光源與集成 LiFi 調製解調器和互聯網之間所需的回程連接.
LiFi網絡
圖 4 說明了 LiFi attocell 網絡的概念。房間由幾個燈具照亮。每個燈都由 LiFi 調製解調器或 LiFi 芯片驅動，因此也可用作光基站或接入點 (AP)。光基站通過高速回程連接連接到核心網絡。燈具還具有一個集成的紅外探測器，用於接收來自終端的信號。由 Mbps 和 Gbps 數據編碼產生的高頻閃爍遠高於計算機顯示器的刷新率，因此這些閃爍對房間內的人來說是不可見的。可以使用多種不同的技術為每個燈具提供電源和數據，包括 PoE 和電力線通信 (PLC) [9][10]。光上行鏈路是通過使用用戶設備 (UE) 上的發射器實現的，通常使用 IR 源（因此它對用戶不可見）。這些燈具中的每一個，同時充當無線 LiFi 接入點，創建一個非常小的單元，一個光學 attocell [11]。由於光在空間上受到限制，LiFi 可以通過創建半徑小於 5 m 的超小型蜂窩，同時利用光域中巨大的額外未授權光譜，將“小型蜂窩概念”提升到一個新的水平。包含 AP 的燈具和僅提供照明的燈具的平衡取決於網絡的要求，但可能所有燈具都可以包含 AP。與單AP無線熱點系統相比，這種蜂窩系統可以覆蓋更大的區域，並允許同時連接多個 UE [12]。在蜂窩網絡中，無線傳輸資源的密集空間重用用於實現非常高的數據密度 - 每平方米每秒比特數 (bps/m2)。因此，相鄰小區中使用相同信道的鏈路會相互干擾，這稱為同信道干擾 (CCI) [13]。圖 5 說明了光 attocell 網絡中的 CCI。圖 5 說明了光 attocell 網絡中的 CCI。圖 5 說明了光 attocell 網絡中的 CCI。
圖4： LiFi attocell組網支持移動終端；雙向通信鏈路；多個移動或固定終端連接到單個燈具以及高速回程
圖 5： CCI 發生在相鄰 AP 的相同光譜重疊的區域，並且這些 AP 使用相同的調製帶寬進行數據編碼時
從點到點鏈接到基於光的完整無線網絡的轉變帶來了一些挑戰。在每個小區內，可以有多個用戶，因此需要多種接入方案。上行鏈路的提供也可能需要與下行鏈路不同的方法。這是因為便攜式設備需要低能耗，設備上的上行可見光源容易分散用戶的注意力。因此，紅外光譜的使用似乎最適合上行鏈路。此外，高速上行鏈路的調製技術必須同時具有頻譜效率和功率效率。實現這一目標的兩種最近開發的調製技術是增強型單極 OFDM (eU OFDM) [14] 或頻譜和能量效率 (SEE OFDM) [15]。
需要干擾抑制技術來確保在強 CCI 區域內，移動站也可以實現高 SINR，這是一個重要的問題，涉及信號處理，例如連續干擾消除 [23]。替代的 CCI 緩解技術 [16] 包括使用智能資源調度程序。 “資源調度器”的主要任務是自適應地分配信號功率、頻率、時間和波長資源。通常，在信令開銷、計算複雜度、用戶數據速率、聚合數據速率和用戶公平性之間存在權衡，並且各個 CCI 緩解和資源調度技術的最佳選擇取決於實際用例和系統約束 [18][19] ]。中央控制器的其他功能包括實現多用戶、以及終端移動時從小區到小區的切換過程。切換在 LiFi 網絡中扮演著重要的角色。例如，切換控制器必須確保在用戶離開房間或房屋時保持連接。因此，可能會出現沒有 LiFi 覆蓋的情況。在這些場景中，為了避免連接丟失，我們利用 LiFi 與 RF 網絡互補的事實。為此，已經對混合 LiFi/RF 網絡進行了研究，得出了三個關鍵發現。為避免失去連接，我們利用 LiFi 與 RF 網絡互補的事實。為此，已經對混合 LiFi/RF 網絡進行了研究，得出了三個關鍵發現。為避免失去連接，我們利用 LiFi 與 RF 網絡互補的事實。為此，對混合 LiFi/RF 網絡進行了研究，得出了三個關鍵發現。
混合 LiFi/RF 網絡研究的三個主要發現：
• LiFi 網絡將顯著提高移動用戶的服務質量，
• 服務交付可以不間斷，以及
• WiFi 網絡顯著受益於 LiFi 網絡。後者是
因為精心設計的負載平衡將確保 WiFi 網絡
減少因
兩個或多個終端
競爭時發生的不斷重傳而導致的低效流量開銷[20]。
LiFi attocell 網絡與現有技術相比具有許多優勢。首先，與向所有方向輻射信號的全向 RF 天線不同，LED 光源由於其構造方式通常會定向輻射光功率。因此，可見光信號的輻射自然被限制在有限的區域內。相比之下，射頻毫米波系統需要復雜且昂貴的天線波束成形技術才能實現相同的目標。其次，可以通過修改現有的照明系統來實現 LiFi attocell 網絡。任何 LiFi attocell 網絡都可以提供額外的無線容量，而不會干擾可能已經存在的 RF 網絡。因此，LiFi attocell 網絡有可能以經濟高效的方式增強 5G 蜂窩系統 [21]。
LiFi 的一個獨特之處在於它通過使用相同的設備來傳輸數據和提供照明，從而將照明和數據通信結合起來。圖 a 描繪了一個帶有兩個燈的簡單房間場景。圖 b 顯示了桌面水平 0.75 m 處產生的照度。在特定示例中，燈的放置使得在桌面高度的平面內，基於給定的照明要求，90% 的區域達到 400 勒克斯的照度。圖 c 描繪了由此產生的信號干擾加噪聲比 (SINR)。光錐重疊的區域受強CCI影響，SINR顯著下降。有趣的是，SINR 可以在幾厘米內變化約 30 dB。這個例子還強調了峰值 SINR 可以在 50 dB 的範圍內，這比基於 RF 的無線系統中的峰值 SINR 高兩到三個數量級。可實現的數據速率很大程度上取決於接收器的位置以及接收器的視場 (FoV) [22]。需要注意的是，相鄰房間的兩盞燈被不透明的牆隔開，不會造成相互的 CCI。這與射頻網絡有根本的不同，射頻網絡的無線電信號穿過牆壁傳播並在大範圍內造成同信道干擾。由於射頻通信的這種特性，很難實現非常高的數據密度。需要注意的是，相鄰房間的兩盞燈被不透明的牆隔開，不會造成相互的 CCI。這與射頻網絡有根本的不同，射頻網絡的無線電信號穿過牆壁傳播並在大範圍內造成同信道干擾。由於射頻通信的這種特性，很難實現非常高的數據密度。需要注意的是，相鄰房間的兩盞燈被不透明的牆隔開，不會造成相互的 CCI。這與射頻網絡有根本的不同，射頻網絡的無線電信號穿過牆壁傳播並在大範圍內造成同信道干擾。由於射頻通信的這種特性，很難實現非常高的數據密度。
圖 6：一個 2.5 m × 5 m 大小的房間配備了兩個 LiFi 燈具，安裝在 3 m 高處，垂直向下。 LiFi 燈具由子圖 (a) 中的兩個藍色方塊表示。兩種燈具都使用相同的可見光譜來傳輸獨立的信息。假定接收器垂直向上指向 0.75 m 桌面高度。桌面高度處的照度在子圖 (b) 中說明。假設接收器 FoV 為 45° 的結果 SINR 在子圖 (c) 中描述。
光不通過不透明物體傳播的特徵也可用於增強數據安全性（圖 7）。我們的最新研究表明，與現有 WiFi 相比，物理層安全性可以提高 20 倍。
圖 7：光信號被牆壁阻擋。與 WiFi 網絡相比，此功能顯著增強了 LiFi 網絡的安全性。在沒有安裝 WiFi 路由器的房間（左圖）中，可以從房間外接收 WiFi 信號。相比之下，在牆壁不透明的房間裡，不可能從房間外接收 LiFi 信號（右圖）。同樣，來自房間內部的信號不會穿透到被牆隔開的相鄰房間
LiFi 的誤解
下面我們將特別討論關於 LiFi 的五個誤解。
LiFi 是一種視距技術
這也許是最大的誤解。通過使用正交頻分複用 (OFDM) 型強度調製 (IM)/直接檢測 (DD) 調製方案 [24]，數據速率與實現的信噪比 (SNR) 成比例。這意味著更高階的數字調製方案可以與 OFDM 結合使用，以利用可用的信道容量。由於使用了前向糾錯 (FEC) 編碼，因此通過使用自適應調製和編碼 (AMC)，可以以低至 -6 dB 的 SNR 傳輸數據。圖 8 顯示了在大約 3 m 的距離內向前方筆記本電腦的視頻傳輸，其中 LED 燈具指向與接收器位置相反的方向的白牆。因此，沒有直接的 LoS 分量到達前端的接收器，但視頻已成功接收。顯然，如果牆壁是暗的，則會吸收更多的光，這會影響接收器的 SNR。如果 SNR 低於 -6 dB 閾值，則無法實現無差錯的通信鏈路。然而，在弱光條件下，單光子雪崩二極管可用於接收器，這將接收器的靈敏度提高至少一個數量級 [26]。
圖 8：此圖顯示了 LiFi 鏈接在嚴格的非視距 (LoS) 條件下的操作（由 pureLiFi 提供）
LiFi 在陽光條件下不起作用
陽光構成用於數據調製的帶寬之外的恆定乾擾信號。LiFi 的工作頻率通常大於 1 MHz。因此，可以使用電子過濾器去除持續的陽光。陽光的另一個影響是增強的散粒噪聲，它不能被電子濾波器輕易消除。在一項研究 [27] 中，對散粒噪聲的影響進行了定性研究，發現數據速率降低了約 5%。通過結合使用自動增益控制算法和濾光器，可以避免飽和。事實上，我們認為陽光是非常有益的，因為它支持基於太陽能電池的 LiFi 接收器，其中太陽能電池充當數據接收器設備，同時收集陽光作為能量 [28]。
燈光不能調暗
有先進的調製技術，例如 eU-OFDM [14]，它使 LiFi 的運行接近 LED 的開啟電壓 (ToV)，這意味著燈可以在非常低的光輸出水平下運行，同時保持高數據率。
燈光閃爍
調製光的最低頻率在 1 MHz 範圍內。計算機屏幕的刷新率約為 100 Hz。這意味著 LiFi 燈泡的閃爍率比電腦屏幕高 10,000 倍。因此，沒有感知到的閃爍。
這僅用於下行鏈路
一個關鍵優勢是 LiFi 可以與 LED 照明相結合。然而，這並不意味著這兩個功能總是必須一起使用。這兩個功能可以很容易地分開（見關於調光的評論）。因此，LiFi 還可以非常有效地用於不需要照明的上行鏈路通信。因此，紅外光譜非常適合上行鏈路。我們進行了一項實驗，其中我們使用僅 4.5 mW 光輸出功率的 LED 在 10 m 的距離內以 1.1 Gbps 的速度發送數據。
LiFi 應用
LiFi 應用是多種多樣的。如圖 9 所示，路燈可以在未來的智慧城市中發揮重要作用。他們可以提供千兆雙向無線連接。有趣的是，有了 LiFi，這在白天也是可能的。如圖所示，LiFi 還可以解鎖智能交通系統，這是我們完全連接的智慧城市的一部分。由於汽車通常在前燈和尾燈中使用 LED 或激光器，因此這些燈可用於千兆位車間通信，以及與交通燈和路燈等街道設施的數據通信。
與射頻通信系統不同，LiFi 也將在水下工作，如圖所示。這將提供連接遠程操作車輛的新方法，也將允許潛水員相互交流。這將提高艱鉅的水下任務的安全性。已證明傳輸距離可達 100 m。目前正在研究新的探測器技術，例如單光子雪崩探測器 (SPAD)，以實現更高的距離。
圖 9：路燈可以成為未來城市 5G 網絡的支柱
圖 10： LiFi 將在水下工作，遙控車輛和水下無人機中用於照明的燈可用於在這些自主水下機器之間交換信息。可以創建網狀網絡在水下長距離發送信息，以創建用於環境監測的傳感器網絡
圖 11：汽車可以相互通信以避免事故，汽車之間的連接也將有助於“無人駕駛”汽車的趨勢。此外，汽車可以與交通燈和路燈等街道設施進行通信，從而在擁擠的城市中創建智能交通系統
另一個重要的應用領域是物聯網 (IoT)。物聯網可分為工業物聯網和通用物聯網。後者可能會將我們未來的電器（如烤麵包機、微波爐、冰櫃、烤箱和冰箱）連接到互聯網。事實上，LiFi 將使這些家電的 LED 狀態燈通過家庭照明系統連接到互聯網。這種連通性將成為我們未來事物的“神經系統”。假設嵌入式微處理器、傳感器、內存和機器學習算法，LiFi 將提供高帶寬、低延遲的連接以實現有意義的人工智能。例如，通過使用預測性維護，可以確定物品在不久的將來是否容易損壞。然後，該項目可以自動從 Internet 上自行訂購或按照用戶的指定（在它中斷之前）進行訂購，從而避免不方便的中斷並節省我們的時間。 LiFi 的另一個重要應用是室內定位和導航。通常，室內環境中有許多燈。光被限制在一個小區域內。可以利用此功能輕鬆確定人員和資產在幾米內的位置。
市場顛覆潛力
LiFi 是一種顛覆性技術，有望影響眾多行業。LiFi 是一項基本的 5G 技術。它可以解鎖物聯網、推動工業 4.0 應用、照明行業的光即服務 (LaaS)、啟用新的智能交通系統、在無人駕駛汽車越來越多的情況下提高道路安全、創建新的網絡-安全的無線網絡，為老齡化社會提供新的健康監測方式，提供新的解決方案來彌合數字鴻溝，並在未來的數據中心實現超高速無線連接。
LiFi 將對兩大行業的合併產生催化作用：
• 無線通信行業和
• 照明行業，如圖 12 所示
圖 12： LiFi 有可能成為最終導致無線通信行業和照明行業合併的過程的催化劑
圖 12 展示了 LiFi 如何導致無線通信行業和照明行業合併的願景。在照明行業，LiFi 提供了一種多樣化和開發新應用的手段，這將推動光即服務 (LaaS) 的趨勢。這將把照明行業拉入無線通信行業的市場。因此，照明行業將創造新的商業模式，因為 LED 燈泡的使用壽命為 20 年甚至更長。由於增強現實和虛擬現實以及移動電視等 5G 中的新服務，無線通信行業需要前所未有的數據速率和數量級更高的數據密度。此外，無線網絡將需要連接數十億台物聯網 (IoT) 設備。這將加速射頻頻譜緊縮，而“LiFi”將充當“壓力閥”，這意味著將有市場“推動”開發基於光的無線通信設備，這個市場通常由照明行業
25 年後，我們認為 LED 燈泡將服務於數以千計的應用，並將成為新興智慧城市、智能家居和物聯網不可或缺的一部分。 LaaS 將成為照明行業的主導主題，當 LED 燈使用 20 年或更長時間時，它將推動所需的新商業模式。因此，LaaS 與 LiFi 相結合，將為照明行業提供一種“拉動”商業模式，以進入傳統的無線通信市場。在無線行業，LiFi 有可能通過從厘米波通信轉向納米波通信來創造範式轉變。因此，可以想像無線行業和照明行業將合二為一。大規模採用 LiFi 技術的一個重要先決條件是標準的可用性。在此背景下，IEEE 802.15.7、IEEE 802.11 和 ITU-R 已開始努力標準化 LiFi 技術。值得注意的是，現在在 802.11bb 中有一個光通信任務組。
結論
可見光譜和紅外光譜一起提供比整個 RF 光譜多 2600 倍的帶寬。 LiFi 利用豐富的帶寬來實現新的無線網絡，從而增強現有的基於 RF 的無線網絡。這些網絡越來越受到帶寬短缺的困擾。使用當前市售的光學設備，可以實現多千兆位的雙向數據鏈路。 LiFi 將這些鏈接集成到一個完整的無線網絡中，該網絡增強了多用戶訪問、切換和 CCI 緩解等功能。本文試圖澄清一些關於 LiFi 的誤解。已經討論了一些選定的用例。事實證明，LiFi 有可能導致照明和無線通信行業的合併。所以，LiFi 已成為現實，這項技術將長期存在。
致謝：
Harald Haas 教授非常感謝工程和物理研究委員會 (EPSRC) 在 EP/R007101/1 撥款項下的支持。他還感謝沃爾夫森基金會和皇家學會的財政支持。