UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
ESTUDIO
DE LA TECNOLOGÍA LI-FI COMO ALTERNATIVA
DE COMUNICACIÓN DE FORMA INALÁMBRICA EN LA
BIBLIOTECA DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN
NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
AUTORES:
OYOLA PONCE IRVING
SAÑUDO ALVARADO CINTHIA
TUTOR:
ING. MARJORIE ARIAS, M.SC
GUAYAQUIL – ECUADOR
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE PROYECTO DE TITULACIÓN
“ESTUDIO DE LA TECNOLOGÍA LI-FI COMO ALTERNATIVA DE COMUNICACIÓN DE FORMA INALÁMBRICA EN LA BIBLIOTECA DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES”REVISORES:
INSTITUCIÓN: Universidad de FACULTAD:
Guayaquil Ciencias Matemáticas y Físicas
CARRERA: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones FECHA DE PUBLICACIÓN: DE PÁGS.:
ÁREA TEMÁTICA: REDES
PALABRAS CLAVES: Red, Inalámbrica, Luz, Seguridad, Nuevo, LED
RESUMEN: El presente proyecto investigativo tiene como objetivo presentar lo más relevante del sistema de comunicaciones inalámbricas denominado Li-Fi, el cual constituye una gran innovación en el mundo de las telecomunicaciones al manejar la luz como medio para la transmisión de datos, utilizando el espectro visible y dejando de lado el uso de ondas de radio manejado por tecnologías antecesoras como Wi-Fi, Bluetooth, entre otros
N° DE REGISTRO: N° DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL (tesis en la web):
ADJUNTO PDF SI x N O CONTACTO CON AUTOR/ES: TELÉFONO: E-MAIL:
Sañudo Alvarado Cinthia 0985292603 [email protected] Oyola Ponce Irving 0987840654 [email protected]
CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN: NOMBRE: Ab. Juan Chávez A.
Universidad de Guayaquil
Facultad de Ciencias Matemáticas
Y Físicas Email: [email protected]
II
APROBACION DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de investigación, “ESTUDIO DE LA TECNOLOGÍA LI-FI COMO ALTERNATIVA DE COMUNICACIÓN DE FORMA INALÁMBRICA EN LA BIBLIOTECA DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES“ elaborado por el Sr. OYOLA
PONCE IRVING & Srta. SAÑUDO ALVARADO CINTHIA Alumnos no titulados de la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del Título de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones, me permito declarar que luego de haber orientado, estudiado y revisado, la Apruebo en todas sus partes.
Atentamente
Ing. Marjorie Arias, M.sc TUTOR
III
DEDICATORIA
Dedico el presente proyecto de titulación con todo mi corazón y esfuerzo a Dios, por guiarme siempre y dar firmeza a cada uno de mis pasos en mi carrera estudiantil.
A mis padres: Pedro Sañudo & Magdalena Alvarado, que realmente son los dueños de este sueño hecho realidad por su apoyo incondicional en cada una de mis metas, a mis hermanas: Gloria y Pilar, a mis sobrinos que son mi impulso para seguir avanzando día a día.
IV
DEDICATORIA
A Dios por permitirme culminar mi objetivo, llenarme de sabiduría y guiarme en todo momento.
A mi esposa por su apoyo y lucha incondicional, que motivo a superarme cada día para conseguir un futuro mejor para nuestra familia. A mi madre, por siempre estar en los buenos y malos momentos y con tus consejos guiarme en la vida, este logro es completamente tuyo por ser mi fuente de motivación e inspiración.
V
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por darme el mejor regalo de la vida como lo es mi familia, que con su apoyo y sacrificio hoy son testigos de este gran paso en mi vida estudiantil.
Gracias a mi tutora Ing. Marjorie Arias por guiarme en todo este proceso de titulación de la mejor manera, Mi eterna gratitud hacia el Ing. Lenin Morejón C. por su ayuda incondicional durante el proceso de titulación.
VI
AGRADECIMIENTO
Agradezco a mi tutora Ing. Marjorie Arias por ser guía y consejo en todo momento a lo largo del proyecto, también a los buenos docentes de esta facultad que con su catedra ayudaron a fortalecer la búsqueda del conocimiento y lograr mi objetivo. Al Ing. Lenin Morejón por su importante ayuda y esfuerzo en el proyecto.
VII
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN
Ing. Eduardo Santos B., M.sc Decano De La Facultad Ciencias Matemáticas Y Físicas
Ing. Harry Luna A., M.sc Director De La Carrera Ingeniería En Networking Y
Telecomunicaciones
Ing. Christian Antón C., M.sc Profesor Revisor - Tribunal
Ing. Karina Real A., M.sc Profesor Revisor - Tribunal
Ing. Marjorie Arias D., M.sc Profesor Director Del Proyecto
De Titulación
Ab. Juan Chávez A. Secretario CISC - CINT
VIII
DECLARACIÓN EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de este Proyecto de Titulación, me corresponden exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la misma a la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL”
OYOLA PONCE IRVING
IX
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ESTUDIO
DE LA TECNOLOGÍA LI-FI COMO ALTERNATIVA
DE COMUNICACIÓN DE FORMA INALÁMBRICA EN LA
BIBLIOTECA DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN
NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el título de INGENIERO en NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Autores: OYOLA PONCE IRVING C.I: 0926554379
SAÑUDO ALVARADO CINTHIA C.I: 0926228461
Tutor: ING. MARJORIE ARIAS, M.sc
X
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el Consejo Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por los estudiantes OYOLA PONCE IRVING & SAÑUDO ALVARADO CINTHIA, como requisito previo para optar por el título de Ingeniero en NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES, cuyo tema es:
ESTUDIO DE LA TECNOLOGÍA LI-FI COMO ALTERNATIVA DE COMUNICACIÓN DE FORMA INALÁMBRICA EN LA BIBLIOTECA DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES.
Considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por:
OYOLA PONCE IRVING C.I: 0926554379 SAÑUDO ALVARDO CINTHIA C.I: 0926228461
Tutor: Ing. Marjorie Arias, M.sc
XI
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital
1. Identificación del Proyecto de Titulación Nombre Alumno: Cinthia Sañudo Alvarado Dirección: Huancavilca 1319 y Av. Quito
Teléfono: 0985922603 E-mail: [email protected] Nombre Alumno: Irving Oyola Ponce
Dirección: Abel Gilbert 3 Mz. A 26 v. 12
Teléfono: 0987840654 E-mail: [email protected]
Facultad: Ciencias Matemáticas Y Físicas
Carrera: Ingeniería En Networking Y Telecomunicaciones
Proyecto de titulación al que opta: Ingeniero en Networking y
Telecomunicaciones
Profesor Guía: Ing. MARJORIE ARIAS, M.sc
Título del Proyecto de titulación
:Estudio
De La Tecnología Li-Fi Como
Alternativa De Comunicación De Forma Inalámbrica En La Biblioteca de
La Carrera De Ingeniería En Networking Y Telecomunicaciones
Tema del Proyecto de Titulación: Li-Fi Una Alternativa De
XII
2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de Titulación
A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de este Proyecto de titulación.
Publicación electrónica:
Inmediata X Después de 1 año
Firma de los Alumnos:
OYOLA PONCE IRVING SAÑUDO ALVARADO CINTHIA
3. Forma de envío:
El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc. O .RTF y .Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.
XIII
ÍNDICE GENERAL
APROBACION DEL TUTOR ... II DEDICATORIA ... III AGRADECIMIENTO ... V TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN ... VII DECLARACIÓN EXPRESA ... VIII AUTORES ... IX CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR ... X AUTORIZACION PARA PUBLICACION ... XI ÍNDICE GENERAL ... XIII ABREVIATURAS ... XVI SIMBOLOGÍA ... XVII ÍNDICE DE TABLAS ... XVIII ÍNDICE DE GRÁFICOS ... XIX RESUMEN ... XX ABSTRACT ... XXII
INTRODUCCIÓN ... 1
CAPÍTULO I ... 3
EL PROBLEMA ... 3
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 3
Ubicación del problema en un contexto... 3
Situación conflicto nudos críticos ... 3
Causas y consecuencias del problema ... 4
Delimitación del problema ... 4
Formulación del problema ... 4
XIV
Alcances del problema ... 5
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 7
Objetivo general ... 7
Objetivos específicos ... 7
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN ... 7
CAPÍTULO II ... 9
MARCO TEÓRICO ... 9
Antecedentes del estudio ... 9
Fundamentación teórica ... 11 Escenario ... 29 Calculo de la escala ... 30 Fundamentación social ... 32 Fundamentación legal ... 33 Hipótesis ... 35 Variables de la Investigación ... 35 Definiciones conceptuales ... 35 CAPÍTULO III ... 38 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ... 38 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ... 38 Modalidad de la Investigación ... 38 Tipo de investigación ... 38 Población y muestra ... 39 Técnicas ... 41 Instrumentos ... 42 Recolección de la información ... 42 Procesamiento y análisis ... 43 Validación de la hipótesis ... 51 Análisis de factibilidad ... 52 Factibilidad Operacional ... 52 Factibilidad Técnica ... 55 Factibilidad Legal ... 57 Factibilidad Económica ... 58
XV
Etapas de la metodología del proyecto ... 59
Entregables del proyecto ... 61
Criterios de validación de la propuesta ... 61
Criterios de aceptación del Producto o Servicio ... 62
XVI
ABREVIATURAS
UG Universidad de Guayaquil.
CINT Carrera de Ingeniería en Networking Y Telecomunicaciones.
HTTP Protocolo de transferencia de Hyper Texto. ING. Ingeniero/a.
CC.MM.FF Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas. URL Localizador de Fuente Uniforme.
RF Radio frecuencia.
Ph.D Philosophie doctor/ Doctor en Filosofía.
TCP/IP Protocolo de control de transmisión/Protocolo de Internet. IP Protocolo de Internet.
VLC Comunicación por luz visible.
SSID Service Set Identifier, nombre de una red. RFID Identificación por radiofrecuencia.
IEEE Instituto De Ingeniería Eléctrica y Electrónica. LMDS Sistema de localización.
LED Diodo emisor de luz. VHF Muy alta frecuencia.
OOK Codificación por manipulación de interrupción. Li-Fi Light Fidelity.
OFDM Multiplicación por división de frecuencias ortogonales. TCP Protocolo de control de transmisión.
CSK Modulación por desplazamiento de color. VPPM Modulación por pulso variable.
RLL Codificación de datos a pulsos magnéticos. SISO Una entrada una salida.
MIMO Múltiples entradas múltiples salidas. RGB Red, Green, Blue/ Rojo, verde, azul. OWD Retraso unidireccional.
XVII
SIMBOLOGÍA
THz Terahertz % Porcentaje M Tamaño de la población N Tamaño de la muestra e Error de estimación Kbps Kilobits por segundo Gbps Gigabits por segundo PTS Puntos P.L Puntos Li-Fi P.W Puntos Wi-Fi RS Reed Salomon K Número de símbolos X Variable x Y Variable y m² Metros cuadrados Km Kilómetros Cm Centímetros $ Dólar(es)XVIII
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Comparación de características redes inalámbricas ... 13
Tabla 2. Comparación entre LED´s, CFL´s e incandescentes... 20
Tabla 3. Comparación de LiFi - WiFi ... 18
Tabla 4. Cuadro distributivo de la población ... 40
Tabla 5. Asistencia a biblioteca ... 43
Tabla 6. Uso de Internet ... 44
Tabla 7. Redes en la biblioteca ... 45
Tabla 8. Velocidad de transmisión ... 46
Tabla 9. Instalación estética ... 47
Tabla 10. Factores importantes de una red inalámbrica... 48
Tabla 11. Transmisión de datos mediante la luz ... 49
Tabla 12. Alternativa de comunicaciones ... 50
Tabla 13. Datos de factibilidad operacional ... 54
Tabla 14. Datos De Factibilidad Técnica ... 55
XIX
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Ilustración 1. Tipos de redes inalámbricas ... 12
Ilustración 2. Espectro visible de la luz ... 14
Ilustración 3. Experimentos de G. Bell. Fotófonos musicales ... 15
Ilustración 4. Como funciona Li-Fi ... 16
Ilustración 5. Símbolo del diodo LED y fotodiodo ... 19
Ilustración 6. Funcionamiento del modelo PHY I ... 23
Ilustración 7. Funcionamiento del modelo PHY II ... 23
Ilustración 8. Funcionamiento del modelo PHY III ... 24
Ilustración 9. Canal OFDM ... 25
Ilustración 10. Modulación y demodulación de OFDM ... 25
Ilustración 11. Diagrama de comunicación por bloques ... 26
Ilustración 12. Especificaciones de Lantronix ... 27
Ilustración 13. Diodo tipo SMD ... 27
Ilustración 14. Dispositivo emisor de datos ... 28
Ilustración 15. Circuito fotodiodo ... 28
Ilustración 16. Dispositivo receptor ... 29
Ilustración 17. Configuración de dispositivo Lantronix ... 29
Ilustración 18. Maqueta de la Biblioteca de CISC-CINT de la UG ... 30
Ilustración 19. Envió de datos mediante Hércules ... 31
Ilustración 20. Porcentajes de asistencia a la biblioteca. ... 43
Ilustración 21. Porcentajes de aceptación del uso de Internet ... 44
Ilustración 22. Numero de redes disponibles en la biblioteca ... 45
Ilustración 23. Importancia de la velocidad de transmisión de los datos .. 46
Ilustración 24. Porcentaje de aceptación de instalación del AP ... 47
Ilustración 25. Factores importantes para una red inalámbrica ... 48
Ilustración 26. Porcentaje de conocimiento de la transmisión de datos
mediante la luz ... 49
Ilustración 27. Aceptación de alternativa de comunicación inalámbrica ... 50
XX
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ESTUDIO DE LA TECNOLOGÍA LI-FI COMO ALTERNATIVA DE COMUNICACIÓN DE FORMA INALÁMBRICA EN LA
BIBLIOTECA DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
RESUMEN
El presente proyecto investigativo tiene como objetivo presentar lo más relevante del sistema de comunicaciones inalámbricas denominado Li-Fi, el cual constituye una gran innovación en el mundo de las telecomunicaciones al manejar la luz como medio para la transmisión de datos, utilizando el espectro visible y dejando de lado el uso de ondas de radio manejado por tecnologías antecesoras como Wi-Fi, Bluetooth, entre otros, prometiendo así mayor rapidez en la transmisión y recepción de información, confiabilidad y seguridad en la conexión. Se detalla el estándar IEEE 802.15.7 el cual trabaja con las frecuencias de luz visible, así como la técnica de comunicación que se basa en el principio de multiplexación por división de frecuencias.
Autores:
OYOLA PONCE IRVING
SAÑUDO ALVARADO CINTHIA
Tutor: ING. MARJORIE ARIAS, Msc
XXI
Mediante la presente investigación, se ha logrado obtener un prototipo que muestra cómo se realiza la transmisión y recepción de datos utilizando diodos LED, simulando una conexión inalámbrica de la tecnología Li-Fi, de forma que pueda contribuir a futuro para beneficio de las investigaciones y desarrollo de nuevos dispositivos que aporten con el progreso de los estudiantes y la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones.
La existencia de una nueva alternativa de comunicación inalámbrica de datos como Li-Fi, evidencia la constante evolución de las telecomunicaciones, las cuales ofrecen soluciones tecnológicas y modernas, poniendo al alcance de los usuarios beneficios que satisfacen sus necesidades con respecto a diversos servicios como: Internet, videollamadas, Voip, chat, entre otros., y las diversas aplicaciones que se puedan obtener en un futuro con el sistema Li-Fi.
XXII
UNIVERSITY OF GUAYAQUIL
FACULTY OF MATHEMATICS AND PHYSICAL
CAREER ENGINEERING NETWORKING AND TELECOMMUNICATIONS
ESTUDIO DE LA TECNOLOGÍA LI-FI COMO ALTERNATIVA DE COMUNICACIÓN DE FORMA INALÁMBRICA EN LA
BIBLIOTECA DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ABSTRACT
This research project aims to present the most relevant wireless communications system called Li-Fi, which is a major innovation in the world of telecommunications to handle light as a medium for data transmission, using the visible spectrum and leaving out the use of radio waves driven by predecessor technologies like Wi-Fi, Bluetooth, etc., thus promising faster transmission and reception of information, reliability and security in the connection. IEEE 802.15.7 standard which works with the frequencies of visible light as well as the communication technique which is based on the principle of frequency division multiplexing is detailed.
Authors:
OYOLA PONCE IRVING
SAÑUDO ALVARADO CINTHIA
Tutor: ING. MARJORIE ARIAS, M.sc
XXIII
Through this research, a prototype has been got to show how the transmission and reception of data is performed using LEDs, simulating a Li-Fi wireless technology connection, so that it can be a contribution in the near future for the benefit of research and development of new devices that provide progress to the students and the Career of Networking and Telecommunications.
The existence of a new alternative for wireless data communication as Li-Fi, demonstrates the constant evolution of telecommunications, which offer technological and modern solutions, making available for users benefits that meet their needs for various services such as: Internet, video calls, Voip, chat, etc., and the several applications that can be obtained in the future with the Li-Fi system.
1
INTRODUCCIÓN
La presente investigación detalla lo más relevante de la tecnología Li-Fi o Light Fidelity, la cual promete revolucionar el futuro de las comunicaciones inalámbricas, ofreciéndonos seguridad, ahorro de energía y disminución de ruido visual, entre otros, utilizando la luz como medio de transmisión y como elemento fundamental bombillas tipo LED.
Li-Fi se origina en el año de 1880 cuando Alexander Graham logra transmitir sonido por medio de la luz, era el primer dispositivo capaz de realizar dicha tarea, a este invento lo llamo fotófono, pero ante la invención del teléfono hizo que esta tecnología quede en el olvido, es así que el profesor Alemán PhD. Harald Haas decidió retomar el invento de Graham, y denomino a esta tecnología como los datos a través de la luz, la idea surge desde la transmisión por fibra óptica, pero esta vez el medio ya no sería un cable conductor sino mediante una bombilla LED, estableciendo una comunicación no perceptible para el ojo humano por la rapidez de la variación de la luz. 1,
Ofrecer una posible alternativa de comunicación dentro de la biblioteca de la CINT, conocer nuevos conceptos utilizados dentro del sistema de comunicaciones por luz visible, mostrar cuál es su mecánica, recomendar su utilización e instalación, es el centro del presente estudio, con una tecnología como Li-Fi que se apunta fielmente a transformar el futuro de las telecomunicaciones ofreciendo un sin número de soluciones en aspectos económicos, ambientales y técnicos.
El presente documento se divide en cuatro capítulos:
El primero orientado a la identificación del problema que sufre la red inalámbrica dentro de la biblioteca de CINT, factores y posibles consecuencias de una
1Harald Haas: datos inalámbricos en cada foco incandescente | TEDGlobal2011
https://www.ted.com/talks/harald_haas_wireless_data_from_every_light_bulb?language= es
2
conectividad no deseada por los estudiantes, entre otros., ubicándonos en el objetivo de desarrollar una investigación que ofrezca una alternativa que pueda subsanar los problemas que aqueja el alumnado así como lo es la tecnología Li-Fi, apoyando la presente investigación con la simulación la tecnología escogida mediante un prototipo funcional con los requerimientos básicos a nivel de conectividad y seguridad.
El segundo capítulo recopila información acerca de la evolución de las tecnologías inalámbricas y la nueva solución Li-Fi como la alternativa de comunicación: Conceptos, aplicaciones, imitaciones, ventajas, desventajas, estándar, antecedentes, entre otros, además de contar con la fundamentación legal y social que permitirá el desarrollo del sistema Li-Fi sin tener inconveniente alguno dentro de las leyes y artículos reflejados en la Constitución de la República del Ecuador y el Plan del Buen Vivir.
Dentro del tercer capítulo se detalla el análisis de los métodos de investigación utilizados en el presente estudio como: Encuestas y entrevistas realizadas a los alumnos que recurren con frecuencia a la biblioteca dentro de la CINT, apoyando con datos reales a la validación de la hipótesis detallada.
En el cuarto capítulo se representan los puntos de factibilidad operacional, técnica, legal, económica de la tecnología Li-Fi con tablas de peso evaluando porcentualmente características más representativas a criterio de los autores vs Wi-Fi, teniendo así un resultado favorable a la nueva tecnología de transmisión mediante la luz y posesionándola como una alternativa robusta de comunicación inalámbrica a futuro. Finalizando el documento con las respectivas conclusiones y recomendaciones.
3
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Ubicación del problema en un contexto
La Carrera de Ingeniería Networking y Telecomunicaciones de la Universidad de Guayaquil, dentro de su Biblioteca implementa y brinda para los estudiantes el servicio de Internet mediante una red inalámbrica de datos, para fortalecer sus conocimientos, promover la investigación y uso de nuevas tecnologías dentro de sus instalaciones.
Actualmente en este escenario se lleva a cabo el desarrollo de investigaciones y prácticas de nuevas herramientas disponibles en Internet. Sin embargo, la disponibilidad, seguridad y conectividad de la misma se ve afectada, por motivos en instalaciones, diseño de red, administración y control de la misma, lo que nos da lugar mediante una investigación profunda, ofrecer una nueva alternativa de conexión inalámbrica, viable e innovadora, que actualmente los estudiantes requieren para beneficio de la facultad. Demostrando así el avance en las telecomunicaciones en redes inalámbricas, motivando a los estudiantes a conocer más sobre esta tecnología y así poder desarrollar más soluciones a la problemática que aqueja la red de inalámbrica de la biblioteca de la CINT.
Situación conflicto nudos críticos
Los comentarios del alumnado referentes a la calidad de conexión que ofrece la red inalámbrica ya existente dentro la biblioteca de la CINT, indican en su mayoría: No poder navegar, existe una señal inestable y en ciertas ocasiones ni siquiera pueden anclarse a la red, entre otros. Punto se justifica con una
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encuesta realizada dentro de las instalaciones de la CINT a los alumnos que concurren mensualmente al escenario tomado como parte de estudio.
Causas y consecuencias del problema
Algunas de las causas que ocasionan problemas en las redes de datos de forma inalámbrica sin lugar a dudas aparecen por:
Mala administración de los equipos de comunicación. Ancho de banda errado.
Falta mantenimiento en los equipos a nivel de software y hardware.
Consecuencias
Delimitaciones de usuarios muy baja comparada con la población en las instalaciones, red sin encriptación, entre otros.
La velocidad de transferencia de datos no es la esperada.
Bajo rendimiento en los elementos de la red, daño en los equipos.
Delimitación del problema
Las necesidades que aquejan la red inalámbrica de la biblioteca de la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la UG, son tomadas como puntos de inicio de la presente investigación, debido a que es el área más concurrida por el alumnado dentro de las instalaciones, a la hora de realizar diversos trabajos investigativos, dando así una solución viable que está presentada en una maqueta a escala con sus respectivos prototipos funcionales.
Formulación del problema
¿Puede ser Li-Fi una nueva alternativa de red inalámbrica en la biblioteca de la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones?
5
Evaluación del problemaDelimitado: Enfocado solamente en la red inalámbrica de datos de la biblioteca
de la CINT.
Evidente: Los estudiantes que visitan la biblioteca al momento de anclarse a la
red inalámbrica no pueden navegar en Internet, no pueden descargar archivos, en otras ocasiones ni siquiera encuentra el SSID correspondiente de la red, entre otros.
Relevante: Es Importante que este problema sea solucionado, debido a que el
escenario tomado, es el núcleo de concentración del alumnado al momento de realizar una investigación, proyectos y exámenes.
Contextual: El Internet es una herramienta vital actualmente, por lo cual una red
con velocidad y señal baja puede dar pie a que los estudiantes no tengan un buen desenvolvimiento al momento de desarrollar sus respectos trabajos investigativos.
Factible: La problemática se puede solucionar debido a que existe una nueva
tecnología ya existe como lo es “Li-Fi” que soluciona los problemas que aquejan la red de la biblioteca de CINT, ya mencionados.
Identifica los productos esperados: Un estudio documentando que contiene
las características de la tecnología Li-Fi para considerarla como una nueva alternativa de comunicación de datos y como valor agregado 2 prototipos funcionales de reflejen la idea básica de transmitir datos mediante la luz.
Alcances del problema
El presente estudio explora y analiza a la tecnología LI-FI dando detalles como: Conceptos, características, aplicaciones, medios de transmisión, elementos, ventajas, desventajas, estándares, técnicas de comunicación, leyes que acogen
6
la aplicación de esta tecnología dentro de la Constitución del Ecuador, dando a conocer así una posible alternativa de comunicación de datos de forma inalámbrica que se mide de forma operacional, tecnológica y económica frente a WI-FI utilizando tablas de peso, datos que se reflejan en el cuarto capítulo de la presente investigación, misma que va de la mano con la presentación de un prototipo electrónico funcional que demuestra que el envío y recepción de datos Simplex mediante bombillas tipo LED es posible.
Esta propuesta abarca únicamente como escenario la biblioteca de la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la Universidad de Guayaquil, la misma que está representada en una maqueta a escala, debido a que si se considera el ambiente real, en conjunto con esta nueva tecnología que trabaja con Faroles o bombillas tipo LED, estas tendrían que ser instaladas en cada uno de los puntos de luz que se encuentran en la biblioteca, dicho cambio no está contemplado dentro del desarrollo del presente estudio.
A demás de presentar una simulación de la mecánica del sistema guiado por la luz, en la que intervienen los prototipos funcionales obtenidos junto a la maqueta tipo escala, para una mejor captación visualización y entendimiento del nuevo sistema de envío de datos, en esta simulación se cuenta con las medidas de seguridad básicas necesarias que solicita una red inalámbrica de datos y así cumplir con el conjunto de medidas preventivas para la seguridad de la información (Integridad, confidencialidad y disponibilidad). Li-Fi tiene una ventaja muy importante, ya que, al usar la luz como medio de transmisión, sólo transmite los datos si se encuentra bajo la luminaria tipo LED la cuál al no traspasar las paredes ofrece mayor seguridad a nuestra red, evitando así el robo de señal ya que esta se limita específicamente al área iluminada. Se pretende que los resultados obtenidos en el presente estudio se reflejen en un artículo de carácter técnico/científico, para que se pueda documentar y publicar en una revista científica de preferencia internacional por al menos un plazo de 3 meses, mismo artículo que suma puntos a la excelencia académica de la Universidad de Guayaquil.
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OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
Objetivo general
Elaborar un estudio de la tecnología LI-FI mediante la investigación y recopilación de información y así determinar una alternativa aceptable de conexión inalámbrica, dentro de las instalaciones de la biblioteca de la Carrera de ingeniería en Networking Y Telecomunicaciones De La Universidad De Guayaquil.
Objetivos específicos
Elaborar una investigación profunda acerca de la tecnología LI-FI (diseño, estructura, conceptos y utilización).
Mostrar la mecánica de transmisión de datos mediante la luz de bombillas LED.
Presentar un prototipo funcional (dispositivo electrónico) para demostración de la conexión LI-FI y donarlo a la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones, como punto de partida de implementación de futuros prototipos.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN
El mundo de la tecnología nos sorprende día a día con mejoras y nuevos avances, en aspectos técnicos, ambientales, monetarios, operacionales, entre otros. Las redes inalámbricas no se quedan atrás, pero el crecimiento de usuarios, necesidades de los mismos y vulnerabilidades crecen junto a las mejoras que se presentan, es por esto que consideramos que el sistema Li-Fi, debido a las ventajas que nos ofrece tales como: Seguridad, ahorro de energía, disminución de ruido visual, amabilidad con el medio ambiente, entre otros. Se
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presenta como una buena alternativa para ir acorde con las nuevas demandas del mundo tecnológico. En base a esto podemos justificar la presente investigación obteniendo el respaldo e información necesaria referente a esta tecnología, para que un futuro no muy lejano si se llega a tomar en consideración como la nueva forma de transmisión de datos, hacer los cambios correspondientes dentro de la red de la biblioteca de la CINT.
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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
Antecedentes del estudio
Al ser LI-FI una nueva tecnología, en estos últimos 5 años ha sido el núcleo de investigación para aquellos que se dedican a innovar en la rama de telecomunicaciones y redes informáticas, a continuación, se presenta 5 investigaciones similares al presente estudio:
1. Análisis prospectivo de las tecnologías de telecomunicaciones en el Ecuador (escenario 2020) y diseño de estrategias para la Corporación Nacional de Telecomunicaciones CNT E.P. , realizado en el año 2014, nos brinda una pauta de la importancia de desarrollar del sistema LI-FI dentro de Ecuador como metodología de comunicación de forma inalámbrica y un análisis competitivo frente a diversos sistemas tales como, WIMAX, CDMA-450, MOBILE-FI y UW; el cual nos dará una visión clara con respecto a realidad de tener aceptar una nueva tecnología en el país, dentro de un año. (Benítez Morejón, 2014). Magíster en Gerencia Empresarial. Tesis. Universidad Politécnica Nacional.
2. Desafíos de las nuevas tecnologías: Un análisis a LIFI y otras tecnologías, realizada en el 2013, nos brinda un resumen de ventajas y desventajas del uso de la tecnología LI-FI y como optimizar su uso, ayudará en nuestra investigación al momento de comparar a nuevo sistema antes mencionado, frente a WI-FI, a su vez va de mano con recomendaciones que se pueden considerar al momento de poner en marcha los prototipos funcionales sobre el uso del nuevo sistema de comunicación inalámbrica (Aravena, 2013).informe. Universidad Técnica Federico Santa María.
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3. Alcances del desarrollo de la nueva tecnología LI-FI para las telecomunicaciones en Colombia, sirve fundamentalmente como guía para poder crear de forma efectiva una red de iluminación Li-fi y a su vez menciona productos destacados en el mercado junto a sus especificaciones técnicas y que aplicaciones maneja, mismos productos que podríamos tener en consideración al momento de realizar la mecánica que envío y recepción de datos mediante la luz, también ayuda con conceptos claves de la temática, que fortalecen la presente investigación (Camargo Rodriguez, 2014). Ingeniero Electrónico y de las telecomunicaciones. Tesis. Universidad Católica de Colombia.
4. Análisis de la Tecnología LI-FI: Comunicaciones por luz visible como punto de acceso a Internet, una alternativa a transmisión de datos en las comunicaciones inalámbricas. Detalla la evolución, descubrimiento y desarrollo de la tecnología LI-FI, técnicas para implementar, alternativas del sistema LI-FI, corrección y optimización, sin dudarlo es un estudio similar al que realizaremos, lo cual nos beneficia como punto de referencia en cada uno de los temas puntales que se detallan en la presente investigación. (Peñafiel Peñafiel, 2015). Ingeniero Electrónico. Tesis. Universidad Politécnica Salesiana, Cuenca.
5. Desarrollo de la nueva tecnología LI-FI para las telecomunicaciones en Perú. Esta investigación menciona posibles aplicaciones, las cuales podrían implementarse el sistema LI-FI, útiles para el usuarios las cuales nos brinda ideas reales de aplicaciones seguras y de accesibilidad que se podrían aplicar en un futuro dentro de la Carrera de Ingeniera en Networking y Telecomunicaciones de la Universidad de Guayaquil, que cubran los requerimientos pertinentes si es que se llegara implementar este sistema y dejar de lado las conexiones de forma inalámbrica que utilizan ondas de radiofrecuencias (Cieza Perez, 2015). Ingeniero en Sistemas de cómputo y Telecomunicaciones. Tesis. Universidad Inca Garcilazo De La Vega.
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Fundamentación teóricaRed Inalámbrica
El termino red procede del vocablo latino “rete” que significa la estructura que dispone de un patrón característico, usado en las telecomunicaciones para definir al conjunto de equipos interconectados capaces de establecer una comunicación y compartir servicios, información y recursos, inalámbrico lo definimos como la comunicación entre nodos emisores y receptores sin necesidad de cables.2
Por lo tanto, una red inalámbrica es un sistema de equipos y dispositivos conectados mediante ondas electromagnéticas capaces de establecer una comunicación entre nodos, sin el uso de algún medio físico de propagación, siendo esta tecnología la de mayor aceptación en el mercado por sus beneficios, reduciendo así sus costos de implementación, satisfaciendo las necesidades de los clientes actuales.
Definimos como red inalámbrica (wireless network), a la conexión de nodos usando ondas electromagnéticas, sin necesidad de un medio físico, siendo esta una de las tecnologías de mayor aceptación en el mercado por sus beneficios eliminando el cable Ethernet, reduciendo así sus costos.
Medios de trasmisión
Para establecer una comunicación se deberá contar con un medio el cual nos permita realizar la transmisión de datos, utilizando medios no guiados, estos pueden ser ondas de radio, microondas terrestres o por satélite, mediante antenas que irradian potencia dependiendo de las necesidades para comunicaciones entre nodos.
Tipos de redes inalámbricas
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Ilustración 1. Tipos de redes inalámbricas
Fuente: http://image.slidesharecdn.com/3-redesip-150113123851-conversion-gate02/95/introduccin-a-redes-ip-37-638.jpg?cb=1424161876
Wireless Personal Área Network: Tipo de red basado para conexiones de
hogar, en lugares donde se requieren poco rango de cobertura. Existen tecnologías como bluetooth basado para comunicaciones e intercambio de datos, ZigBee que otorga una comunicación segura al tener una transmisión baja y poco consumo de energía de los equipos utilizado en aplicaciones de domótica, RFID dispositivo de transmisión de datos con un id mediante las ondas de radio.
Wireless Local Área Network: Encontramos a las tecnologías Wi-Fi con todos
sus estándares IEEE 802.11 establecidos para comunicaciones locales.
Wireless Metropolitan Área Network: Tecnologías Wimax con una cobertura y
ancho de banda mejorado para grandes distancias con su estándar IEEE 802.16 también encontramos el sistema LMDS como comunicación en este tipo de red.
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Wireless Wide Área Network: Usa tecnologías de red celular como GPRS,EDGE, 3G, HSPA, para comunicación incluyendo las tecnologías nombradas en WMAN.3
Tabla 1. Comparación de características redes inalámbricas
PAN LAN MAN WAN
Estándares Bluetooth 802.15.3 802.11 802.11 802.16 802.20 GSM CDMA Satélite Velocidad < 1 Mbps 11 a 54 Mbps 10 - 100 + Mbps 10 Kbps - 2 Mbps
Intervalo Cortocircuito Medio Medio -
largo Largo Aplicaciones Par a par Dispositivo a Dispositivo Redes de empresa Acceso de última milla Datos móviles Dispositivos Fuente: http://1.bp.blogspot.com/-n1Iz2FNB0yc/UCiPILEQTmI/AAAAAAAAAcE/fYEWWtG7HZ8/s1600/de.png Li-Fi
El desarrollo y evolución de las comunicaciones ante las necesidades que involucran al usuario estar en constante comunicación, utilizando como factor principal a la tecnología LED empleando corriente continua optimizada para encontrar un amplio número de ventajas. Ante estos factores el desarrollo e investigación científica se ha logrado desarrollar un sistema capaz de transmitir datos a través de la luz denominado Li-Fi(Light Fidelity) que parte del principio proporcionado por el método VLC (Visible Light Comunications) el cual utiliza el espectro electromagnético entre 400 y 800 THz., para su comunicación.VLC es un concepto global para transmitir datos de manera unidireccional a diferencia de
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https://www.academia.edu/9410313/WMAN_Wireless_Metropolitan_Area_Network_WLA N_Wireless_Local_Area_Network_Actividades_WPAN_Wireless_Personal_Area_Networ k_WPAN_WLAN_WMAN_WWAN_Est%C3%A1ndares
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Li-Fi que permite el acceso múltiple mediante una sola fuente de luz poder conectar muchos usuarios al mismo tiempo permitiendo la movilidad entre las luces sin perder la conectividad.4.
Ilustración 2. Espectro visible de la luz Fuente:
http://iespoetaclaudio.centros.educa.jcyl.es/sitio/upload/img/espectro_visible.jpg
Esta tecnología está experimentando la transmisión de datos mucho más rápida que su antecesor WIFI, Bluetooth, logrando alcanzar una velocidad de datos de hasta 10 Gbps., estas pruebas se están llevando a cabo en la Universidad de Edimburgo, en las cuales los miembros del grupo de investigación destacan que esta tecnología no causa interferencias electromagnéticas, es una solución ecológica y su costo en comparación con Wifi, es económico. Creando así en una solución alternativa a las conexiones inalámbricas habituales.5
Inicios
En el año 1880 Graham Bell y Summer tainter inventaron el primer aparato de comunicaciones sin cables, el fotófono, el cual permitía la emisión de sonido mediante la luz, actualmente considerado como el diseño más sofisticado entre
4 http://purelifi.com/what_is_li-fi/the-lifi-story/
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los sistemas ópticos inalámbricos permitidos, pero este experimento fue muy sensible a las interferencias por lo que fue abandonado, además del invento del teléfono en esos tiempos.6
Ilustración 3. Experimentos de G. Bell. Fotófonos musicales
Fuente: http://proyectoidis.org/wp-content/uploads/2014/06/Photophony.jpg
Con el avance de la tecnología y dispositivos en este caso los LEDs, sumando las características para variar su intensidad, y el uso del espectro visible de luz como opción de comunicación en envió y recepción de datos motivan al alemán PhD. Harald Haas retomar el invento de Graham, y denomina a esta tecnología como los datos a través de la luz, surgiendo esta idea de la transmisión de datos por fibra óptica, pero innovando la comunicación mediante bombillas LED, estableciendo una comunicación no perceptible para el ojo humano por la rapidez de la variación de la luz liberando así el espectro radioeléctrico. 7
PhD. Harald Haas
6 http://www.isciencemag.co.uk/blog/light-conversation/
7 Harald Haas: datos inalámbricos en cada foco incandescente | TEDGlobal2011
https://www.ted.com/talks/harald_haas_wireless_data_from_every_light_bulb?language= es
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El profesor Haas recibió el doctorado de la Universidad de Edimburgo en 2001. Posee actualmente la Cátedra de Comunicaciones Móviles de la Universidad de Edimburgo, y es co-fundador y director científico de pureLiFi Ltd, así como el Director de la Investigación y Lifi Centro de desarrollo de la Universidad de Edimburgo. Sus principales intereses de investigación están en las comunicaciones ópticas inalámbricas, comunicaciones inalámbricas y de RF ópticos híbridos, modulación espacial y coordinación de la interferencia en las redes inalámbricas. Se introdujo por primera vez y acuñó la modulación espacial y Lifi fue incluido entre los 50 mejores inventos de la revista Time de 2011. 8
¿Cómo funciona Li-Fi?
Ilustración 4. Como funciona Li-Fi
Fuente: http://purelifi.co.uk/wp-content/uploads/2013/08/How_VLC_works.png
Cuando se aplica una corriente constante en una bombilla de luz LED, el flujo constante de fotones son emitidos y se observa como luz visible, debido a que las bombillas son dispositivos semiconductores la salida óptica puede ser modulada a velocidades muy altas y son detectados por un dispositivo
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fotodetector y luego convertirlo en corriente eléctrica, la rapidez de modulación es imperceptible para el ojo humano haciendo que la comunicación sea transparente.9
Capacidad
El espectro de la luz visible para la transmisión de datos es abundante 10 mil veces más grande que el del espectro de ondas de radio, sin licencia y de uso gratuito, y las velocidades en los datos pueden lograr a ser muy altas debido a la baja interferencia. Además, utilizando la luz LED como factor de iluminación de la infraestructura para poder tener un mayor espacio de cobertura, literalmente podemos ver la zona determinada de conexión.
Eficiencia
Requiere menos componentes que la tecnología de radio. Las lámparas LED son eficientes con el consumo de energía, así como la optimización de utilizar el mismo dispositivo para realizar la comunicación, el LED puede llegar a transmitir datos a velocidades que llegarían a los Gbps y también su costo es bajo.
Medio Ambiente
Li-Fi no usa el espectro de RF y contribuye con la mimetización y ruido ambiental comparación de WiFi.
Seguridad
La transmisión de la luz evita el uso de frecuencias de radio que pueden interferir con la conexión Li-Fi, el mismo se podrá utilizar solamente en el área de cobertura donde es proyectada la luz y no viajara a través de paredes.10
9 (PureLiFi, s.f.) http://purelifi.com/what_is_li-fi/how-does-vlc-work/ 10 (PureLifi, s.f.) http://purelifi.com/what_is_li-fi/li-fi-features/ (Pure-LiFi)
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ComparacionesTabla 2. Comparación de LiFi - WiFi
CARACTERISTICA LIFI WIFI
Operación
Transmisión de datos mediante la luz usando
bombillas LED Transmisión de datos mediante ondas de radio utilizando un router WIFI La velocidad de transferencia de datos 5 Gpbs. Aun en desarrollo e investigaciones (22 Gbps) Según su último estándar 6 Gbps. A 60 GHz. Costo
Se dice que puede ser menos costoso que
WIFI
alto
Interferencia Objetos de obstruyan el paso de la luz
Ondas
electromagnéticas en el espacio de propagación
de la señal
Tecnología Compatibles con IrDA
Compatibles con WLAN 802.11 a / b / g / n / ac /
ad
Seguridad
No se propaga en los obstáculos, la conexión
es visible, por lo tanto es más segura
Se propaga libremente según su característica,
por lo que su vulnerabilidad aumenta
Impacto Ecológico Alto Bajo
La frecuencia de operación
10 mil veces espectro de frecuencias de la
radio
2,4 GHz, 4.9 GHz y 5 GHz
Distancia de cobertura Cerca de 10 metros Mayor a 10 metros
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ElementosEl elemento utilizado en el transmisor de Li-Fi son los diodos LEDs y en el receptor tenemos el fotodiodo que recibe la señal para obtener la comunicación.
Ilustración 5. Símbolo del diodo LED y fotodiodo Elaborado por: Oyola Ponce – Sañudo Alvarado
Diodo: Es un componente electrónico que además de emitir luz, permite el paso
de la corriente en un solo sentido, también se conoce como LED que significa español diodo emisor de luz (Light Emitting Diode). Estos componentes tienen como ventaja el consumo de menos energía en comparación de lámparas normales, y su duración es superior a 100000 horas luz (11 años).11
Fotodiodo: Un componente electrónico de funcionamiento contrario al diodo,
este es capaz de convertir la luz en corriente eléctrica totalmente proporcional al emisor dependiendo de la variación eléctrica del mismo, el cual indica el cambio que se realizó en la iluminación al fotodiodo.
Actualmente en el desarrollo y proceso de investigaciones, se están diseñando dispositivos receptores que funcionen para detectar velocidades que puedan ser capturadas desde el emisor, pero se siguen basando en el principio del fotodiodo como el dispositivo capaz de obtener estas variaciones.
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Tabla 3. Comparación entre LED, CFL e incandescentes
CARACTERÍSTICAS LED CFL Incandescentes
Ciclos continuados de
encendido/apagado Indefinido
Acorta su
vida útil Indefinido
Tiempo de demora para
encender Instantáneo
Algún
retardo Instantáneo
Emisión de calor Muy baja Baja Alta
Consumo eléctrico Bajo Bajo Alto
Eficiencia Alta Alta Baja Sensibilidad a la baja
temperatura Ninguna Alta Poca Sensibilidad a la humedad Ninguna Alguna Poca
Contenido de materiales
tóxicos Ninguno
Mercurio
(Hg) Ninguno
Vida útil aproximada en
horas de funcionamiento 50 000 10 000 1 000 Permite atenuación Algunos
modelos
Algunos
modelos Todas
Precio Alto Medio Bajo
Fuente: http://www.asifunciona.com/tablas/leds_equivalencias/leds_equivalencias.htm
Aplicaciones de Li-Fi
El crecimiento y el uso de LEDs actualmente para la iluminación, ofrece la oportunidad de incorporar la tecnología Li-Fi en una gran variedad de entornos. Está orientado a las aplicaciones que exigen el consumo del ancho de banda, video llamadas, transmisiones en vivo, audios en ambientes que esta tecnología puede ser aprovechada para tener un mayor rendimiento de las comunicaciones.
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Espectro RF: El exceso de demanda de capacidad de las redes celulares puedeser de descargarse en redes Li-Fi donde esté disponible quiere decir que toda la iluminación pública o privada que incluye lámparas de la calle se puede utilizar para proporcionar puntos de acceso Li-Fi y las mismas comunicaciones y la infraestructura sensor se puede utilizar para supervisar y controlar la iluminación y datos.
La conectividad móvil: Los equipos que tengan incorporados dispositivos que
puedan tener acceso a esta tecnología sean computadoras, tablets, celulares, pueden interconectar directamente a través de Li-Fi, aprovechando el corto alcance para obtener una máxima velocidad.
Entornos complicados: Donde las inferencias electromagnéticas afectan a la
comunicación como las minas, petroquímicas, hospitales, aviones, lugares que poseen una infraestructura de luces LED, implementar tecnología LiFi y así tener acceso a la información en estos entornos inadecuados para la conexión, brindando una solución flexible y segura.
Seguridad vial: Iluminaciones en carreteras y señales de tránsito podrían
implementar la comunicación Li-Fi para obtener información adecuada para la correcta gestión del tráfico, señales de tránsito inteligentes, comunicación entre vehículos, sistemas de información de estado del tiempo, carretera, acontecimientos importantes. 12
Ventajas
La velocidad en conexión va desde los 15 Mbps hasta los 20 Gbps. El ahorro de energía al contar con un dispositivo dual, el mismo que
brinda iluminación en el ambiente y conectividad a la red.
Puede ser utilizado en lugares donde se prohíbe Wi-Fi (aviones, equipo médico, bajo el agua) ya que no interfiere la señal RF.
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Mayor seguridad al solo tener conexión donde está presente el emisor de luz.
Contribuye con el medio ambiente y no causa daños en a la salud.
Adaptable a cualquier fuente luminosa, convirtiendo al LED en un punto de comunicaciones.
Imperceptible para la vista humana. El espectro de luz no está regulado.
Su implementación podría ser menos costosa que Wi-Fi.
Desventajas
No funciona bajo la luz solar directa.
No atraviesa paredes por lo que su cobertura se reduce al sitio de luz proyectado.
Solo para dispositivos con receptores disponibles para esta tecnología. La poca confianza de la tecnología al no contar aún con dispositivos
oficiales para su distribución.
En caso de interferencias de objetos entre emisores y receptor se pierde la comunicación.
Corto alcance.
Estándar IEEE 802.15.7
El estándar IEEE 802.15.7 son protocolos que se utilizan para las comunicaciones inalámbricas de tecnología Li-Fi. Este estándar que trabaja con las frecuencias de luz visibles, defiende 2 características que son fundamentales, la capa de acceso (MAC) y la capa física (PHY), con grandes velocidades de datos, que son capaz de soportar audio, video, entre otros.
En la capa PHY este estándar lo divide en 3 tipos diferentes por características, denominados como:
PHY I.
PHY II.
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Modelo PHY IUtilizado en ambientes exteriores con una velocidad de baja transmisión con un rango de 11,67 Kbps a 267,6 Kbps. Los bits son codificados con el denominado Reed Salomon (Rs), lo que hace es codificar K símbolos que son las palabras de código a mensajes teniendo como consecuencia n símbolos cada una, para posteriormente hacer un relleno de ceros utilizando padang, obteniendo un intercalador que pasaran por un codificador convolucional, luego pasa por un codificador RLL aplicando Manchester o 4B6B, dando como salida un símbolo de 2.4 o 6 bits, y pasa por el modulador OOK o VPPM que se envía por el canal emisor de luz. En el receptor se realiza el proceso inverso de demodulación de la información para obtener los datos de la información enviada.
Ilustración 6. Funcionamiento del modelo PHY I
Fuente: http://www.rfwireless-world.com/images/LiFi-Physical-Layer-PHY-I-Type.jpg
Modelo PHY II
Utilizado en ambientes internos con un esquema más sencillo y eficiente que el anterior modelo, su velocidad media va desde los 1,25 Mbps hasta 96 Mbps. Su funcionamiento es similar al PHY I, los bits de entrada son codificados por el RS, y la salida de esta, pasa por una codificación RLL donde el símbolo estará formado por 2, 4, 6, 8 bits. Finalmente, en el transmisor se modulará con OOK o VPPM. Cabe recalcar que ambo modelos mencionados hasta ahora envían información a un solo LED esto se denomina SISO.
Ilustración 7. Funcionamiento del modelo PHY II
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Modelo PHY IIIA diferencia de los anteriores modelos, PHYIII trabaja bajo un sistema MIMO esto quiere decir múltiples entradas con múltiples salidas. Ofrece velocidades con un rango desde 12 Mbps hasta 96 Mbps. Esto se puede utilizar en aplicaciones con muchas fuentes y receptores de luz, los cuales realizan el envío y recepción de las señales emitidas.
De igual manera se pasa por un bloque de codificación de RS el cual servirá para convertir la cadena de bits en tramas, y nuevamente ser codificado por RS. La diferencia y en punto clave está en la modulación CSK que es modulación mediante incrustación de color, la cual trabaja con 3 de 7 grupos que existen en el espectro de luz visible, cada uno con un código especifico, teniendo un valor en x – y, que luego serán pasados a valores RGB, para ser enviado por los LEDs. El receptor tiene 3 fotoreceptores con la función de detectar un color diferente ya que tiene 3 longitudes de ondas distintas, para realizar el proceso inverso y de corrección, así determinar los símbolos de cada conexión y pasarlos al decodificar RS que obtiene los datos enviados.13
Ilustración 8. Funcionamiento del modelo PHY III
Fuente: http://www.rfwireless-world.com/images/LiFi-Physical-Layer-PHY-III-Type.jpg
Técnicas de comunicación
Las técnicas se basan en el principio de multiplexación división de frecuencia ortogonal (OFDM) y en técnicas de modulación como son: La modulación óptica y las modulaciones espaciales de luz.
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Multiplexación por División de frecuencia ortogonal (OFDM)Técnica que permite dividir el canal de frecuencia en varias bandas, las mismas que nos permite él envió de información por cada una de ellas manteniendo la ortogonalidad, demostrando así una gran ventaja para que no exista interferencia ni cruce de información, utilizando técnicas de modulación ópticas y espaciales de luz.
Ilustración 9. Canal OFDM
Elaborado por: Oyola Ponce – Sañudo Alvarado
Ilustración 10. Modulación y demodulación de OFDM Fuente: http://www.scielo.org.mx/img/revistas/iit/v15n3/a4f11.jpg
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Modulación ÓpticaFormado por un emisor de luz que funciona como emisor de datos y un receptor capturando las diferentes intensidades de luz en el espectro visible. Esta modulación basa su principio en el esquema de comunicaciones ópticas inalámbricas (OWC), con el proceso de convertir una señal eléctrica en óptica. Mejorando así el ancho de banda dependiendo de los elementos utilizados en la implementación.
Modulación espacial de luz
Esta modulación basa su funcionamiento en base a la luz emitida, con el proceso denominado SML (Spatial Light Modulator) el cual varía la intensidad, fase y polarización, para la transmisión. Actualmente para este tipo de modulación existen equipos diseñados para aplicaciones específicas.14
Prototipo Funcional
El prototipo funcional de Li-Fi realiza la comunicación de información mediante la luz, dicho dispositivo cuenta con revisiones técnicas para la transmisión simplex de datos, para la comunicación entre dos equipos vía Ethernet, el mismo que sigue el diagrama de comunicación por bloques presentado a continuación:
Ilustración 11. Diagrama de comunicación por bloques Elaborado por: Oyola Ponce – Sañudo Alvarado
14 Análisis de la tecnología Li-Fi, Autor Jesús Peñafiel Peñafiel 2015
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ComunicaciónSe cuenta con dos dispositivos:
Emisor:
Emisor: Tenemos la lámpara conectada al dispositivo Lantronix (XP1002000-04R), el mismo que realiza él envió mediante pulsos de una cadena de datos al emisor de luz.
Ilustración 12. Especificaciones de Lantronix Elaborado por: Oyola Ponce – Sañudo Alvarado
Emisor de luz: Compuesto por dos LEDs de tipo POWER SMD 10W, conectados en paralelo a una placa disipadora que protegerá al led del calentamiento.
Ilustración 13. Diodo tipo SMD
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Ilustración 14. Dispositivo emisor de datos Elaborado por: Oyola Ponce – Sañudo Alvarado
Receptor: Módulo de 3 pines con un fotodiodo sensible que captura las
variaciones de luz, además cuenta con un potenciómetro ajustable que permite regular la captura de la señal, cuenta con una salida de conmutación digital que se transmite al dispositivo Lantronix para ser codificada y mostrar los datos recibidos. El circuito disparador 74HC14N recibe los impulsos enviados desde el modulo fotodiodo conectados a la salida para él envió correspondiente a la recepción del dispositivo Lantronix.
En estos dispositivos Lantronix se realizaron configuraciones para la transmisión y recepción de datos, utilizando el protocolo RS232 y trabajando a diferentes velocidades de transmisión de prueba.
Ilustración 15. Circuito fotodiodo
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Ilustración 16. Dispositivo receptor
Elaborado por: Oyola Ponce – Sañudo Alvarado
Ilustración 17. Configuración de dispositivo Lantronix Elaborado por: Oyola Ponce – Sañudo Alvarado
Escenario
Para mostrar la mecánica del sistema Li-Fi, la biblioteca se trasladó a una maqueta tipo escala 1:26 para así tener mejor visión de cómo se transmiten los
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datos utilizando bombillas tipo LED debido a que el cambio de luminarias en el escenario real no está contemplado dentro de la presente investigación
La biblioteca de la CINT según el reporte del 25 de junio del 2015 tiene las siguientes medidas:
269 𝑚2
Área de procesos técnicos y fondo bibliográfico- circulación y préstamo: 11.30 m de largo
3,87 m de ancho
Área de sala de lectura: 18.34 m de largo
8.70 m el primer ancho (puerta de entrada) 9.90m en el segundo ancho (final de la sala)
6m de ancho. Último bloque final de los pilares a la pared final
Ilustración 18. Maqueta de la Biblioteca de CISC-CINT de la UG Elaborado por: Oyola Ponce – Sañudo Alvarado
La presente información se obtuvo mediante una entrevista realizada a la Sra.: Charito Mora Magallanes, encargada de la biblioteca el día 8 de junio del 2016. Revisar ANEXO N° 2
Calculo de la escala
1834 𝑐𝑚
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Representando 1:26 (por cada centímetro en la maqueta, equivalen a 26 centímetros en la dimensión de la biblioteca).
Transmisión de datos.
Cada dispositivo Lantronix está configurado de manera que su velocidad de transmisión, Ethernet bits y protocolo sean iguales para el envío y recepción de los datos, conectándonos al puerto con una laptop. Los datos a enviar se realizan mediante el programa Hércules vr. 3.2.8 que como cliente TCP podemos realizar el envío de datos al emisor de luz.
Utilizamos luz como medio donde se propaga nuestra señal, aquí el fotodiodo tiene el factor importante de capturar los parpadeos realizados por el emisor, su ajuste de sensibilidad realizara el envío a nuestro circuito conectado al Lantronix receptor.
Ilustración 19. Envió de datos mediante Hércules Elaborado por: Oyola Ponce – Sañudo Alvarado
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Comprobando así todas las características positivas y exponiendo futuras aplicaciones que se desarrollaran con esta tecnología, se demuestra la comunicación simplex de los dispositivos, toda la transmisión se realiza de manera transparente y no perceptible para el ojo humano.
Fundamentación social
El presente estudio, tiene como meta principal ser el inicio de nuevas investigaciones y planteamientos de proyectos que ayuden a elevar la excelencia académica de la universidad de Guayaquil, De tal modo que docentes y estudiante sumen conocimientos de nuevas tecnologías amigables con el medio ambiente así como lo es LI-FI, tratando de resolver problemas futuros dentro del ámbito de las redes inalámbricas, estos puntos se contemplan dentro de los objetivos y artículos del Plan del Buen Vivir, Tomo I vigente en Ecuador desde 2013 hasta 2017.
Objetivo 4. Fortalecer las capacidades y potencialidades de la ciudadanía
4.5. Potenciar el rol de docentes y otros profesionales de la educación como actores clave en la construcción del Buen Vivir
b) Fomentar la actualización continua de los conocimientos académicos de los docentes, así como fortalecer sus capacidades pedagógicas para el desarrollo integral del estudiante en el marco de una educación integral, inclusiva e intercultural.
Objetivo 5. Construir espacios de encuentro común y fortalecer la identidad
nacional, las identidades diversas, la plurinacionalidad y la interculturalidad
5.2 Preservar, valorar, fomentar y resignificar las diversas memorias colectivas e individuales y democratizar su acceso y difusión
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b) Incentivar y difundir estudios y proyectos interdisciplinarios y transdisciplinarios sobre diversas culturas, identidades y patrimonios, con la finalidad de garantizar el legado a futuras generaciones.
Objetivo 7. Garantizar los derechos de la naturaleza y promover la sostenibilidad
ambiental, territorial y global
7.8. Prevenir, controlar y mitigar la contaminación ambiental en los procesos de extracción, producción, consumo y posconsumo.
f) Fortalecer los estándares de calidad técnicos y científicos de los estudios de impacto ambiental, para controlar y evaluar las actividades que generan impactos negativos en el entorno natural y social.
Fundamentación legal
Constitución de la República del Ecuador
Dentro la constitución de la República del Ecuador aún vigente se cita varios artículos relacionados con redes inalámbricas, innovación y acceso a las tecnologías de información y comunicación, los cuales son de vital importancia conocer si en algún momento se toma la iniciativa en el país de acoger a Li-Fi como una alternativa de comunicación de datos.
Sección tercera Comunicación e Información
Art. 16.- Todas las personas, en forma individual o colectiva, tienen derecho a:
2. El acceso universal a las tecnologías de información y comunicación.
3. La creación de medios de comunicación social, y al acceso en
