Wi-Fi

Li-Fi: tudo sobre a tecnologia sem fio do futuro

Vivemos em um mundo no qual conectividade com a Internet é essencial. Mas não basta estar conectado. É preciso que seja com alta largura de banda, para que os diferentes aplicativos, o streaming de áudio e vídeo, a comunicação baseada na Web, ou os jogos online, funcionem adequadamente.

Mais ainda, deve ocorrer sem fio, por conta dos dispositivos móveis, que são a principal via de acesso atualmente.

O Wi-Fi tem sido até agora a resposta para esse cenário, embora enfrente problemas para atender ao crescimento contínuo de demanda, bem como capacidade, eficiência e segurança, para citar apenas os principais. Mesmo o Wi-Fi 7, que nem teve tempo de se consolidar e popularizar, não deve resolver todos esses problemas.

No entanto, já há tecnologia que pode ser a resposta a tudo isso – o Li-Fi.

Por isso, no post de hoje nós vamos explicar o que é essa tecnologia, como funciona, suas vantagens e as esclarecer os pontos mais importantes e controversos a respeito.

O que é Li-Fi?

Li-Fi é a abreviação de Light-Fidelity e que dá nome a nova tecnologia desenvolvida para transmissão de dados sem uso de fios e baseada em luz.

Sim, em vez de usar radiofrequência como no caso do Wi-Fi, a forma de transmissão dos dados se dá por luz.

Embora o assunto tenha ganho destaque recentemente, deve-se mais ao fato do IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), ter anunciado em 12 de julho de 2023, a padronização do Li-Fi.

Entretanto, os princípios da tecnologia Li-Fi começaram a ganhar destaque já em 2011, quando Harald Haas, professor da University of Edinburgh, lançou um artigo e iniciou pesquisas sobre comunicação sem fio por meio ótico. Pouco tempo depois, na TEDGlobal, ele apresentou as linhas gerais do conceito e em 2015 demonstrou-o também na TED.

Mas somente a partir do estabelecimento de um padrão (standard) para o Li-Fi, a indústria será capaz de criar toda a infraestrutura que implementa e dá suporte à tecnologia, da mesma forma que já acontece para o Wi-Fi.

O que é IEEE 802.11bb?

A IEEE, que foi a responsável por estabelecer esse padrão, é a associação internacional que já é responsável pela regulamentação do Wi-Fi. Sendo assim, quando você vê cada geração de Wi-Fi e as características do seu roteador ou do seu dispositivo, terá algo como: IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n, IEEE 802.11ac ou IEEE 802.11be.

Cada um corresponde a um conjunto de normas que os dispositivos devem cumprir ao transmitirem dados em redes sem fio.

Já o IEEE 802.11bb é o padrão que define as especificações da camada física e arquiteturas de sistema para comunicação sem fio usando ondas de luz, estabelecido pelo “Working Group” (grupo de trabalho) do IEEE para o Li-Fi.

Esse padrão estabelece as bases para a ampla adoção da tecnologia Li-Fi, possibilitando a interoperabilidade dos sistemas nela baseadas, de tal forma que toda a indústria – de fabricantes de processadores passando pela indústria de telefonia móvel, hardware em geral, bem como dispositivos para conectividade – pode começar a projetar e desenvolver equipamentos que levam a tecnologia embarcada.

Como funciona o Li-Fi?

Entender como funciona o Li-Fi, passa por compreender um pouco do papel das redes de computadores, sejam as físicas (por fios / cabos), sejam as sem fio / wireless (Wi-Fi).

Todo dispositivo (notebook, smartphone, impressora, smartTV, console de jogo, etc) conectado a uma rede, troca dados na forma de números binários (0’s e 1’s) e que são agrupados no que se conhece por pacotes.

A fim de facilitar a compreensão, podemos comparar às correspondências, as quais têm informações do remetente e do destinatário. Os pacotes, também têm dados com função análoga, já que é assim que o roteador “sabe” o endereço IP – e cada dispositivo conectado tem um único – onde ele deve entregar cada pacote, bem como também “sabe’ a procedência (endereço IP) de onde ele vêm.

Em uma rede cabeada / com fios, esse mundo de bits (0’s e 1’s), são convertidos em sinais elétricos. Na rede sem fio, em ondas de rádio, com determinada amplitude, frequência e fase, em processo chamado de Digital Phase Shift Keying.

Quando esses bits (0’s e 1’s), chegam ao destino, são convertidos novamente para sua condição original, que pode ser uma imagem, uma mensagem de texto, ou quem sabe um áudio.

Já na rede Li-Fi, utiliza-se uma fonte de luz, no processo chamado de VLC (Visible Light Communication), que pode ser um LED, similar ao que existe na lâmpada da sua casa ou em um aparelho eletrônico (ex: TV). O led aceso corresponde ao 1 e apagado, corresponde ao 0.

Um led pode alternar entre a condição de aceso e apagado 1.000.000 (um milhão) de vezes por segundo, conforme você fornece ou não corrente elétrica para ele. É uma frequência muito maior do que o olho humano é capaz de perceber, o que significa que parece que o led está sempre aceso.

Ou seja, em um segundo, apenas um led tem a capacidade piscar um milhão de vezes ou de enviar um milhão de zeros e uns, ou ainda se preferir, 125.000 binários de 8 bits, ou 15.625 binários de 64 bits.

Alternativamente também, em vez de usar a faixa do espectro eletromagnético que corresponde à luz visível, pode usar a faixa que corresponde ao infravermelho, o qual não é visível pelo olho humano, mas cujas aplicações já conhecemos, como no caso do controle remoto do aparelho de TV.

Espectro Eletromagnético Seja usando luz visível, seja usando o infravermelho, a fonte emissora pode conter vários leds e, portanto, multiplicar a quantidade de dados transmitida por intervalo de tempo.

Na outra ponta, há o receptor, que genericamente é um fotodiodo e que consiste de um componente eletrônico que capta essa luz e transforma em um sinal elétrico, de 0 volt ou 5 volts (ou outra voltagem), que por sua vez é novamente convertido em zeros e uns.

Para completar o ciclo, tanto o dispositivo (notebook, smartphone, impressora, etc), precisa ter o receptor de luz (fotodiodo) e um emissor (led), quanto o roteador (ou um ponto dele) também, para que os dados sejam recebidos e enviados, tanto por um, quanto pelo outro.

Por que o Li-Fi foi criado?

Como mencionamos, apesar das redes Wi-Fi terem seu uso disseminado e estarem plenamente integradas ao nosso quotidiano para os mais diversos usos, há uma série de questões que constituem limitantes, como o adensamento de uso, chamado de “spectrum crunch” e que consiste da potencial falta de espectro de frequências sem fio, necessárias para suportar um número crescente de dispositivos, além de vários usos restritos, usos governamentais e do setor privado de frequências.

É preciso lembrar que o uso de radiofrequência é amplo.

Quase tudo a nossa volta, faz uso de ondas de rádio. Bluetooth, usa. Nossos aparelhos celulares e cada geração (3G, 4G, 5G), usam faixas de frequências específicas. Os canais das emissoras de TV e consequentemente aparelhos televisores. As emissoras de rádio. Sistemas de radares e sistemas de aeroportos. Sistemas de Internet por satélite, como a Starlink.

Soma-se a isso, o fato de que temos cada vez mais dispositivos conectados, sem contar a Internet das Coisas (IoT). Enfim, há estimativas de que até 2025, haja um esgotamento das frequências de rádio.

Porém o espectro de frequências do Li-Fi, é 10.000 (dez mil!) vezes superior ao do Wi-Fi.

Além do esgotamento do espectro de frequências, há outros fatores que fazem com que o Wi-Fi precise de uma alternativa:

Segurança – mais precisamente a falta de segurança. Já abordamos a questão no post sobre a segurança do Wi-Fi e no uso do Wi-Fi público;
Desempenho – o Wi-Fi 7, que é o padrão mais recente, apesar de alcançar velocidades bem superiores às gerações anteriores, ainda tem desempenho bem inferior ao que o Li-Fi poderá entregar;
Interferência – o Wi-Fi por usar ondas de rádio, é suscetível a interferências de aparelhos eletromagnéticos que operem em faixas de frequências próximas e muitos eletrodomésticos podem produzir interferências e comprometer o desempenho, quando estiverem funcionando nas proximidades;
Limitação técnica – no Wi-Fi 5, por exemplo, os canais do roteador são canais DFS, ou seja, o uso de frequências Wi-Fi de 5 GHz que geralmente são reservadas para radar e radar militar, comunicação por satélite, radar meteorológico, aeroportos, faz com que a depender da localização do equipamento, ele só operará em 80 MHz em largura de canal. Logo, não atinge a condição de melhor desempenho;
Ambientes especiais – determinados ambientes, como algumas áreas de hospitais (ex; radiologia), aviões, laboratórios de determinadas pesquisas, entre outros, são muito sensíveis a interferências que o Wi-Fi pode produzir e inclusive é uma das razões pelas quais o uso de celulares nas companhias áreas sofre restrições;
Adensamento – o adensamento de dispositivos em um mesmo roteador Wi-Fi, provoca degradação do desempenho, o que é suportado de forma muito melhor com o Li-Fi.

Quais as vantagens do Li-Fi?

Algumas das possíveis vantagens do Li-Fi comparativamente ao Wi-Fi, já devem ter ficado aparentes.

Todavia, vamos tratar explicitamente das principais:

1. Velocidade

Mesmo preliminarmente, os testes realizados e a aplicação dos conceitos, apontam para velocidades de transmissão de dados muito superiores ao Wi-Fi. Em condições médias, estima-se que uma rede Li-Fi opere em 100Gbps, mas em condições especiais, pode atingir 224Gbps.

Mais rápido do que o 5G “puro” e que o Wi-Fi 7!

Na prática, apesar do Wi-Fi 7 estabelecer como possibilidade do padrão atingir 46 Gbps, a velocidade máxima na maioria dos casos e em condições próximas do ideal, não deve ultrapassar os 7 Gbps.

Inclusive em um vídeo no canal da Intel no YouTube, um teste em ambiente controlado e teoricamente em condições ótimas, realizado entre Intel e Broadcom, a velocidade máxima atingida foi de 5.10 Gbps, que é bastante bom, mas ainda é bem inferior ao Li-Fi.

No atual estágio de desenvolvimento, uma só lâmpada é capaz de fornecer 42 Mbps. Em um hipotético ambiente com 15 usuários e 8 lâmpadas, cada usuário terá uma largura de banda de 300 Mbps.

2. Segurança

O “sinal” não atravessa obstáculos físicos, como paredes, assim só os dispositivos dentro de um ambiente em que o dispositivo recebe a luz do emissor, conseguem trocar dados com ele.

Ou seja, acaba a situação na qual você identifica sinais Wi-Fi na vizinhança do dispositivo.

Além disso, quando faz uso de VLC (luz visível), nos testes conduzidos foi possível atingir bom desempenho mesmo com uma incidência luminosa de apenas 10% da capacidade do emissor.

Um dos modelos de dispositivo da pureLiFi – empresa de Harald Haas – foi capaz de operar em níveis de luz de apenas 60 lux. Para efeito de comparação, o padrão mínimo determinado na NBR 5413, para uma sala de aula, é de 200 lux, sendo o indicado, 300 lux.

Portanto, os dados transmitidos por Li-Fi ficam inacessíveis por todos que não tiverem acesso à luz do ponto emissor.

3. Custos

A infraestrutura do Li-Fi consome menos energia elétrica do que o Wi-Fi.

Mas também cogita-se que a medida que a tecnologia esteja disseminada, o hardware necessário também seja mais barato.

Conforme a indústria do setor criar produtos, a mesma lâmpada que serve para iluminar o ambiente, também poderá servir como ponto de acesso à rede / Internet. Logo mais trataremos melhor dessa possibilidade.

4. Bidirecional / full duplex

A troca de dados ocorre simultaneamente, ou seja, nos dois sentidos (emissor para receptor e vice-versa) e na mesma velocidade.

Inclusive se em um ambiente existem duas lâmpadas Li-Fi, cada uma comporta-se como um ponto de rede, com seus próprios endereços IPs e podem trocar dados entre si.

5. Ambientes especiais

Como seria de se supor, o Li-Fi pode ser usado em áreas / localidades e situações em que há limitações / restrições ao Wi-Fi, como dentro ou na proximidade de aeroportos, hospitais, áreas militares, dentro de aviões, etc.

Até mesmo em condições nas quais o Wi-Fi é ineficiente, como no fundo do mar, o Li-Fi apresenta-se como solução.

Perguntas frequentes sobre o Li-Fi

A popularização dessa nova tecnologia ainda não aconteceu. No entanto, desde que o IEEE publicou a norma 802.11bb, o que se viu foi uma profusão de conteúdos visando trazer luz ao assunto, mas muitos deles lamentavelmente estão apresentando informações erradas.

Por essa razão vamos listar a seguir algumas perguntas frequentes cujas respectivas respostas estão produzindo desinformação, mas aqui com base em dados seguros e exatos a respeito.

Minha lâmpada de led pode ser usada para Li-Fi?

Tecnicamente sim, mas de modo restrito.

É preciso compreender como funciona o Li-Fi e que explicamos anteriormente.

As lâmpadas que a maioria de nós têm, podem servir para enviar dados, desde que conectadas em um soquete que faça com que ele pisque de acordo com a sequência binária correspondente aos dados. Em outras palavras, é preciso um sistema que transforme os dados nas sequências elétricas equivalentes e consequentemente em dados na forma de luz.

Além disso, as lâmpadas próprias para tal finalidade, também precisam ter os fotodiodos para funcionarem recebendo dados dos dispositivos (notebook, smartphone, smartTV, tablet, etc).

Por fim, mas não menos importante, devido ao funcionamento de um led com tal propósito, há características físicas e de fabricação visando sua durabilidade.

Logo, quando a tecnologia estiver disseminada, deveremos ter lâmpadas com papel apenas de iluminar e para uso em Li-Fi.

Não precisarei mais de roteador?

Sim, precisará. Entretanto, será um roteador diferente do atual.

Erroneamente tem se falado que a lâmpada de led que você tem na sua casa, eliminará a necessidade do roteador.

Aqueles que fazem tal afirmação, desconhecem o papel do roteador e que é gerenciar as rotas de dados em uma rede. No caso de uma rede wireless, ele faz uso do Wi-Fi.

Com o Li-Fi, em vez de uma antena, o roteador deverá estar conectado a uma lâmpada, que além da sua função primária (iluminar), também servirá para troca de dados.

Em um dos equipamentos já existentes, o roteador é conectado às lâmpadas por cabos, os quais têm função de dados e de energizar os leds e assim prover luz ao ambiente.

Portanto, serão roteadores diferentes daqueles que usamos no Wi-Fi.

É claro que com a evolução e para determinados usos, a indústria desenvolva uma lâmpada “tudo em 1”, que tenha um circuito que cumpra a função de roteador, conecte-se com o modem do seu provedor de acesso, tenha o receptor e o emissor (a própria lâmpada).

O Li-Fi substituirá o Wi-Fi?

Depende. É preciso avaliar o uso atual, se as vantagens são apreciáveis e se há necessidade de realizar troca.

Por exemplo, imaginemos uma empresa instalada em um grande galpão de milhares de metros quadrados. Em certas áreas da empresa, não há preocupação quanto à segurança da rede Wi-Fi, porque simplesmente o roteador wireless está muito distante fisicamente para que seu sinal seja captado e interceptado por possível invasor externo.

Nesse caso, a justificativa de segurança não é pertinente.

Dependendo da demanda de velocidade e de volume de dados, também há que se avaliar se a oferta atual é compatível à demanda.

Os especialistas no assunto, veem que há vários casos em que as tecnologias sejam usadas de forma complementar.

Há desvantagens no uso do Li-Fi?

Apesar de haver claras vantagens, nem tudo são flores e, portanto, há sim desvantagens.

Atualmente o alcance está limitado a aproximadamente 10 metros.

Além disso, a mesma característica que constitui uma vantagem, se vista de outra forma, é uma desvantagem. A luz não atravessa obstáculos como paredes e sendo assim, uma só fonte / emissor, não atende outros ambientes de uma casa ou escritório, por exemplo.

Lugares com mais de um ambiente, precisarão de ao menos um emissor por ambiente.

Outra desvantagem imediata, é que nenhum hardware atualmente está apto a operar em uma rede Li-Fi. Já há apenas pequenos dispositivos, que parecem pequenos pen-drives e que contém emissor e receptor, para conexão em uma entrada USB. Lembram os primeiros receptores de Wi-Fi, quando a tecnologia ainda estava se popularizando.

Mas mesmo quando for comum ter smartphones dotados de Li-Fi, eles não terão acesso à rede quando estiverem dentro do bolso ou da bolsa, ou se estiverem sobre a mesa, mas virados com o sensor / receptor para baixo ou fora do alcance da luz.

Também é oportuno salientar, que ainda há algum desenvolvimento a ser feito até que a tecnologia esteja madura. Por exemplo, outras fontes de luz, como uma lâmpada fluorescente, podem interferir no tráfego de dados, sendo necessário filtrar as frequências luminosas que não correspondem ao emissor.