以前，光源只是獨(dú)立的裝置，其唯一目的就是為某個(gè)特定區(qū)域照明，但這種狀況已經(jīng)一去不復(fù)返。我們生活中日益提高的連通性和對(duì)于數(shù)據(jù)依賴的增加意味著光源的作用正在發(fā)生改變?；ヂ?lián)照明系統(tǒng)（CLS），采用發(fā)光二極管（LED）技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）連接，現(xiàn)在能夠使設(shè)計(jì)工程師既可以提供照明，又能傳輸數(shù)據(jù)。這為節(jié)省能源，并為個(gè)人、企業(yè)和社區(qū)提供新的服務(wù)和便利開辟了新的機(jī)會(huì)。

　　越來(lái)越多的互聯(lián)照明系統(tǒng)采用Li-Fi，這是一種新興的光無(wú)線技術(shù)，為“光保真度（light fidelity）”的簡(jiǎn)稱。這種技術(shù)于2011年推出，目標(biāo)是將照明作為智能基礎(chǔ)設(shè)施的核心。通過使用IEEE802.11協(xié)議，Li-Fi作為Wi-Fi的替代方案正在呈現(xiàn)迅猛發(fā)展勢(shì)頭。這里，我們將更深入地探討CLS、Li-Fi和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并進(jìn)一步討論哪些技術(shù)將為CLS提供更大支持以發(fā)揮其全部潛力。

　　物聯(lián)網(wǎng)給照明帶來(lái)的變革

　　物聯(lián)網(wǎng)對(duì)世界的影響已經(jīng)非常巨大。在照明領(lǐng)域，通過將現(xiàn)代光學(xué)傳感器與無(wú)線連接相結(jié)合，工程師現(xiàn)在可以集中精力于收集數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)綌?shù)字領(lǐng)域，以進(jìn)行分析和其他設(shè)定的行動(dòng)。下面我們簡(jiǎn)單地看看這些關(guān)鍵領(lǐng)域

　　現(xiàn)代光學(xué)傳感器

　　我們周圍有很多傳感器，記錄從溫度和濕度到揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）和振動(dòng)水平等許多數(shù)據(jù)。這些傳感器能夠?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，之后可由一系列系統(tǒng)進(jìn)行讀取、分析和操作。

　　我們感興趣的傳感器是光學(xué)傳感器，它能夠把光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。這意味著系統(tǒng)可以感知是否打開了燈，以及燈光的強(qiáng)度等等。

　　無(wú)線連接

　　Wi-Fi使用射頻（RF）頻譜范圍內(nèi)（頻率在20kHz-300GHz之間）電磁輻射，能夠使設(shè)備連接到附近的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi主要在五個(gè)主要頻率范圍內(nèi)工作：2.4GHz、3.6GHz、4.9GHz、5GHz和5.9GHz，大多數(shù)消費(fèi)電子產(chǎn)品使用2.4GHz和/或5GHz。盡管Wi-Fi非常普遍，但這種技術(shù)也有很多問題，例如易受黑客攻擊，頻譜已經(jīng)接近容量極限等等。這就是Li-Fi技術(shù)得以進(jìn)入的原因，我們下面將討論這些。

　　數(shù)據(jù)

　　以數(shù)字方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)能夠使其用于各種目的，包括通過使用大數(shù)據(jù)分析（BDA）和人工智能（AI）進(jìn)行管理、應(yīng)用和擴(kuò)展數(shù)據(jù)?；ヂ?lián)照明系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是使照明系統(tǒng)成為這一更廣泛技術(shù)框架的一部分，以創(chuàng)造更智能的端到端系統(tǒng)為目標(biāo)。

　　Li-Fi：用光進(jìn)行通信

　　互聯(lián)照明系統(tǒng)是采用基于固態(tài)照明（SSL）的技術(shù)而構(gòu)建，所使用的是LED，而不是燈絲、氣體或等離子等。LED牢固可靠、體積緊湊、能效高，并且通常具有較長(zhǎng)的使用壽命。在控制顏色和輸出亮度，以及在開和關(guān)調(diào)節(jié)的能力方面，LED會(huì)給設(shè)計(jì)師帶來(lái)很高靈活性。正是這種對(duì)于開關(guān)的控制能力對(duì)Li-Fi至關(guān)重要。

　　Wi-Fi是使用無(wú)線電波傳輸數(shù)據(jù)，而Li-Fi則被稱為“光無(wú)線通信”（OWC）技術(shù)，這意味著它是通過使用光波進(jìn)行通信。這種光波或許是可見光譜，也可以是紅外線和紫外線。與Wi-Fi相比，LI-Fi能夠提供可靠、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)流，在某些情況下速度超過30Mbps。

　　使用光而不是無(wú)線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸有很多好處。首先，可見光Li-Fi光譜比其射頻競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手（Wi-Fi）大近10000倍。其次，由于Li-Fi使用了視線（LoS）內(nèi)傳輸架構(gòu)，具有很高的抗黑客能力：如果有人試圖攔截?cái)?shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)的傳輸路徑會(huì)被破壞，不能進(jìn)行任何信息傳輸。

　　正如我們?cè)谏厦嫣岬剑琇ED的快速調(diào)節(jié)開關(guān)能力是實(shí)現(xiàn)Li-Fi通信的一個(gè)關(guān)鍵因素，通過特定的調(diào)制和解調(diào)機(jī)制可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。Li-Fi的工作原理是將數(shù)據(jù)流饋入到一個(gè)SSL驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器可以控制一個(gè)或多個(gè)LED，并以遠(yuǎn)比人眼能覺察快很多的速度開啟和關(guān)閉這些LED。這種閃光可由Li-Fi設(shè)備中的感光器接收，繼而產(chǎn)生一個(gè)與傳感器接收的光線量成比例的電流。然后，該電信號(hào)經(jīng)過放大、調(diào)節(jié)和處理，被無(wú)線發(fā)送到計(jì)算機(jī)、平板電腦或智能手機(jī)等其他設(shè)備。

　　創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)在生態(tài)系統(tǒng)

　　幾年來(lái)，幾家LED制造商一直在致力于創(chuàng)建真正統(tǒng)一的互聯(lián)照明系統(tǒng)解決方案。我們所說(shuō)的統(tǒng)一互聯(lián)照明系統(tǒng)是指光可以在一個(gè)地方與所有機(jī)電系統(tǒng)相互作用。創(chuàng)建一個(gè)全面的解決方案可以確保互操作性、高性能和可靠性。這項(xiàng)工作表明，需要從四個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域來(lái)支持幫助互聯(lián)照明系統(tǒng)發(fā)揮其全部潛力：硬件、物聯(lián)網(wǎng)、軟件和接口。

　　硬件

　　互聯(lián)照明系統(tǒng)硬件部分需要LED和適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)器來(lái)控制供給它們的電流。設(shè)計(jì)師還需要考慮相關(guān)的電光機(jī)械功能，使他們能夠?qū)a(chǎn)品變成有用的光源。硬件可能需要散熱片來(lái)降低溫度，還需要其他組件來(lái)控制光學(xué)部件、安裝設(shè)備、包裝設(shè)備，并通過一些常見的設(shè)計(jì)代碼將其與其他設(shè)備集成。同樣重要的是，需要包括能夠?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的智能傳感器。

　　在所有這些組件都能夠正常發(fā)揮作用的情況下，設(shè)計(jì)師面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是確保所有組件能夠彼此協(xié)調(diào)工作。

　　物聯(lián)網(wǎng)

　　當(dāng)然，硬件只是系統(tǒng)的一部分?；ヂ?lián)照明系統(tǒng)需要能夠與其他照明系統(tǒng)連接，以便可以一起工作?；ヂ?lián)照明系統(tǒng)制造商需要考慮這些集成所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，尤其是在數(shù)據(jù)安全方面的挑戰(zhàn)。如何保護(hù)數(shù)據(jù)免受未經(jīng)授權(quán)的盜取或惡意控制系統(tǒng)的企圖？這可能需要圍繞身份驗(yàn)證進(jìn)行工作，確保只有擁有正確密鑰的人可以訪問。其他需要考慮的因素還包括存儲(chǔ)、服務(wù)器和數(shù)據(jù)分析。

　　所有這些都將有助于確保數(shù)據(jù)能夠安全和可靠地饋入互聯(lián)照明系統(tǒng)和從系統(tǒng)中提取。

　　軟件

　　當(dāng)今的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師可以訪問一系列基于云的服務(wù)，這些服務(wù)是他們以前的同事所夢(mèng)寐以求的。如果互聯(lián)照明系統(tǒng)提供商能夠提供基于云的技術(shù)服務(wù)以補(bǔ)充其硬件，將使他們?cè)谑袌?chǎng)中處于非常有利地位，因?yàn)榭蛻魧⒛軌蚋?、更容易地獲得所購(gòu)買的互聯(lián)照明系統(tǒng)的全部?jī)?yōu)勢(shì)。

　　未來(lái)的互操作性也非常重要?；跇?biāo)準(zhǔn)的解決方案能夠使不同制造商的產(chǎn)品在今天以及未來(lái)無(wú)縫地協(xié)作運(yùn)行，這很可能有助于推動(dòng)互聯(lián)照明系統(tǒng)市場(chǎng)的更快增長(zhǎng)。相反，如果需要跨領(lǐng)域和邊界工作，與其他產(chǎn)品缺乏這種互操作性可能會(huì)處于極大的競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)。

　　接口

　　最后一個(gè)需要互聯(lián)照明系統(tǒng)制造商考慮的領(lǐng)域是常見的應(yīng)用程序接口（API）。美國(guó)能源部認(rèn)為，如果想要實(shí)現(xiàn)互聯(lián)照明系統(tǒng)與能量相關(guān)的所有好處，接口將是一個(gè)必須要克服的重大挑戰(zhàn)。

　　固態(tài)照明本身已經(jīng)具有很高的能效。但是，只有在更大區(qū)域連接多個(gè)互聯(lián)照明系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的能源節(jié)省。通過創(chuàng)建一個(gè)跨越家庭、商店、工作場(chǎng)所和街道照明的智能照明網(wǎng)絡(luò)，可以使未來(lái)的城市具有更大的潛力來(lái)提高效率。這將能夠使更大的區(qū)域作為一個(gè)統(tǒng)一整體去工作，而不是許多獨(dú)立個(gè)體各自運(yùn)行。通過傳感器收集數(shù)據(jù)并將其饋入分析引擎，照明系統(tǒng)將能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整光源以節(jié)省資金和能源。美國(guó)能源部建議，盡管照明行業(yè)希望采用標(biāo)準(zhǔn)化的安全途徑，以盡量減少整個(gè)行業(yè)的集成挑戰(zhàn)，但應(yīng)向用戶開放提供API。

　　結(jié)論

　　基于LED的光源使能夠使照明數(shù)字化，光源可作為物聯(lián)網(wǎng)的一部分連接在一起。因此，現(xiàn)代互聯(lián)照明系統(tǒng)具有很大的潛力來(lái)真正改善我們的生活、財(cái)務(wù)狀況以及我們所生活的世界。

　　Li-Fi協(xié)議使互聯(lián)照明系統(tǒng)既能夠提供照明，又可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這些功能意味著，基于Li-Fi的照明系統(tǒng)可以提供一個(gè)真正的替代方案，來(lái)取代目前智能基礎(chǔ)設(shè)施核心日益擁擠的Wi-Fi頻譜。

　　隨著互聯(lián)照明領(lǐng)域的創(chuàng)新步伐加快，我們期望能夠看到一個(gè)比當(dāng)今世界更加光明的未來(lái)。