以前，光源只是獨立的裝置，其唯一目的就是為某個特定區(qū)域照明，但這種狀況已經(jīng)一去不復返。我們生活中日益提高的連通性和對于數(shù)據(jù)依賴的增加意味著光源的作用正在發(fā)生改變。互聯(lián)照明系統(tǒng)（CLS），采用發(fā)光二極管（LED）技術和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）連接，現(xiàn)在能夠使設計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，并為個人、企業(yè)和社區(qū)提供新的服務和便利開辟了新的機會。
越來越多的互聯(lián)照明系統(tǒng)采用Li-Fi，這是一種新興的光無線技術，為“光保真度（light fidelity）”的簡稱。這種技術于2011年推出，目標是將照明作為智能基礎設施的核心。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)展勢頭。這里，我們將更深入地探討CLS、Li-Fi和物聯(lián)網(wǎng)技術，并進一步討論哪些技術將為CLS提供更大支持以發(fā)揮其全部潛力。
物聯(lián)網(wǎng)給照明帶來的變革
物聯(lián)網(wǎng)對世界的影響已經(jīng)非常巨大。在照明領域，通過將現(xiàn)代光學傳感器與無線連接相結合，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)字領域，以進行分析和其他設定的行動。下面我們簡單地看看這些關鍵領域
現(xiàn)代光學傳感器
我們周圍有很多傳感器，記錄從溫度和濕度到揮發(fā)性有機化合物（VOC）和振動水平等許多數(shù)據(jù)。這些傳感器能夠將模擬信號轉換成數(shù)字數(shù)據(jù)，之后可由一系列系統(tǒng)進行讀取、分析和操作。
我們感興趣的傳感器是光學傳感器，它能夠把光轉換成電信號。這意味著系統(tǒng)可以感知是否打開了燈，以及燈光的強度等等。
無線連接
Wi-Fi使用射頻（RF）頻譜范圍內（頻率在20kHz-300GHz之間）電磁輻射，能夠使設備連接到附近的無線網(wǎng)絡。Wi-Fi主要在五個主要頻率范圍內工作：2.4GHz、3.6GHz、4.9GHz、5GHz和5.9GHz，大多數(shù)消費電子產(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技術得以進入的原因，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）進行管理、應用和擴展數(shù)據(jù)。互聯(lián)照明系統(tǒng)的主要設計目標是使照明系統(tǒng)成為這一更廣泛技術框架的一部分，以創(chuàng)造更智能的端到端系統(tǒng)為目標。
Li-Fi：用光進行通信
互聯(lián)照明系統(tǒng)是采用基于固態(tài)照明（SSL）的技術而構建，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，并且通常具有較長的使用壽命。在控制顏色和輸出亮度，以及在開和關調節(jié)的能力方面，LED會給設計師帶來很高靈活性。正是這種對于開關的控制能力對Li-Fi至關重要。
Wi-Fi是使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)，而Li-Fi則被稱為“光無線通信”（OWC）技術，這意味著它是通過使用光波進行通信。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。
使用光而不是無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸有很多好處。首先，可見光Li-Fi光譜比其射頻競爭對手（Wi-Fi）大近10000倍。其次，由于Li-Fi使用了視線（LoS）內傳輸架構，具有很高的抗黑客能力：如果有人試圖攔截數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)的傳輸路徑會被破壞，不能進行任何信息傳輸。
正如我們在上面提到，LED的快速調節(jié)開關能力是實現(xiàn)Li-Fi通信的一個關鍵因素，通過特定的調制和解調機制可進行數(shù)據(jù)傳輸。Li-Fi的工作原理是將數(shù)據(jù)流饋入到一個SSL驅動器，該驅動器可以控制一個或多個LED，并以遠比人眼能覺察快很多的速度開啟和關閉這些LED。這種閃光可由Li-Fi設備中的感光器接收，繼而產(chǎn)生一個與傳感器接收的光線量成比例的電流。然后，該電信號經(jīng)過放大、調節(jié)和處理，被無線發(fā)送到計算機、平板電腦或智能手機等其他設備。
創(chuàng)建一個內在生態(tài)系統(tǒng)
幾年來，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。我們所說的統(tǒng)一互聯(lián)照明系統(tǒng)是指光可以在一個地方與所有機電系統(tǒng)相互作用。創(chuàng)建一個全面的解決方案可以確保互操作性、高性能和可靠性。這項工作表明，需要從四個關鍵領域來支持幫助互聯(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?shù)尿寗悠鱽砜刂乒┙o它們的電流。設計師還需要考慮相關的電光機械功能，使他們能夠將產(chǎn)品變成有用的光源。硬件可能需要散熱片來降低溫度，還需要其他組件來控制光學部件、安裝設備、包裝設備，并通過一些常見的設計代碼將其與其他設備集成。同樣重要的是，需要包括能夠將模擬信號轉換為數(shù)字信號的智能傳感器。
在所有這些組件都能夠正常發(fā)揮作用的情況下，設計師面臨的關鍵挑戰(zhàn)是確保所有組件能夠彼此協(xié)調工作。
物聯(lián)網(wǎng)
當然，硬件只是系統(tǒng)的一部分。互聯(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。互聯(lián)照明系統(tǒng)制造商需要考慮這些集成所帶來的挑戰(zhàn)，尤其是在數(shù)據(jù)安全方面的挑戰(zhàn)。如何保護數(shù)據(jù)免受未經(jīng)授權的盜取或惡意控制系統(tǒng)的企圖？這可能需要圍繞身份驗證進行工作，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、服務器和數(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
當今的產(chǎn)品設計師可以訪問一系列基于云的服務，這些服務是他們以前的同事所夢寐以求的。如果互聯(lián)照明系統(tǒng)提供商能夠提供基于云的技術服務以補充其硬件，將使他們在市場中處于非常有利地位，因為客戶將能夠更快、更容易地獲得所購買的互聯(lián)照明系統(tǒng)的全部優(yōu)勢。
未來的互操作性也非常重要。基于標準的解決方案能夠使不同制造商的產(chǎn)品在今天以及未來無縫地協(xié)作運行，這很可能有助于推動互聯(lián)照明系統(tǒng)市場的更快增長。相反，如果需要跨領域和邊界工作，與其他產(chǎn)品缺乏這種互操作性可能會處于極大的競爭劣勢。
接口
最后一個需要互聯(lián)照明系統(tǒng)制造商考慮的領域是常見的應用程序接口（API）。美國能源部認為，如果想要實現(xiàn)互聯(lián)照明系統(tǒng)與能量相關的所有好處，接口將是一個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)域連接多個互聯(lián)照明系統(tǒng)，才能實現(xiàn)真正意義上的能源節(jié)省。通過創(chuàng)建一個跨越家庭、商店、工作場所和街道照明的智能照明網(wǎng)絡，可以使未來的城市具有更大的潛力來提高效率。這將能夠使更大的區(qū)域作為一個統(tǒng)一整體去工作，而不是許多獨立個體各自運行。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)將能夠實時調整光源以節(jié)省資金和能源。美國能源部建議，盡管照明行業(yè)希望采用標準化的安全途徑，以盡量減少整個行業(yè)的集成挑戰(zhàn)，但應向用戶開放提供API。
結論
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)具有很大的潛力來真正改善我們的生活、財務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)可以提供一個真正的替代方案，來取代目前智能基礎設施核心日益擁擠的Wi-Fi頻譜。
隨著互聯(lián)照明領域的創(chuàng)新步伐加快，我們期望能夠看到一個比當今世界更加光明的未來。