Qu’est-ce que le Lifi ?

La technologie LiFi appartient à la famille des VLC (Visible Light Communication). Il s’agit d’un réseau optique sans fil qui utilise des LED pour transmettre des données.  L’information est codée à travers la fluctuation d’un signal lumineux émis par une LED.  Les informations communicantes sont très rapides et ne sont pas détectées par l’œil humain (la vitesse de transmission est de l’ordre du MHz).

Comment fonctionne le Lifi ?

– Le modem ou routeur lifi envoie à l’émetteur un signal via un câble PoE.
– La LED reçoit ce signal et fluctue à une vitesse non perceptible par l’œil humain.
– Une clé Lifi décode le signal lumineux en signal électrique et le transmet à un ordinateur
– L’ordinateur décode le signal en une information compréhensible par l’homme.

Le rôle des émetteurs Lifi

Les LED émettent le signal. Elles sont connectées à un serveur qui se charge de transmettre l’information sous forme d’un signal électrique traduit en signal lumineux par la LED. L’émetteur peut s’intégrer dans un réseau internet haut-débit via un câble Ethernet RJ45 avec capacité PoE.

Les LEDS bleues sont celles permettant le plus haut débit. Néanmoins, elles sont souvent combinées au phosphore afin de rendre la lumière blanche. Cette opération diminue la capacité de l’émetteur, cependant cette technologie est peu onéreuse.

Autre type d’émetteur utilisable : les triplets RVB (rouge vert et bleu). Cette technologie est plus chère que la précédente du fait de l’utilisation de trois LED mais elle présente l’avantage d’avoir une bande passante beaucoup plus large.

Il est possible également avec les triplets RVB de faire du multiplexage. Il s’agit d’une technique permettant d’envoyer plusieurs informations en même temps sur des fréquences différentes, sur un même canal. Ici, l’information que l’on souhaite récupérer est ensuite filtrée afin de ne recevoir que le message voulu.

Le rôle des récepteurs Lifi

Les récepteurs utilisés sont des photodiode (photo-détecteurs). Ces composants électroniques permettent de capter la lumière et de transformer l’information lumineuse en information électrique.

Quelles sont les applications du Lifi ?

Application unidirectionnelle

Dans une configuration unidirectionnelle, le LiFi va en continu, émettre une information qui sera reçu par un device. Auquel cas, son application peut être :

• La géolocalisation

• La mise à disposition d’informations (médiation culturelle, fiche technique d’un équipement etc…)

Cette solution se substitue au QR code et est peu onéreuse.

Application bidirectionnelle

Dans une configuration bi-directionnelle, la LED communique avec un device qui lui émet des informations/requêtes sous forme de signal infrarouge (spectre lumineux non visible). Cette application permet notamment la navigation sur internet.

Quels sont les avantages du Lifi ?

• Une capacité de débit importante de l’ordre de plusieurs Gbit/s en laboratoire

• Une technologie non invasive qui ne diffuse pas d’onde électromagnétique. Elle assure donc de rester en dessous des recommandations de l’OMS. En outre l’absence d’onde électromagnétique est compatible avec les besoins des hôpitaux.

• La sécurisation des données. La communication ne se fait que dans le cône de lumière envoyé par le luminaire. Le piratage à distance par les ondes n’est pas possible.

• Une diffusion de l’information avec 50% moins d’énergie électrique que le wifi pour une durée de vie moyenne de la source de 50 000h

• Possibilité de distribuer internet avec via une source lumineuse (technologie PoE)

• Géolocalisation précise à 10cm près si l’utilisateur est situé en dessous de la source lumineuse en indoor ou outdoor

Pour se développer, la technologie peut compter sur :

• Des structures déjà existantes comme l’éclairage public

• L’interdiction des lampes incandescente d’ici 2020 favorisant le développement des LED

• Une grande surface d’usage et d’implantation (partout où il est possible d’implanter des LED)

• Le développement de l’IoT

• Le développement des Smart City

• Un spectre radio déjà surchargé

• Le déploiement de la 5G

• Le durcissement de la législation concernant les ondes (loi Abeille, janvier 2017)

Quelles sont les faiblesses du Lifi ?

Néanmoins le LiFi possèdent certaines limites :

• Son coût d’utilisation si la structure souhaitant y recourir n’est pas équipée de dispositif LED en amont et de câblage Ethernet,

• Un débit optimal avec Lumière LED bleue, or celle-ci est complétée par du phosphore pour donner la lumière blanche qui nous éclaire (dégradant de manière significative les performances du débit),

• La nécessité de créer un référentiel recensant l’ensemble des points lumineux pour géolocaliser, qui est une tâche fastidieuse,

• Une portée du signal qui se limite à l’angle couvert par la LED et qui n’excède pas 10 mètres,

• Son incapacité à traverser les milieux opaques,

• La forte nécessité d’un dongle en raison d’un faible taux d’équipement compatible.

Comparaison : Lifi vs Wifi ?

Le principal frein au recours du LiFi par rapport au WiFi réside dans sa portée. Pour équiper un grand espace d’une couverture internet, de nombreux points LiFi sont nécessaires alors qu’une seule borne WiFi peut convenir. Le coût du LiFi peut donc rapidement devenir supérieur à celui de l’équipement WiFi.  En outre l’incapacité du LiFi à traverser les milieux opaques peut vite devenir un frein.

	LiFi	WiFi
Spectre	Lumière visible	Radio
Standard	IEEE 802.15.7	IEEE 802.11
Portée	Basée sur l’intensité de la lumière (<10m) Stoppée par un milieu opaque	Sur la propagation de l’onde radio (< 300) Traverse les milieux opaques
Consommation énergétique	Faible	Elevée
Coût	Faible si la structure est déjà équipée. Elevé si besoin de créer des infrastructures.	Elevé
Bande passante	Illimitée	Limitée

Comment le LIFI a-t-il été inventé ?

Les ondes radioélectriques ne sont qu’une partie du spectre qui peut transporter nos données. Et si nous pouvions utiliser d’autres ondes pour surfer sur Internet ?

Le physicien allemand, Harald Haas, a mis au point une solution qu’il appelle «données à travers l’éclairage » en envoyant des données à travers une ampoule LED qui varie en intensité plus vite que l’œil humain. C’est la même idée que la télécommande à infrarouge, mais beaucoup plus puissante. Cette technologie consiste à insérer un microchip dans la lampe LED connectée à une source de transmission de collecte amont (soit fibre optique, CPL ou DSL …).

Harald Haas veut transmettre des données sans fil depuis chaque ampoule électrique : « Cleaner, greener, bright … »

Présentation à la conférence TED d’aout 2011 par Harald Haas (pioneer behind a new type of light bulb that can communicate as well as illuminate – access the Internet using light instead of radio waves) – vidéo de la première présentation mondiale de la technologie LIFI en Aout 2011.

Présentation de la société pureVLC

Site de la startup Française OLEDCOMM née du labo d’ingénieurs de l’université de Versailles Saint-Quentin, qui produit entre autre des appareils Li-Fi / VLC de géolocalisation intérieure avec le support de Philips.

Haas dit que son invention, qu’il appelle « D-Light », peut produire des débits de données supérieurs à 10 mégabits par seconde (plusieurs pilotes fonctionnent à 150 Mbit/s). Il imagine un avenir où les données pour les ordinateurs portables, les smartphones et les tablettes sont transmises par la lumière dans une pièce. Et de la sécurité serait renforcée, si vous ne pouvez pas voir la lumière, vous ne pouvez pas accéder aux données.Une multitude d’applications sont possibles pour cette technologie, depuis l’accès public à Internet par le biais de lampadaires aux voitures qui communiquent par leurs phares. Le LIFI pourrait faciliter les transmissions des données sans fil à travers le spectre du visible en apaisant les craintes de certains usagers vis à vis des ondes électromagnétiques.

Le LIFI : une technologie au service de la Smart City ?

Dans une vision exploratoire de la Smart City, le LIFI pourrait être utilisé dans certains zones par l’éclairage public urbain, les transports publics (métro, trains, avions …) mais aussi les environnements médicaux ou industriels où les communications wireless radio sont perturbées et/ou dangereuses.

Des atouts, mais aussi des inconvénients :

– Paradoxe si LIFI est économe en énergie car utilise l’éclairage et ne consomme que très peu d‘énergie supplémentaire => il ne fonctionne que si la lumière est allumée, même faiblement, mais doit être allumée… ce qui limite l’usage dans des espaces publics !

– Le LIFI a un potentiel de transmission théorique très supérieur (x10 000) au sans fil radio : valorise le spectre de Lumière versus le spectre électromagnétique Radio : Le spectre de la lumière visible est 10 000 fois supérieures au spectre des ondes radios par la Technologie « LED / SIM OFDM » de transmission  de données.

– Le LIFI est  mono-directionnel (on ne peut que recevoir et pas émettre vers le capteur LIFI) l’interactivité est donc impossible sauf en le couplant avec une autre technologie (ex CPL, WIFI….) ce qui limite son développement : Un peu a l’instar des premières technologies satellitaires (désormais bidirectionnelles) les terminaux ou objets connectés des usagers ne peuvent pas émettre. Il interdit donc toutes applications transactionnelles ou qui nécessitent d’envoyer des flux vers le réseaux (envoi d’email, connexion type VOIP, messagerie instantanée, connexion à un domaine professionnel ou personnel …).
Les usages du LiFi sont, du coup, limités à la diffusion pure de signal quand aucune remontée n’est nécessaire. Par exemple la géolocalisation à l’intérieur d’un bâtiment ou pour des services de type broadcast (téléchargement d’applications, de documents, de contenus médias, visualiser des flux vidéo HD …) en  « poussant » des contenus vers une tablette, un smartphone … dans toutes les pièces de la maison, dans les chambres d’hôtels, dans un lieu professionnel, dans un espace commercial, pour l’accueil d’un service public ou lors de la visite d’une exposition.

– Le LIFI offre un niveau de sécurité original et supérieur : le flux de données n ‘est accessible que dans le « faisceaux direct » de lumière a la différence des ondes radios qui circulent de façon moins contrôlables

– Le LIFI n’est qu’une technologie des derniers mètres : Il nécessite de déployer un réseau de collecte derrière les « lampes LED », c’est une énorme infrastructure de collecte à établir. Plusieurs pistes pourraient coupler CPL et LIFI dans les réseaux d’éclairage public.

– Le LIFI nécessite de changer le parc des lampes actuelles par des LED compatibles LIFI : 14 Milliards d’ampoules dans le monde. C »est un énorme marché, mais il ne faut pas arriver trop tôt ou trop tard comme pour toute innovation, il faut ouvrir la réflexion dès la conception d’un éclairage d’un bâtiment, d’un quartier, d’un moyen de transport, d’un espace public (station de métro …) … !

=> Dans une 1ère génération le LIFI pourrait cibler des applications industrielles ou des espaces spécialisées : ciblés au départ (gare, métro, train, tunnel, aéroport, avion, hôpitaux, usines, musées, centres de congrès ou d’expositions …).

Ce n’est pas en 2014 que le wireless radio (WIFI…)  sera remplacé par le wireless lumière mais à 5 ou 10 ans, cette technologie pourrait venir compléter notre panoplie d’outils d’accès « sans fil » et notamment dans le domaine du « broadcast » de proximité (diffusion de flux tres haut débit dans des espaces dédiés ou modulaires).

L’enjeu industriel le plus important reste celui de convaincre les fabricants de devices (smartphone, tablettes, objets connectés …) d’équiper de base en LIFI leurs produits. Sans l’effet de taille critique du parc de terminaux doté d’interfaces compatibles avec le LIFI, cette technologie pourrait rester cantonnée à des univers très industriels professionnels ou des « niches » de marché très ciblé comme c’est le cas pour CPL (Courant Porteur en Ligne) qui au début des années 2000 était positionné comme concurrent de l’ADSL pour l’accès internet à domicile. Mais, son marché a été réduit à la portion congrue de « distribution interne » aux bâtiments et notamment des logements en support ou complément du WIFI. Le CPL pourrait retrouver un second souffle avec la diffusion massive des compteurs intelligents électriques dans le cadre des évolutions « smartgrid » (en France notamment 35 millions de compteurs Linky équipés en CPL d’ici 10 ans). L’avenir du LIFI est donc incertain mais c’est une technologie complémentaire à celle qui existe.

Ce qui a fait le succès du WIFI c’est avant tout son adoption par les industriels des devices du monde entier et la production de chipset intégrant le WIFI à un coût dérisoire. C’est certainement le défi majeur de cette nouvelle technologie sans fil !

Pour relever ce défi et les autres, les acteurs promoteurs du LIFI se sont organisés au sein du LIFI Consortium……

(*) M. Stéphane Lelux est le président de Tactis

Source : https://www.tactis.fr/lifi/