L'internet par la lumière veut révolutionner le sans fil

Par AFP, le 24.02.2016

Pour connecter votre téléphone portable au web, cherchez une lampe: le lifi, l'internet par la lumière, veut révolutionner les connexions sans fil avec un débit 100 fois plus rapide que le wifi, même si sa portée est limitée.

La startup française Oledcomm en fait la démonstration au World Mobile Congress, grande messe de la téléphonie qui se tient jusqu'à jeudi à Barcelone. A peine placée sous une lampe de bureau, un smartphone lance une vidéo. Mis sous une autre, c'est une chanson qui s'enclenche.

Cette technologie utilise les fréquences créées par scintillement d'une ampoule LED pour transmettre de l'information dans l'espace, sur le principe de l'alphabet morse.

Le point fort du lifi, abréviation de light fidelity ? Le débit. La vitesse de connexion atteinte en laboratoire permet de "télécharger l'équivalent de 23 DVD en une seconde", explique Suat Topsu, fondateur d'Oledcomm, à l'AFP. Dans un usage courant, "le Lifi permet des débits jusqu'à 100 fois supérieurs au wifi", qui lui passe par les ondes radio, poursuit-il.

Le lifi a commencé à sortir en 2015 des laboratoires pour être testé en grandeur nature en France --pays en pointe dans cette technologie-- mais aussi en Belgique en Estonie ou en Inde.

Le groupe d'électronique néerlandais Philips s'y intéresse et selon la presse spécialisée, le géant informatique américain Apple pourrait l'intégrer dans son iPhone 7 attendu à l'automne.

Alors que les analystes tablent sur 50 milliards d'objets connectés d'ici 2020 et que les réseaux radio ont tendance à être saturés, le lifi offre une bonne alternative au wifi, selon ses promoteurs.

"On va connecter sa cafetière, sa machine à laver, sa brosse à dent", énumère Suat Topsu, "mais vous ne pouvez pas avoir plus de dix objets en bluetooth ou en wifi dans une pièce sans créer des interférences".

"La technologie pourra être commercialisée dans deux ans" à grande échelle, a assuré à l'AFP Deepak Solanki, fondateur de l'entreprise estonienne Velmenni.

Une technologie de laboratoire

Est-ce que le lifi est vraiment le wifi de demain? Difficile à dire car "c'est encore une technologie de laboratoire", tempère Frédéric Sarrat, analyste chez PwC.

Ceci dépendra aussi des progrès du réseau wifi et ce dernier "a montré sa capacité à augmenter continuellement sa vitesse à chaque nouvelle génération", souligne Jim Tully, analyste chez Gartner.

L'usage du lifi est aussi très limité dans l'espace puisqu'il faut que le téléphone portable ou l'ordinateur soit placé dans le faisceau lumineux et qu'il ne traverse pas les murs, contrairement aux ondes radio du wifi.Cet inconvénient peut aussi être un avantage, relève Jim Tully. "Contrairement au wifi, le lifi peut être orienté sur un utilisateur en particulier enfin d'améliorer le caractère privé des transmissions" et limiter le risque de piratage des données, un sujet hautement sensible.

Les pionniers du lifi visent des secteurs d'activité très précis: les hôpitaux et les écoles, à l'heure où le wifi est montré du doigt pour son possible impact sur la santé, et les parkings souterrains, les musées, ou encore les municipalités.

"Le lifi a toute sa place dans les hôpitaux car il ne crée pas d'interférences avec le matériel médical", assure Joël Denimal, dirigeant du fabricant français de luminaires Coolight.

Dans les supermarchés ou les musées, il permet de donner une information précise sur un produit ou un tableau, en utilisant les lampes placées à proximité.

Cette technologie se révèle aussi utile "dans les parkings souterrains où il n'y a pas de couverture réseau mobile" mais de la lumière, ajoute-t-il. C'est aussi le cas pour les avions.

Ces entreprises lancées dans le lifi veulent profiter du remplacement progressif des ampoules classiques par des LED pour étendre son usage. Encore faut-il que les ampoules soient équipées d'un routeur et les téléphones du capteur idoine, ce qui pourrait représenter pour le lifi un "surcoût handicapant", prévient l'analyste Jim Tully.

Document 2 (source : Wikipedia)

Le Li-Fi (ou Light Fidelity) est une technologie de communication sans fil basée sur l'utilisation de la lumière visible comprise entre la couleur bleue (480 nm, soit 670 THz) et la couleur rouge (650 nm, soit 460 THz). Alors que le Wi-Fi utilise la partie radio du spectre électromagnétique, le Li-Fi utilise le spectre visible (optique) du spectre électromagnétique. Le principe du Li-Fi repose sur le codage et l'envoi de données via la modulation d'amplitude des sources de lumière (scintillation imperceptible à l'œil), selon un protocole bien défini et standardisé.

Le Li-Fi se différencie de la communication par laser, par fibre optique et de l'IrDa par ses couches protocolaires. Les couches protocolaires du Li-Fi sont adaptées à des communications sans fil jusqu'à une dizaine de mètres, soit légèrement plus que Bluetooth basse puissance, et moins que Bluetooth haute puissance ou Wi-Fi.

En 2012, il permettait une liaison entre un luminaire communiquant (lampe à Leds) et un ordinateur, mais cette liaison était descendante et bas-débit. En 2015, il peut s'intégrer dans un réseau internet haut-débit en permettant une communication entre une lampe connectée au réseau via un câble Ethernet RJ45 avec capacité PoE (Power over Ethernet) et des ordinateurs distants de quelques mètres et dotés d'un capteur récepteur/émetteur spécial (qui pourrait bientôt ressembler à une simple clé USB). Associé à un système émetteur-récepteur infrarouge (pour le signal montant), il pourrait bientôt se connecter au Wi-Fi pour des liaisons bidirectionnelles à haut-débit, mais en restant limité en termes de distance à la source lumineuse (avec les techniques disponibles en 2015, au delà de 10 à 15 m, le signal est dégradé1).

La première démonstration de communication Li-Fi date de 1880 quand Alexander Graham Bell, connu pour l'invention du téléphone, montra son photophone capable de transmettre sur plusieurs centaines de mètres le son de sa voix en utilisant la lumière du soleil. Ce fut la première technique de communication sans fil mise au point, bien avant l'apparition des communications radio qui feront passer aux oubliettes le photophone. Alexander Graham Bell dira à propos de cette invention : « Can imagination picture what the future of this invention is to be!. » (« Notre imagination peut-elle nous dire ce que sera le futur de cette invention ? »).

Le développement du Li-Fi est fortement corrélé au développement des diodes électroluminescentes ou LED puisqu'elles sont les seules sources de lumière (avec les lasers) à avoir des capacités de commutations très rapides (jusqu'à un milliard de fois par seconde). Naturellement, c'est au Japon, pays de la LED, que les premières expériences de communications Li-Fi avec des luminaires LED se feront connaître en 2005, les précurseurs dans ce domaine étant les chercheurs de l'université de Kieo à Tokyo.

Depuis 2010, avec la forte croissance des ventes de LED et leur apparition dans les bâtiments, de nombreux acteurs académiques et industriels se sont lancés dans l'étude et le développement de solutions Li-Fi. Les activités de recherche les plus significatives étant : Smart Lighting Engineering Centre3, COWA4, UC-Light Centre5, université d'Oxford6 et Fraunhofer Institute7. En France, l'université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines mène depuis 2007 des travaux de recherche dans ce domaine, notamment autour d'applications de communication entre véhicules en utilisant leurs phares à LED.

De nombreux grands groupes (Siemens8, Samsung, Toshiba, Casio) et startups (LVX Systems USA9, PureVLC GB10, Nagakawa JP11) travaillent sur la commercialisation des premiers produits compatibles Li-Fi. En France, la société OLEDCOMM France LiFi12 propose déjà une première famille de solutions Li-Fi compatibles pour des applications de géolocalisation indoor et de transmission audio/vidéo. Cette société a été partenaire de France Télévisions à l'occasion de la conférence LEWEB 1213 à PARIS pour y présenter la première présentation publique de cette technologie avec des démonstrations de streaming audio et vidéo de programmes du groupe public14. Intégrateur Li-Fi pour OLEDCOMM, la société FAIREFAIRE15 propose des équipements pour l'événementiel et l'animation commerciale16.

Principe de fonctionnement

Un système Li-Fi est composé de deux principaux blocs : un bloc d'émission et un bloc de réception entre lesquels s’intercale le canal optique. Le cheminement des données à transmettre est alors le suivant :

Les données numériques à transmettre sont d’abord encodées pour rendre la transmission plus robuste aux dégradations causées par le canal optique.

Ces données codées, alors sous forme de signal électrique sont converties en signal lumineux grâce à un circuit électronique pilotant une ou plusieurs LED. Plus précisément, ce circuit électronique permet de faire varier l’intensité lumineuse des LED en fonction des données à transmettre. La modulation utilisée est donc une modulation d'intensité, dont l'exemple le plus simple est la modulation On-Off Keying (OOK) où un 0 logique est transmis lorsque la LED est éteinte et un 1 logique est transmis lorsque la LED s'allume.

La lumière émise se propage ensuite dans l’environnement et subit des déformations dues par exemple aux obstacles, aux conditions météorologiques... Cet environnement et les déformations associées sont regroupés sous le terme de canal optique.

Le signal lumineux déformé est enfin reçu par un photorécepteur (photodiode, caméra…) qui le convertit en courant électrique. Le signal électrique résultant est traité puis démodulé et décodé pour récupérer les données transmises.

Dans la pratique, les modules d'émission et de réception peuvent être équipés de dispositifs optiques (lentilles, miroirs, filtres...) permettant d'améliorer la qualité de la transmission de données.

Avantages du Li-Fi

Le Li-Fi présente de nombreux avantages qui proviennent d'une part de l'utilisation de la lumière visible et d'autre part de l'utilisation de LED :

Le spectre de la lumière visible couvre une bande fréquentielle d'environ 300 THz. L'utilisation de cette bande n'est par ailleurs pas régulée et est donc gratuite. En comparaison, le spectre des fréquences radio qu'utilisent les technologies de communication comme le Wi-Fi ou la 3G couvre 300 GHz et est régulé par l'Union Internationale des Télécommunications ce qui rend son utilisation généralement payante. Par ailleurs, ce spectre est aujourd'hui saturé par un nombre toujours croissant de terminaux mobiles[réf. nécessaire]. Par exemple, il manquait selon la Commission fédérale des communications américaine 300 MHz de bande radio en 2014[réf. nécessaire]. Le Li-Fi et ses 300 THz de bande spectral pourrait donc être utilisé pour soulager la bande radio.

La lumière visible n'interfère pas avec les fréquences radio ce qui assure la compatibilité du Li-Fi avec les technologies radio (WiFi, 3G…). La lumière visible, contrairement aux ondes radio, ne peut passer au travers des murs ce qui assure le cloisonnement des données.

 Les LED peuvent être facilement modulées à très grande vitesse ce qui permet d'atteindre des débits élevés sans utiliser de techniques complexes.

Les LED consomment peu d'énergie, ont une durée de vie moyenne de 50 000 heures et voient leur coût diminuer d’année en année[réf. nécessaire]. Pour ces différentes raisons, elles remplacent progressivement les autres sources lumineuses (ampoules à incandescence ou fluorescentes…) pour l’éclairage intérieur et extérieur des bâtiments, des infrastructures routières et des automobiles ce qui fournit un maillage préexistant au déploiement du Li-Fi.

Standardisation

Une communication Li-Fi est réalisée selon le protocole de communication établi par le comité international IEEE 802 (réseaux locaux et métropolitains).

Ce standard définit la couche PHY et la couche MAC à adopter afin de développer des solutions compatibles à l'échelle mondiale. Le standard est capable de délivrer des débits suffisants pour transmettre de l'audio, de la vidéo et des services multimédia. Il tient également compte de la mobilité de la transmission optique, de sa compatibilité avec les éclairages artificiels présents dans l'infrastructure, des déficiences qui peuvent être causées par les interférences générées par l'éclairage ambiant. La couche MAC permet de réaliser la liaison avec les couches hautes plus communes comme celles utilisés dans les protocoles TCP/IP. Enfin, le standard se conforme à la réglementation en vigueur sur la sécurité oculaire des usagers.

Le standard définit trois couches PHY selon les débits envisagés. La couche PHY I a été établie pour des applications en extérieur. PHY I opère de 11,67 kb/s à 266,6 kb/s. La couche PHY II permet d'atteindre des débits de 1,25 Mb/s à 96 Mb/s. La couche PHY III est appropriée lorsqu’on utilise plusieurs sources émettrices suivant une méthode de modulation particulière appelée color shift keying (CSK). PHY III opère de 12 Mb/s à 96 Mb/s.

Les formats de modulation préconisés pour PHY I et PHY II sont les codages on-off keying (OOK) et variable pulse-position modulation (VPPM). Le codage Manchester utilisé pour les couches PHY I et PHY II englobe l’horloge dans les données transmises en représentant un 0 logique par un symbole OOK de « 01 » et un 1 logique par un symbole OOK de « 10 » avec une composante continue. Ce point est important car la composante continue permet d’éviter l’extinction de la lumière lors d’une suite prolongée de 0 logiques.

Capacités (en termes de haut-débit)

Selon une start-up française développant ces systèmes, le débit est en 2015 de « 10 mégabits/seconde en download et 5-10 Mb/s en upload" ; mais des travaux d'optimisation sont d'ores et déjà en cours, et la limite théorique du débit est de 1 gigabits par seconde, soit dix fois la capacité d'un Wi-Fi »1. Selon cette même start-up, « La bande Lifi est 10 000 fois plus large que la bande Wifi. Beaucoup d'utilisateurs peuvent être connectés en même temps à une seule borne »1.

Une première application commerciale peut être observée dans un supermarché d'Euralille, où les clients peuvent être guidés vers les promotions en cours au moyen de luminaires émettant en lifi et de récepteurs portatifs17.