Tiede

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

Tavallinen led-valo voi siirtää dataa nollia ja ykkösiä jopa 10 000 kertaa nopeammin kuin wi–fi-verkot nyt. Ledeihin tarvitaan vain siru, joka on reititin. Syntyy li-fi. Sen tarjoama valodata myös säästää energiaa ja takaa tietoturvan.

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.
Mainos (Teksti jatkuu alla)
Mainos päättyy

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.
Mainos (Teksti jatkuu alla)
Mainos päättyy

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.
Mainos (Teksti jatkuu alla)
Mainos päättyy

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.
Mainos (Teksti jatkuu alla)
Mainos päättyy

Asiakas pitää selviönä, että valosta saa dataa ja sillä voi siirtää tietokoneen dataa internetiin.
Mainos (Teksti jatkuu alla)
Mainos päättyy

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 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 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.

Fakta

Led sopii moneen


 Li-fi eli valodata käyttää datan välitykseen led-valoa.

 Led eli hohtodiodi on myös sähköä johtava puolijohde. Kun sen läpi johdetaan sähkövirta, se s äteilee valoa. Ledit päästävät virtaa läpi vain yhteen suuntaan.

 Ledin värin määrää se, mistä materiaalista se on valmistettu, mutta yleensä gallium-yhdisteistä. Väriä voi muokata kalvoilla ja pinnoitteilla.

 Tv:n kaukosäätimessä on myös led, joka säteilee infrapunaa.

 Aluksi ledejä käytettiin laitteiden merkkivaloina ja näyttötauluissa. Siten niistä alkoi tulla yleisiä myös valaistuksessa, kun niiden valovoima kasvoi. Kodeissa ledit korvaavat nyt kovaa vauhtia muita hehkulamppuja ja energiansäästölamppuja.

 Valkoisen ledin kehittäjä Shuji Nakamura sai fysiikan nobelin 2014.

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää
    Luetuimmat
    • Juuri nyt
    • Päivä
    • Viikko
    1. 1

      Oman työhakemuksen perään kannattaa soittaa vain yhdestä syystä – kolme rekrytoinnin ammattilaista kertoo, miten onnistut työnhaussa

    2. 2

      Seeprakuviolla suojautuminen toimii myös ihmisillä – tutkijat testasivat teoriaa raidallisilla mallinukeilla

    3. 3

      Kalasataman Majakka-tornitalon työmaalla on tapahtunut vesivahinko – Rakennusyhtiö SRV kuvailee vahinkoa merkittäväksi

    4. 4

      Pako Britanniasta kiihtyy EU-eron alla

      Tilaajille
    5. 5

      Lapset alkoivat ommella kestokasseja korvatakseen muovipussit ja se sai sosiaalisen median tolaltaan – ”Täytyypi alkaa käydä kaupassa naapurikunnissa”

    6. 6

      Seeprakuvion jättihyöty varmistui videolta, kun tutkijat pukivat seeproja ja hevosia valeasuihin

    7. 7

      Kiltteydellään hurmannut kumppani alkoikin vähitellen kontrolloida kaikkea – sadat lukijat kertoivat, millaista on, kun puolison mieli järkkyy

      Tilaajille
    8. 8

      Hätätilasketsistä katkeroitunut Donald Trump uhkaili Twitterissä ”seuraamuksilla”, ja nyt presidenttiä imitoinut näyttelijä Alec Baldwin pelkää perheensä turvallisuuden puolesta

    9. 9

      Meneillään on alusvaatteiden taistelu, jossa vartalo­positiivisuudella ratsastava tulokas tekee silppua Victoria’s Secretistä

    10. 10

      Niken kurssi lähti laskuun ”tossuräjähdyksestä” – urheiluvälinejätillä kävi kuitenkin käsittämätön tuuri: lähes samaan aikaan tuli myyntiin uusi hittipaita

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Seeprakuvion jättihyöty varmistui videolta, kun tutkijat pukivat seeproja ja hevosia valeasuihin

    2. 2

      Oman työhakemuksen perään kannattaa soittaa vain yhdestä syystä – kolme rekrytoinnin ammattilaista kertoo, miten onnistut työnhaussa

    3. 3

      Hätätilasketsistä katkeroitunut Donald Trump uhkaili Twitterissä ”seuraamuksilla”, ja nyt presidenttiä imitoinut näyttelijä Alec Baldwin pelkää perheensä turvallisuuden puolesta

    4. 4

      Perussuomalaisten kannatus nousee, ja kampanja tiivistyy Ouluun: ”Ihan tavalliset keski-ikäiset ihmiset ovat nyt vihaisia”

    5. 5

      Kiltteydellään hurmannut kumppani alkoikin vähitellen kontrolloida kaikkea – sadat lukijat kertoivat, millaista on, kun puolison mieli järkkyy

      Tilaajille
    6. 6

      Yli 2 300 suomalaista vastasi HS:n peltipoliisi­kyselyyn: Jaetuin tunnetila on raivo, ja jostain syystä se kohdistuu yhteen mieheen

    7. 7

      Miksi puoliso pettää? Psykoterapeutti Annikki Kaikkonen tutki uskottomuutta ja löysi kaksi toistuvaa tarinaa

      Tilaajille
    8. 8

      Lapset alkoivat ommella kestokasseja korvatakseen muovipussit ja se sai sosiaalisen median tolaltaan – ”Täytyypi alkaa käydä kaupassa naapurikunnissa”

    9. 9

      Shiar oli 15-vuotiaana jo päätynyt lastensuojelun asiakkaaksi – Sitten jostakin ilmestyi pankkimies Tuomas Plattonen

    10. 10

      Samsung esitteli odotetun taittuvan älypuhelimensa

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Miksi puoliso pettää? Psykoterapeutti Annikki Kaikkonen tutki uskottomuutta ja löysi kaksi toistuvaa tarinaa

      Tilaajille
    2. 2

      Lauri Markkasesta voi tulla kaikkien aikojen suomalais­urheilija – HS:n erikois­artikkeli näyttää, mikä tekee nuoresta kori­palloilijasta niin poikkeuksellisen

    3. 3

      Japanissa harvinaiset airokalat ovat nousseet pintaan – Myös tutkijat uskovat historiallisen suuren maanjäristyksen olevan vain ajan kysymys

    4. 4

      Hyvänä nukkujana pidetty voi kärsiä vakavasta sairaudesta – nämä merkit kielivät, että uni ei ole normaalia

      Tilaajille
    5. 5

      ”Olen tehnyt paljon väärää, maannut avio­miesten ja perheen­isien kanssa” – Pienessä suomalais­kaupungissa asuu entinen prostituoitu ja ihmis­kaupan uhri

      Tilaajille
    6. 6

      Suvi Pitkänen sai huuliinsa pistoshoidosta kudosvaurion, eivätkä ne palaa koskaan ennalleen – ”Epäonnistuneiden hoitojen tuloksia näkee kadulla aivan liian usein”, sanoo plastiikkakirurgi

      Tilaajille
    7. 7

      Oli huippulukio, oli harrastukset, oli liikaa intoa ja liian vähän aikaa – Ja niin Elena Shemyakin mieli hajosi

      Tilaajille
    8. 8

      Punnerrustesti ennustaa sydänterveyttä – yksinkertaisen testin voi tehdä missä ja koska vain

    9. 9

      Saturday Night Live pilkkasi hätätilajulistusta, ja Donald Trump sai tarpeekseen: ”Miten kanavat selviävät tästä ilman seuraamuksia?”

    10. 10

      Elina Mäkinen, 25, on poikkeusyksilö, joka pysyy hengissä jäisessä vedessä lähes puoli tuntia – ”Antureiden mukaan minun pitäisi olla kuollut”

    11. Näytä lisää