Kattolamppu välittää pian dataa supernopeasti – Led-valo siirtää bittejä 10 000 kertaa nopeammin kuin wi-fi-verkot nyt

Katsotpa mihin tahansa sisä­tiloissa, niin näet lampun. Jos lamppu on vaihdettu nykyajan led-valoksi, katsot valoa, joka voi mullistaa internetin datansiirtoa.

Led-valossa data siirtyy valon välkynnän avulla. Ledlamppua voi räpsyttää miljoonia kertoja sekunnissa. Valo välkkyy niin nopeasti, että ihmissilmä ei sitä näe.

Koska led-valo on tehty piistä, on se myös elektroninen puolijohde. Tässä on sen salaisuus. Se voi siirtää muhkeasti dataa samalla, kun se valaisee.

Välkkyvän led-valon voi rinnastaa 0/1 -tiloiksi, jossa esimerkiksi valo päällä on 1 ja valo pois päältä on 0. Tämä jako nollaan ja yhteen on kaikkien tietokoneiden datan käsittelyn perusta.

Idea on, että katkova ja vilkkuva valo kuljettaa – valonnopeudella – kuin morsetuksena ykkösiä ja nollia. Samoja ykkösiä ja nollia siirretään jo radioaalloilla tai valokuituja pitkin.

Tavallinen hehkulamppu ei tähän pysty. Se valaisee ympäristöä lämmittämällä lampun lankaa, joka on tehty esimerkiksi volframista. Sitä valoa ei voi pätkiä nopeasti.

Valoviestin vastaanottoon tarvitaan fotodiodi, joka tulkitsee ykkösten ja nollien virtaa. Nollien ja ykkösten virta ei vaikuta valaistuksen tehoon. Lisäksi tarvitaan reititin, sen yhteys internetiin ja valontunnistin.

Verkkojen kehittäjät kutsuvat ilmiötä nimellä li-fi (light fidelity), suomeksi kätevämmin sanottuna valodata. Sanan malli on otettu langattomasta radioaaltojen verkosta, jonka nimi on wi-fi. Sitä alettiin kehittää noin 1998, yli 20 vuotta sitten.

Nykyään moni kysyy wi-fiä esimerkiksi kahviloissa tai ravintoloissa: ”Onko täällä wifi-yhteys?” Tai: ”Pääseekö täällä langattomasti internetiin?” Yleensä vastaus on kyllä.

Yhtä lailla voimme kysyä 2020-luvulla lamppua ostaessamme: ”Kai tämän ledin avulla voi viestiä internetissä?” Tai: ”Onko teillä lampuissa li-fi?”

2020-luvulla ihmiset eivät ehkä enää kysy koko asiaa. He menevät kuppilassa led-valon alle tietokoneineen, kuin yöperhoset.

Asiakas pitää selviönä, että valosta saa dataa ja sillä voi siirtää tietokoneen dataa internetiin.

Kun tavallisesta led-lampusta tulee reititin, on se hyvin nopea. On laskettu, että teoriassa sillä voisi lähettää yhdessä sekunnissa peräti 18 kokoillan elokuvaa.

”Laboratoriossa li-fin avulla on päästy yli 200 gigabittiin sekunnissa”, sanoo li-fiä tutkinut ja kehittänyt professori Marcos Katzhttps://www.hs.fi/haku/?query=marcos+katz Oulun yliopistosta, sen Langattoman viestinnän tutkimuskeskuksesta.

Nyt valodatalla on päästy jo yli gigabitin nopeuksiin sekunnissa. Näin valodata päihittäisi kevyesti tietokoneen laajakaistan. Kotioloissa laajakaistalla pääsee yleensä noin sadan megabitin nopeuksiin.

Yksi gigabitti on tuhat megabittiä. Näkyvän valon alueella li-fi voi siis kantaa ainakin sata, jopa 10 000 kertaa enemmän informaatiota.

”200 gigan nopeuksiin ei varmaankaan päästä kotona tai toimistoissa ihan noin vaan. Hurja luku kuitenkin antaa suuntaa siitä, mihin valon ja ledin avulla voidaan mennä”, sanoo Katz.

Nopeuden syy on näkyvän valon spektrissä eli kirjossa. Se on 10 000 kertaa laajempi kuin wi-fin radioaaltoinen spektri.

Jokaisella erillisellä led-valolla voi ajaa yhtä datavirtaa. Ilmiötä on verrattu tavalliseen suihkuun, joka tuo keholle samaa vettä yhtä aikaa monesta pienestä reiästä.

Ledin kyljessä on reititin, joka ohjaa datavirtaa internetiin. Sellainen voi olla esimerkiksi pieni linssi, joka osaa tulkita valaisimen lähettämää 0/1 -tietoa. Se on kuin optinen antenni.

Uuden datayhteyden perustava rakenne eli infra on jo lähes valmiina led-valoissa. Lisäksi ledit yleistyvät kovaa vauhtia. Ne korvaavat hehkulamppuja, jo senkin takia, että ne säästävät energiaa.

Maailmassa on arviolta yli 14 miljardia sähkölamppua, joita on jo koko 2010-luvun ajan vaihdettu led-valoiksi. Vanhan tutun hehkulampun hautajaiset ovat jo aika pitkällä. Niitä ei enää saa juuri mistään.

 

Valodatan suurin ongelma on se, että sitä ei voi käyttää auringonvalossa.

Ennen pitkää ledit siis syrjäyttävät hehkulamput kokonaan, sanoo Harold Hasshttps://www.hs.fi/haku/?query=harold+hass. Hän tutkii langatonta tiedonsiirtoa Edinburghin yliopistosta ja on alan johtavia tutkijoita.

Hän on Siemensin entinen insinööri, joka alkoi kehitellä valodataa jo 2000-luvun alussa. 2010-luvun alussa hän keksi ilmiölle sanan li-fi.

Sana yleistyi tutkijoiden kielenkäytössä. Se juurtunee ytimekkäänä myös suomen puhekieleen. Yhtä hyvä sana on valodata.

Li-fin edut ovat niin suuria, että muutos toteutuu, sanoo Hass. Jo lokakuussa 2011 alan teolliset pelurit perustivat yhteenliittymän, joka etsii keksinnölle sovelluksia ja vauhdittaa muutosta.

Yhteenliittymä puuhaa valodatan siirtoa myös infrapuna- ja ultraviolettivalon avulla. Myös eri värisiä led-valoja voi käyttää rinnan, esimerkiksi punaisia ja keltaisia.

Alaa seuraavat veikkaavat, että valodata tulee ensiksi lentokoneisiin, sairaaloihin ja teollisuuden tiloihin. Niissä vanhan wi-fin radioaallot häiritsevät muita herkkiä laitteita, kuten esimerkiksi kehon skannereita.

Valodata sopii myös kaasun- ja öljyporauslautoille. Niissä kun ei saa käyttää radioaaltoja, koska niistä voi syntyä kipinöitä.

Valodata sopii myös merentutkimukseen. Suolainen merivesi johtaa liiaksi sähköä. Siksi radioaallot eivät sovi viestintään veden alla.

Liikenteessä valodata voi vaihtaa dataa ajoneuvojen välillä, jos autojen ajovaloihin asennetaan li-fi. Valodata voidaan liittää myös liikennevaloihin. Näin li-fi voisi varoittaa kolareista.

Lisää valodatan etuja: Se ei myöskään sotkeudu radiosignaalin kanssa. Radiotaajuudet saattavat sitä paitsi joskus loppua. Yhdysvaltain radiotaajuuksia jakava komissio on jo pitkään varoitellut taajuuspulasta.

Vanhojen wifi-reitittimien signaali heikkenee, jos käyttäjä on kaukana tukiasemista. Se tuo epävakautta viestintään. Valodata voisi auttaa tässäkin.

Valodata ei pääse seinien läpi. Tämä on sekä haitta ja etu. Koska li-fi ei voi tunkeutua seinien läpi, on se ehkä turvallisempaa käyttää kuin wi-fi. Toisaalta li-fin dataa on myös melko helppo blokata. Jos laittaa esteen valodiodin eteen, valon tarjoama data katkeaa tai häiriytyy.

Suurin li-fin ongelma on, että sitä ei voi käyttää ulkona auringonvalossa. Luonnonvalo häiritsisi liikaa valosignaalia.

Radioaallot eli perinteiset tukiasemat on siis yhä ylivertainen tapa siirtää tietoa ulkotiloissa. Toisaalta pimeällä voisi ulkona saada dataa tavallisista katulampuistakin.

”Li-fissä on siis paljon mahdollisuuksia, ja se toimii hyvin radioviestinnän kanssa”, sanoo professori Katz.

Oulussa alettiin Katzin mukaan tutkia valodataa 2014, ja ensimmäinen väitös tuli ulos joulukuussa 2016. Ryhmänsä kanssa hän kokeilee erityisesti wi-fin ja li-fin vaivatonta yhteispeliä.

Katz kehittää ryhmineen tekniikkaa, jossa valodata on osa radioaaltojen verkkoa. Kuluttajan oma laite voisi automaattisesti valita, käyttääkö se valo- vai radioaaltoja.

”Oulun yliopistoon on jo rakennettu testipenkki, jossa wi-fi tai li-fi voidaan valita. Se vaihtuu heti ympäristön, palvelujen ja langattomien kanavien saatavuuden mukaan”, Katz sanoo.

Jos tällainen laite on esimerkiksi taskussa, se voisi poimia taskuun radioaaltoja. Kun se otetaan taskusta, voisi laite tukeutua valodataan.

Li-fi on lisäksi vahva askel kohti esineiden internetiä. Sitä ajetaan teollisuuteen.

Esineiden internetissä laitteet keskustelevat reaaliajassa keskenään verkon välityksellä. Kone esimerkiksi ilmoittaa huoltoon, jos sen osat ovat kuluneet ja se pitää vaihtaa. Tämän tiedon voi välittää saman valon välityksellä, joka tarjoaa teollisuuteen energiaa ja valoja.

Teollisuuteen onkin jo kehitetty laitteita, jotka viestivät valodatan avulla reaaliajassa.

Liikkeellä on huhuja, että Apple toisi mahdollisuuden käyttää li-fiä laitteissaan. Se voisi lopulta tarjota tekniikan arkiseen käyttöön kodeissa ja toimistoissa.

Professori Katz katsoo paitsi 2020-luvulle jo myös 2030-luvulle. Silloin kuvaan tulee uusi tietoliikenneverkko 6g. Välissä Suomessa on jo toteutunut 5g, sekin nopea.

”Viimeistään 6g:n tullessa näemme, että radioviestintä ja valoon perustuvan viestintä tukevat toisiaan.”

Korjaus 23. tammikuuta kello 11.15: Artikkelissa puhuttiin giga- ja megatavun nopeuksista. Ne on korjattu giga- ja megabiteiksi.