A Li-Fi technol´ ogia Bagoly Zsolt Debreceni Egyetem Informatika Kar 2014. febru´ar 13.
Tartalomjegyz´ ek 1. Bevezet´ es
3
2. A Wi-Fi biztons´ aga
4
3. A Li-Fi 3.1. A Li-Fi bemutat´asa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. A Li-Fi technol´ogia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. A Li-Fi felhaszn´al´asi ter¨ uletei . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 5 6 7
4. Konkl´ uzi´ o
8
5. Irodalomjegyz´ ek
9
2
1.
Bevezet´ es
A kedvez˝o tulajdons´agai miatt manaps´ag legink´abb elterjedt Wi-Fi-t (IEEE 802.11) els˝o sorban WLAN h´al´ozatokban alkalmazz´ak sz´eles k¨orben, szemben az adattov´abb´ıt´asra illetve vez´erl´esre sz´ant egy´eb PAN kommunik´aci´os szabv´anyokkal (Bluetooth, ZigBee, ANT UWB, Wireless USB stb.). A vil´agon a h´aztart´asok t¨obb mint 60%-ban van sz´eless´av´ u internet kapcsolat, ´es a magyar h´aztart´asok t¨obb mint negyed´eben pedig Wi-Fi kapcsolat, amely a becsl´esek szerint 2016-ra az 50% k¨ozeli ´ert´eket is el´erheti. Ennek f´eny´eben mag´at´ol ´ertet˝odik a Wi-Fi alap´ u h´al´ozatok tiktos´ıt´asa, amely megv´edi a felhaszn´al´ot az illet´ektelen hozz´af´er´est˝ol ´es k´arokoz´ast´ol. Viszont egy u ´jabb technol´ogia forradalmas´ıtani l´atszik a wireless kommunik´aci´ot, ´es a becsl´esek szerint n´eh´any ´even bel¨ ul kiszor´ıthatja a Wi-Fi alap´ u eszk¨oz¨oket a sz´amos kedvez˝obb tulajdons´aga miatt. Az u ´j technol´ogia neve: Li-Fi VLC (Light Fidelity Visible Light Communication).
3
2.
A Wi-Fi biztons´ aga
Egy a´tviteli k¨ozegen a hozz´af´er´est k´etf´ele m´odon lehet v´edeni a behatol´ast´ol: 1. A k¨ozeg b´arki sz´am´ara hozz´af´erhet˝o, ´ıgy titkos´ıt´asra van sz¨ uks´eg (a wifi pont ilyen) 2. A k¨ozeg z´art rendszer˝ u, csak a megfelel˝o v´egpontokon ´es helyeken biztos´ıtott a hozz´af´er´es (optikai k´abel) A wifi a´ltal haszn´alt r´adi´ofrekvenci´as tartom´anyba es˝o elektrom´agneses hull´amok egyik tulajdons´aga, hogy k´epes a terept´argyakon t¨ort´en˝o a´thatol´asra. Egyik legelemibb p´elda, hogy egy ´ep¨ uletben elhelyezett ´atlagos wireless router jele n´eh´any sz´az m´eternyi tartom´anyban is vehet˝o. Ez´ert rendk´ıv¨ ul fontos a titkos´ıt´as, mivel a k¨ozeg b´arki sz´am´ara el´erhet˝o. Az alkalmazhat´o titkos´ıt´asi protokollok: • WEP: Wired Equivalent Privacy • WPA ´es WPA2: Wi-Fi Protected Access Elfogadhat´o v´edelmet ezek k¨oz¨ ul csak a WPA2 ny´ ujt, a WEP t¨obb biztons´agi r´est is tartalmaz, amelyet k¨ ul¨onb¨oz˝o m´odokon t´amadhatunk (osztott kulcs´ u hiteles´ıt´es, MAC c´ım hamis´ıt´as). A t´amad´ashoz ¨osszesen egy PC-re, egy j´o nyeres´eg˝ u wifi h´al´ok´arty´ara ´es az interneten b´arki sz´am´ara hozz´af´erhat˝o Aircrack-ng nev˝ u alkalmaz´asra van sz¨ uks´eg. Mindezek ellen´ere gyakran lehet tal´alkozni WEP alap´ u titkos´ıt´asokkal. Egy SignalKing t´ıpus´ u ”wifi-vad´asz” antenn´aval kilist´aztattam a k¨ozelben l´ev˝o SSID-kat, ´es 19-b˝ol 3 db WEP protokollal titkos´ıtott csatorn´at tal´altam.
4
3. 3.1.
A Li-Fi A Li-Fi bemutat´ asa
Felvet˝odik a k´erd´es, hogy haszn´alhatunk-e az optikai k´abelhez hasonl´o z´art rendszer˝ u vezet´ek n´elk¨ uli k¨ozeget? 2011 okt´obere ´ota gyakorlatilag a v´alasz: IGEN. A Li-Fi (Light Fidelity) a j¨ov˝o wireless alap´ u technol´ogi´aja, amellyel a 10 Gb/s sebess´eg el´er´es´et j´osolj´ak a k¨ozel j¨ov˝ore. Ahogy a neve is mutatja, az elektrom´agneses spektrum l´athat´o tartom´any´at haszn´alj´ak az a´tvitelhez. A f´enyforr´as egy LED (Light Emitting Diode) a vev˝oegys´eg pedig valamilyen optikai f´elvezet˝o eszk¨oz (fototranzisztor, fotodid´oda, fotoellen´all´as stb.). A Li-Fi k´et verhetetlen el˝onye: 1. Z´art k¨ozeg˝ u: egy helyis´egben elhelyezett f´enyforr´assal a kommunik´aci´o csak k¨ozvetlen r´al´at´assal lehets´eges, a f´eny pedig nem k´epes a terept´argyakon a´thatolni. Teh´at a jelet csak a helyis´egen bel¨ ul vagyunk k´epesek ”fogni”, azon k´ıv¨ ul ez m´ar fizikailag nem lehets´eges, ´ıgy nincsen sz¨ uks´eg titkos´ıt´asra sem. 2. Hatalmas s´avsz´eless´eg, nagy sebess´eg (ak´ar 10 Gb/s): Am´ıg a Wi-Fi a´ltal haszn´alt frekvencia fels˝o hat´ara 5 − 6GHz k¨oz´e tehet˝o, addig a Li-Fi-nek a teljes l´athat´o spektrum a rendelkez´es´ere a´ll: • L´athat´o f´eny: λ = 375nm...780nm → f = • Teh´at: 400...800T Hz vs 5...6GHz
A Li-Fi rendszer
5
c λ
3.2.
A Li-Fi technol´ ogia
Maga a technol´ogia feltal´al´asa Harald Haas n´emet fizikus nev´ehez f˝ uz˝odik, aki a k´ıs´erlet´eben LED f´enyforr´ast modul´alt optikai k´abelen k¨ uld¨ott adatokkal. Ez a D-Light nevet kapta, gyakorlatilag a LED l´ampa ki-be kapcsol´as´aval tudta k¨ uldeni a bin´aris adatokat olyan gyorsan, amit az emberi szem nem k´epes k¨ovetni, folytonos f´enynek l´at. Ezzel 10 Mb/s sebess´eget ´ert el. Ezt a VLC (Visible Light Communication) m´odszert az Oxfordi ´es Edingburgh-i Egyetemeken tov´abbfejlesztett´ek, ´es h´arom k¨ ul¨onb¨oz˝o sz´ın˝ u LED (piros, z¨old, k´ek) seg´ıts´eg´evel WDMA modul´aci´ot megval´os´ıtva j´oval nagyobb sebess´eget ´ertek el a p´arhuzamos ´atvitel alkalmaz´as´aval. A Heinrich Hertz kutat´oint´ezetben laborat´oriumi k¨or¨ ulm´enyek k¨oz¨ott 500 Mb/s sebess´eg˝ u ´atvitelt val´os´ıtottak meg egy szimpla feh´er LED seg´ıts´eg´evel. Jelenleg K´ın´aban sikeresen teszteltek a gyakorlatban egy 150 Mb/s-os ´atvitelt, de a 10 Gb/s-os rendszer megval´os´ıt´as´at j´osolj´ak n´eh´any ´even bel¨ ul.
A bal oldali a´br´an a Li-Fi rendszerben megval´os´ıtott downstream let¨olt´es l´athat´o. A LED l´ampa meghajt´o a´ramk¨or´et a web adatfolyammal modul´alj´ak, ´ıgy a l´ampa ennek megfelel˝oen ki-be kapcsolgatva tov´abb´ıtja a biteket a vev˝o fel´e. A vev˝o egy fotodetektorral rendelkezik, ami egy er˝os´ıt˝oh¨oz ´es egy DSP processzorhoz van csatlakoztatva, amin kereszt¨ ul a sz´am´ıt´og´ep h´al´ozati csatol´oja megkapja a csomagokat. A jobb k´epen pedig a full duplex kommunik´aci´o l´athat´o, - l´enyeg´eben az eszk¨oz ki van eg´esz´ıtve az el˝obbi rendszer ford´ıtottj´aval is: teh´at a Li-Fi vev˝o egyben ad´o is ´es az ad´o egyben vev˝o is.
6
3.3.
A Li-Fi felhaszn´ al´ asi ter¨ uletei
´Ime n´eh´any p´elda a lehets´eges felhaszn´al´asi ter¨ uletekre: 1. K´ orh´ azakban: Olyan helyeken, ahol a wifi nem megengedett az elektrom´agneses kompatibilit´as (EMC) miatt. Speci´alis alkalmaz´asban ak´ar m˝ ut˝okben is haszn´alhat´o (v¨or¨os f´eny˝ u lifi). 2. Rep¨ ul˝ og´ epeken: A wifi az EMC-nek val´o meg nem felel˝os´ege miatt szint´en nem megengedett, a lifi viszont sz´oba j¨ohet. 3. Villamos er˝ om˝ uvekben: Wifi eset´en szint´en az interferencia okoz gondot. 4. V´ız alatt: Ak´ar v´ız alatt is haszn´alhat´o p´eld´aul tengeri b´ uv´arkod´asn´al. 5. Otthonokban: Gyakorlatilag ah´any f´enyforr´as helyezhet˝o el egy lak´asban vagy h´azban, annyi potenci´alis internethozz´af´er´es alak´ıthat´o ki. 6. B´ arhol: Szinte b´arhol, ahov´a f´enyforr´as telep´ıthet˝o ´es sz¨ uks´eg van internetkapcsolatra. K´av´ez´ok, v´ar´otermek, k¨onyvt´arak, ´ettermek, bev´as´arl´o k¨ozpontok stb.
Li-Fi PC hardver
7
4.
Konkl´ uzi´ o
A Li-Fi gyorsabb, olcs´obb ´es biztons´agosabb mint b´armelyik m´asik wireless technol´ogia. A nagyfok´ u biztons´ag abb´ol ad´odik, hogy - hasonl´oan az infra t´avszab´alyz´okhoz - nem k´epes ´athatolni a terept´argyakon, falakon, ´ıgy fizikailag behat´arolhatjuk a hozz´af´er´esi tartom´anyt (pl. egy szoba). Nagyobb helyeken, ´ep¨ uletekben, ha nem szabad hotspot-ot k´ıv´anunk u ¨zemeltetni, term´eszetesen haszn´alhatjuk a wifi-n´el megszokott titkos´ıt´asi algoritmusok lifi megfelel˝oj´et. Tov´abbi el˝ony, hogy sz´amos olyan ter¨ uleten haszn´alhat´o, ahol a wifi az elektrom´agneses interferencia miatt nem megengedett. A k¨ovetkez˝o t´abl´azat a k¨ ul¨onb¨oz˝o ismertebb wireless technol´ogi´ak el´erhet˝o sebess´eg´et hasonl´ıtja o¨ssze: Technol´ ogia Sebess´ eg Jelenlegi wireless Wi-Fi 802.11n 150 Mbs Bluetooth 3 Mbs IrDa 4 Mbs J¨ov˝obeni wireless WiGig 2 Gbs Giga-IR 1 Gbs Li-Fi >1 Gbs
8
5.
Irodalomjegyz´ ek
1. Foll´ath J´anos: Vezet´ekn´elk¨ uli h´al´ozatok biztons´aga 2. XEL: Az aircrack-ng haszn´alata 3. http://en.wikipedia.org/wiki/Li-Fi 4. www.lificonsortium.org/the-gadgeteer.com/2011/08/29/li-fi-internet-atthespeed-of-light/
9
