Редкие, но случающиеся, периоды технологического застоя плохи не тем, что заставляют пользоваться продуктами позавчерашнего дня, а тем, что создают впечатление: ничто и никогда уже не изменится. Именно в такой ситуации десять лет пребывает сектор цифровых коммуникаций «ближнего действия». Связка «GSM и наследники + Wi-Fi + Bluetooth» оккупировала электронный мир в первой половине нулевых и с тех пор не претерпела принципиальных изменений. Да, выросли скорости передачи данных, улучшилась энергоэкономичность, но базовые принципы, технологический фундамент, остаются теми же самыми.

Что ж, лучшее, как известно, враг хорошего, но, положа руку на сердце, вы не задумывались, что придёт им на замену? А задуматься пора. Дело в том, что за последние пару лет и последний год в особенности у коммуникационного барьера скопилось несколько многообещающих технологий, претендующих на замену «святой троицы». И пусть их будущее пока не подтверждено производителями, пусть в них пока верят по большей части венчурные инвесторы, уже само их появление — шаг вперёд.

Я пройдусь по ним по очереди, а начну с технологии, уже шагнувшей в серию: технологии передачи данных при помощи света. «Старики», конечно, вспомнят, что в данном случае новое — хорошо забытое старое. Когда мобильная электроника только начиналась, радиокоммуникации были удовольствием слишком дорогим и юным, и для связи на малых расстояниях использовался именно свет. Точнее, инфракрасный его диапазон: на боку наладонников, КПК, коммуникаторов, ноутбуков тех времён можно найти окошечко из тёмного стекла, за которым прячутся инфракрасный светодиод и фотосенсор.

Тот стандарт назывался IrDA, был очень популярен и просуществовал тоже около десятилетия, уступив радио. Причины очевидны: невысокая скорость (обычно десятки килобит в секунду), крайне малая рабочая дистанция (десятки сантиметров), капризность (требовались прямая видимость, неподвижность устройств относительно друг друга). IrDA можно было использовать для синхронизации устройств и даже для подключения к интернету (я использовал), но радиопротоколы оказались намного удобней: быстрей, дальше, проще в обращении. Так что покажите сегодня молодёжи старый наладонник — они и не узнают, что за стёклышко на боку.

Пример того, как может быть полезен свет, несущий данные. «Умная» лампа, освещающая информационное табло, на самом деле не просто светит, но и передаёт его содержимое на разных языках. Пользователь, с помощью мобильного приложения, принимает сигнал и видит уже готовый, понятный ему перевод.
Пример того, как может быть полезен свет, несущий данные. «Умная» лампа, освещающая информационное табло, на самом деле не просто светит, но и передаёт его содержимое на разных языках. Пользователь, с помощью мобильного приложения, принимает сигнал и видит уже готовый, понятный ему перевод.

Но за прошедшие с тех пор десять лет спираль техноэволюции сделала виток и вышла в тот же район на новой высоте. Сегодня сразу несколько крупных компаний опять разрабатывают механизм передачи данных в видимом и инфракрасном диапазонах. Это General Electric, Philips, Panasonic, даже исследовательское отделение Disney (с прицелом на игрушки). Называют технологию по-разному — и Li-Fi, и VLC, и Light ID — но суть общая. Дело в том, что освещение массово становится светодиодным, а светодиоды обладают меньшей инерцией по сравнению с лампами накаливания. И теоретически возможно мигать светодиодной лампочкой так быстро, что глаз человека мерцания замечать уже не будет, а вот электронный приёмник с камерой или фотодиодом сможет импульсы света уловить и преобразовать в поток данных.

Скорости пока сравнимы с IrDA, но в экспериментах доказано, что можно довести их до мегабитных (правда, придётся воспользоваться уже не бытовой лампой, а отдельным специальным источником света). Ещё важнее, что физические свойства света допускают широчайший диапазон применений: исчезает проблема помех от других передатчиков (радиус действия ограничен одним помещением), затраты энергии малы, использовать можно повсеместно. С помощью света можно связать друг с дружкой «умные» вещи — избавившись, наконец, от несовместимых радиопротоколов, стандартизовать которые по сей день не удалось. Можно на ходу сообщать полезные данные посетителям магазинов, музеев, вообще любых публичных мест. Можно заменить QR-метки: передача данных светом не требует фокусировки камеры на конкретной точке, достаточно просто направить телефон в интересующую сторону. Короче говоря, свет обещает потеснить своих победителей в лице Bluetooth, Wi-Fi и в некоторой степени NFC: в замкнутых пространствах он оказывается удобней!

———————————————————————————————————————–
Я задал несколько вопросов Яну Вузли, члену группы разработчиков инновационной лаборатории Panasonic в Токио (их технология называется Light ID).

КТ: Ян, почему СВЕТ? Почему не радиоволны?
ЯВ: Дело в скорости. Вы направляете камеру на источник света и сразу же получаете информацию. С Bluetooth вам необходимо подойти очень близко, притом что информация, возможно, вам даже не будет нужна. QR-метку вообще придётся ловить в фокус. Передача данных светом требует от пользователя намного меньше действий, к ней намного проще привлечь внимание, кроме того, в людных местах, вроде метро, она работает так же хорошо.

КТ: Что насчёт скорости передачи данных? Зависит ли она от расстояния до источника света? Планируете ли вы значительно увеличить её в будущем?
ЯВ: Что касается рабочей дистанции, сегодня она варьируется примерно от 30 сантиметров до 10 метров и зависит в значительной степени от яркости источника. Мы конструируем источники света, содержащие несколько светодиодов, и они должны быть способны работать на большем расстоянии. Максимальная скорость пока составляет 120 байт в секунду и заглядывать в будущее трудно. Но следует отметить, что уже возможно одновременно поддерживать несколько Light ID-соединений (и, соответственно, увеличить общую скорость потока).

Ян Вузли

КТ: Каково энергопотребление Light ID по сравнению с классическими радиотехнологиями (Bluetooth, Wi-Fi)?
ЯВ: Прежде всего, мы не рассматриваем Light ID в качестве механизма для двусторонней связи. Это просто способ передать клиенту некую короткую ссылку, по которой впоследствии он сможет получить информацию в полном объёме, например, через радиопротоколы (т.е. Light ID функционально схож с NFC — прим. ЕЗ.). Поэтому аккумуляторный вопрос, так остро стоящий в мобильной электронике, здесь не актуален.

КТ: Приведите, пожалуйста, интересный пример практического применения Light ID.
ЯВ: Этой осенью мы демонстрируем нашу технологию на международном музейном форуме в Казани. Идея следующая: каждый музейный экспонат освещается «умным» источником света, передающим актуальную в каждом конкретном случае информацию — и это обеспечивает уникальный опыт для посетителей. Они просто направляют свои телефоны на интересующий объект и получают дополнительные сведения без лишних хлопот. С традиционными механизмами беспроводной связи такое зачастую невозможно.
———————————————————————————————————————–

Но назревает прорыв и на улице, в сотовой связи. Там задача известная: требуется всё более высокая скорость и поддержка большего числа абонентов. И с некоторых пор это проблема, потому что рабочие частоты давно не менялись — они зависли в районе единиц гигагерц. Но и на что их менять? Меньшая частота даст проблемы со скоростью передачи и габаритами устройств, большая потребует прямой видимости. Тем не менее нынче осенью в Соединённых Штатах главный регулятор связи (FCC) начал писать правила для эксплуатации сверхвысоких частот. Под сотовую связь планируется выделить участки в диапазоне от 28 до 71 ГГц, т.е. с длиной волны менее 1 сантиметра.

Ранее миллиметровые волны считались непригодными для мобильной связи, поскольку блокируются малейшими препятствиями. Последние изыскания, однако, обратили недостаток в достоинство: благодаря огромному запасу по частоте (попросту говоря, чем короче длина волны, тем плотней можно размещать рядом друг с другом не мешающие друг другу источники) и направленности, стало возможным построение узконаправленных антенн, обслуживающих большое число клиентов с огромными скоростями, вплоть до гигабитных. А это — прямой выход на сети 5G, которые, вероятно, будут работать в смешанном режиме: в них задействуют низкочастотные диапазоны (те, что используются в сотовой связи сегодня) для координации и высокочастотные для основной передачи данных.

Но что самое неожиданное, технологии беспроводной связи обещают помочь решить проблему аккумуляторную. В аккумуляторах, как известно, свой застой: никак не можем избавиться от лития. И вот помощь подоспела откуда никто не ждал. Американский стартап uBeam, поддержанный множеством инвесторов с громкими именами, запатентовал и работает над практической реализацией беспроводной ультразвуковой подзарядки мобильных устройств. Применение ультразвука позволяет (теоретически) передавать энергию не на единицы сантиметров, как это сделано в нынешних индукционных системах (Rezence и прочие, см. «Путы падут»), а на метры. И конструкция, в первом приближении, не сложная.

В теории и на лабораторном столе идея uBeam работает, но вот в производство ещё не пошла.
В теории и на лабораторном столе идея uBeam работает, но вот в производство ещё не пошла.

В стены помещений вмонтированы один или несколько ультразвуковых генераторов — сопоставимых по громкости с турбиной самолёта, но человеку не мешающих, поскольку излучаемые звуковые волны имеют частоту 120 кГц, т.е. ни нам, ни животным не слышными. А в смартфонах, ноутбуках, планшетках, устанавливается приёмник, преобразующий звуковые колебания в электричество (он может быть выполнен, например, в виде чехла или задней стенки корпуса). Данные таким образом передавать не получится, зато электричеством приёмники будут снабжены в достаточной степени: хватит и для работы, и для подзарядки аккумуляторов.

Всё описанное здесь уже внедряется либо готовится к внедрению — так что мы увидим это на рынке в течение следующих пяти лет. Не факт, что всё приживётся, ибо по каждой из новых технологий есть свои сомнения: сложности постройки антенн для сверхвысоких частот; отсутствие прямой необходимости менять то, что и так хорошо работает, для света; физиология человека для мощных ультразвуковых излучателей. Но без боя их сторонники, конечно, не сдадутся. И можно гарантировать, что следующие пять лет в коммуникациях ближнего действия спокойными не будут. Лично меня это радует. Ведь даже в раю однажды становится скучно 😉