A Li-Fi technológia. Bagoly Zsolt. Debreceni Egyetem Informatika Kar február 13.

Átírás

1 A Li-Fi technológia Bagoly Zsolt Debreceni Egyetem Informatika Kar február 13.

2 Tartalomjegyzék 1. Bevezetés 3 2. A Wi-Fi biztonsága 4 3. A Li-Fi A Li-Fi bemutatása A Li-Fi technológia A Li-Fi felhasználási területei Konklúzió 8 5. Irodalomjegyzék 9 2

3 1. Bevezetés A kedvező tulajdonságai miatt manapság leginkább elterjedt Wi-Fi-t (IEEE ) első sorban WLAN hálózatokban alkalmazzák széles körben, szemben az adattovábbításra illetve vezérlésre szánt egyéb PAN kommunikációs szabványokkal (Bluetooth, ZigBee, ANT UWB, Wireless USB stb.). A világon a háztartások több mint 60%-ban van szélessávú internet kapcsolat, és a magyar háztartások több mint negyedében pedig Wi-Fi kapcsolat, amely a becslések szerint 2016-ra az 50% közeli értéket is elérheti. Ennek fényében magától értetődik a Wi-Fi alapú hálózatok tiktosítása, amely megvédi a felhasználót az illetéktelen hozzáféréstől és károkozástól. Viszont egy újabb technológia forradalmasítani látszik a wireless kommunikációt, és a becslések szerint néhány éven belül kiszoríthatja a Wi-Fi alapú eszközöket a számos kedvezőbb tulajdonsága miatt. Az új technológia neve: Li-Fi VLC (Light Fidelity Visible Light Communication). 3

4 2. A Wi-Fi biztonsága Egy átviteli közegen a hozzáférést kétféle módon lehet védeni a behatolástól: 1. A közeg bárki számára hozzáférhető, így titkosításra van szükség (a wifi pont ilyen) 2. A közeg zárt rendszerű, csak a megfelelő végpontokon és helyeken biztosított a hozzáférés (optikai kábel) A wifi által használt rádiófrekvenciás tartományba eső elektromágneses hullámok egyik tulajdonsága, hogy képes a tereptárgyakon történő áthatolásra. Egyik legelemibb példa, hogy egy épületben elhelyezett átlagos wireless router jele néhány száz méternyi tartományban is vehető. Ezért rendkívül fontos a titkosítás, mivel a közeg bárki számára elérhető. Az alkalmazható titkosítási protokollok: WEP: Wired Equivalent Privacy WPA és WPA2: Wi-Fi Protected Access Elfogadható védelmet ezek közül csak a WPA2 nyújt, a WEP több biztonsági rést is tartalmaz, amelyet különböző módokon támadhatunk (osztott kulcsú hitelesítés, MAC cím hamisítás). A támadáshoz összesen egy PC-re, egy jó nyereségű wifi hálókártyára és az interneten bárki számára hozzáférhatő Aircrack-ng nevű alkalmazásra van szükség. Mindezek ellenére gyakran lehet találkozni WEP alapú titkosításokkal. Egy SignalKing típusú wifi-vadász antennával kilistáztattam a közelben lévő SSID-kat, és 19-ből 3 db WEP protokollal titkosított csatornát találtam. 4

5 3. A Li-Fi 3.1. A Li-Fi bemutatása Felvetődik a kérdés, hogy használhatunk-e az optikai kábelhez hasonló zárt rendszerű vezeték nélküli közeget? 2011 októbere óta gyakorlatilag a válasz: IGEN. A Li-Fi (Light Fidelity) a jövő wireless alapú technológiája, amellyel a 10 Gb/s sebesség elérését jósolják a közel jövőre. Ahogy a neve is mutatja, az elektromágneses spektrum látható tartományát használják az átvitelhez. A fényforrás egy LED (Light Emitting Diode) a vevőegység pedig valamilyen optikai félvezető eszköz (fototranzisztor, fotodidóda, fotoellenállás stb.). A Li-Fi két verhetetlen előnye: 1. Zárt közegű: egy helyiségben elhelyezett fényforrással a kommunikáció csak közvetlen rálátással lehetséges, a fény pedig nem képes a tereptárgyakon áthatolni. Tehát a jelet csak a helyiségen belül vagyunk képesek fogni, azon kívül ez már fizikailag nem lehetséges, így nincsen szükség titkosításra sem. 2. Hatalmas sávszélesség, nagy sebesség (akár 10 Gb/s): Amíg a Wi-Fi által használt frekvencia felső határa 5 6GHz közé tehető, addig a Li-Fi-nek a teljes látható spektrum a rendelkezésére áll: Látható fény: λ = 375nm...780nm f = c λ Tehát: T Hz vs 5...6GHz A Li-Fi rendszer 5

6 3.2. A Li-Fi technológia Maga a technológia feltalálása Harald Haas német fizikus nevéhez fűződik, aki a kísérletében LED fényforrást modulált optikai kábelen küldött adatokkal. Ez a D-Light nevet kapta, gyakorlatilag a LED lámpa ki-be kapcsolásával tudta küldeni a bináris adatokat olyan gyorsan, amit az emberi szem nem képes követni, folytonos fénynek lát. Ezzel 10 Mb/s sebességet ért el. Ezt a VLC (Visible Light Communication) módszert az Oxfordi és Edingburgh-i Egyetemeken továbbfejlesztették, és három különböző színű LED (piros, zöld, kék) segítségével WDMA modulációt megvalósítva jóval nagyobb sebességet értek el a párhuzamos átvitel alkalmazásával. A Heinrich Hertz kutatóintézetben laboratóriumi körülmények között 500 Mb/s sebességű átvitelt valósítottak meg egy szimpla fehér LED segítségével. Jelenleg Kínában sikeresen teszteltek a gyakorlatban egy 150 Mb/s-os átvitelt, de a 10 Gb/s-os rendszer megvalósítását jósolják néhány éven belül. A bal oldali ábrán a Li-Fi rendszerben megvalósított downstream letöltés látható. A LED lámpa meghajtó áramkörét a web adatfolyammal modulálják, így a lámpa ennek megfelelően ki-be kapcsolgatva továbbítja a biteket a vevő felé. A vevő egy fotodetektorral rendelkezik, ami egy erősítőhöz és egy DSP processzorhoz van csatlakoztatva, amin keresztül a számítógép hálózati csatolója megkapja a csomagokat. A jobb képen pedig a full duplex kommunikáció látható, - lényegében az eszköz ki van egészítve az előbbi rendszer fordítottjával is: tehát a Li-Fi vevő egyben adó is és az adó egyben vevő is. 6

7 3.3. A Li-Fi felhasználási területei Íme néhány példa a lehetséges felhasználási területekre: 1. Kórházakban: Olyan helyeken, ahol a wifi nem megengedett az elektromágneses kompatibilitás (EMC) miatt. Speciális alkalmazásban akár műtőkben is használható (vörös fényű lifi). 2. Repülőgépeken: A wifi az EMC-nek való meg nem felelősége miatt szintén nem megengedett, a lifi viszont szóba jöhet. 3. Villamos erőművekben: Wifi esetén szintén az interferencia okoz gondot. 4. Víz alatt: Akár víz alatt is használható például tengeri búvárkodásnál. 5. Otthonokban: Gyakorlatilag ahány fényforrás helyezhető el egy lakásban vagy házban, annyi potenciális internethozzáférés alakítható ki. 6. Bárhol: Szinte bárhol, ahová fényforrás telepíthető és szükség van internetkapcsolatra. Kávézók, várótermek, könyvtárak, éttermek, bevásárló központok stb. Li-Fi PC hardver 7

8 4. Konklúzió A Li-Fi gyorsabb, olcsóbb és biztonságosabb mint bármelyik másik wireless technológia. A nagyfokú biztonság abból adódik, hogy - hasonlóan az infra távszabályzókhoz - nem képes áthatolni a tereptárgyakon, falakon, így fizikailag behatárolhatjuk a hozzáférési tartományt (pl. egy szoba). Nagyobb helyeken, épületekben, ha nem szabad hotspot-ot kívánunk üzemeltetni, természetesen használhatjuk a wifi-nél megszokott titkosítási algoritmusok lifi megfelelőjét. További előny, hogy számos olyan területen használható, ahol a wifi az elektromágneses interferencia miatt nem megengedett. A következő táblázat a különböző ismertebb wireless technológiák elérhető sebességét hasonlítja össze: Technológia Sebesség Jelenlegi wireless Wi-Fi n 150 Mbs Bluetooth 3 Mbs IrDa 4 Mbs Jövőbeni wireless WiGig 2 Gbs Giga-IR 1 Gbs Li-Fi >1 Gbs 8

9 5. Irodalomjegyzék 1. Folláth János: Vezetéknélküli hálózatok biztonsága 2. XEL: Az aircrack-ng használata