LiFi——可见光通信革新未来智慧工厂

正如之前讨论物联网时提到的，工厂里的机器和加工的零部件不一定都通过相同的媒介建立通信。出于安全考虑，一些机器可能仍通过电缆来实现通信。符合无线射频识别芯片使用标准的设备，可以通过芯片建立通信，其他设备还可以通过蓝牙建立通信。通信技术和通信协议越来越丰富，在全球范围内不断发展。

可见光通信（VLC）是工厂的Wi-Fi过于拥挤时可以采用的技术之一，能够辅助其他的通信手段。可见光通信与智能手机、平板电脑或其他移动装置配合使用，可以扩展为可见光定位（VLP），使工厂的许多应用发挥出巨大的潜力。让我们仔细探讨一下这项技术。

光早已被广泛用于通信技术。几乎整个互联网赖以运行的玻璃光纤通常使用近红外光谱中的光。在最新的发展中，可见光谱中的光也被用于塑料光纤，这种光纤连接的优势在于你马上就能看见你是不是真的连接上了。

用作近红外光源的LED灯也被广泛使用。你每天使用的电视机遥控器里就有LED灯。

近年来LED灯开始取代白炽灯，我们也开始将LED灯用作信号发送器。不需要专门的型号，任何市场上能买到的都可以。事实上，这些LED灯可以装载大约1GB的高数据速率信号。如果你用谷歌搜索“可见光通信”或者“LiFi”，你会发现许多2012年甚至更久以前的信息，那时人们还在尝试开发特殊的LED灯来发送信号，其传送速率却比一两年后用标准LED灯还要慢。

如果交通信号灯也换成LED灯，它们之间也就可以互相交换信息了。还有其他地方可以使用LED灯光源，比如电视监视器或你智能手机的屏幕。

虽然任何光敏二极管都可以用作接收器，但这一应用尚未普及。已经有智能手机可以通过测量环境光来控制屏幕的亮度了，而且已经用光敏二极管做了测试。相机里也有成千上万个光敏二极管。如果相机或智能手机里有大量的光敏二极管，功耗会比较高，电池寿命会比较短。

LiFi的优点如下：

 接受度高，人们已经习惯了LED灯，因此对LiFi没有什么顾虑。

 通信时不会有闪变。

 容易检测到故障。

 在暗光环境下就可以运行。

LiFi的缺点如下：

 只能实现视线通信。

 功率与距离的四次方成反比。

 黑暗中不能运作（也就是关灯的时候），但在暗光环境下可以。

 可能会受环境光的干扰。

LiFi的另一个问题就是回传信道问题。大多数时候，Wi-Fi连接被用于回传信道。即便下游负载远高于上游，你的网络容量仍然可以扩大至10个量级。

在工业环境下，可见光通信和可见定位光的结合特别受关注。最简单的一个例子就是医院对其资源的搜寻。轮椅和其他可移动资源很容易“丢失”，比如，护士用轮椅推着病人回到床位时忽然接到紧急呼叫，她就会去处理紧急情况，等处理完毕，没有人还会想起轮椅还落在病房，因此也没有人将它放回原位，就连护士本人很可能也早已忘记这件事情了。

通过用可见光通信定位轮椅就能很容易地解决这一问题。如果每个房间的灯可以传递该房间的ID，一分钟传递一到两次，而轮椅上有接收器，病人下来前轮椅就能定位自己所处的位置了，然后可以通过Wi-Fi将位置传输到服务器上。

如果是在配备几十盏灯的工厂车间，情况就要复杂一些，特别是在需要更精确的定位时。就像GPS一样，三种光源就足够定位一个接收器。如果采用与GPS同样的技术，我们必须在每个光源上配置百万分之一秒同步的计时器，这样一来，GPS卫星可以做到的，LED照明光源当然也可以做到。

我们需要的是更经济的方案，但是同步时间花费昂贵。比较可行的方案可能是调整光源的探测角度或者接收器的入射角。需要在接收器上安装一个更复杂的传感器，但这仍然是比较经济的方案。在写这本书的时候，这方面的研究仍在进行中，你可以参考“可视光定位：国际标准化之路”一文。

据我所知，这一方案已经在购物中心示范应用了。装有传感器的手推车可以通过蓝牙连接到顾客的智能手机上。顾客在过道上推车行走时，手推车可以定位自己的位置并将位置信息传输给系统，系统可以告诉顾客在他周围有什么商品，如降价商品或他最喜欢的商品等。顾客也可以下载一个手机应用，输入购物清单，当清单上的物品在他附近出现时，系统会提醒他。

现在我们来看一下什么是良好的生产环境。许多产业面临的一个问题是：在下阶段的生产开始时要搜寻需要用到的在制品。在玻璃客户的案例中，供应商交付玻璃，如钢化玻璃供应商要把玻璃交付给中空玻璃制造商，如果运货车送达时能向系统发出报告，后面的事情就容易多了。如果供应商报告了交付情况，系统就能知道运货车上装的是什么，或者如果运货车足够智能，自己就能识别车上装了什么样的玻璃片，而且运货车在其位置有所变动时总能发回报告，那么系统就能持续追踪车上的玻璃片，当客户需要用到某片玻璃时，很容易就能指引他们找到这片玻璃所在的运货车。

因为可见光通信和可见定位光只能实现视线通信，它们没法使零部件自我识别，这方面如果采用射频识别可能会好些。如果每辆运货车配有一个覆盖它所在区域的接收器，就可以通过它来自动记录玻璃片的装载和卸载了，也就可以向系统报告车上装的是什么了。

最后一个例子是在博物馆或画廊里可以通过安装在耳机里的接收器定位参观者。因为系统总能定位使用耳机的参观者的位置，所以就可以向他们介绍他们眼前欣赏的展品了。

（本文摘自《智慧工厂：大规模定制带给制造者的机遇、方法和挑战》，【瑞士】汉斯·库尔著，机械工业出版社）

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