Il paradigma di recente emerso nell'ambito delle comunicazioni ottiche, denominato Light-Fidelity (Li-Fi), mira all'implementazione collegamenti di comunicazione in scenari indoor per consentire la comunicazione bidirezionale attraverso segnali ottici. Ad oggi la tecnologia denominata Visible Light Communications (VLC) è stata considerata come una possibile soluzione all'accesso ad Internet per ciò che attiene al downlink, ovvero alla fruizione di contenuti multimediali da reperire sulla rete 'verso il basso'. La dimensione delle "celle" è così piccola (attocelle) che viene solitamente gestita dal cono di luce di uno o più LED.
Tuttavia, la ricerca scientifica con minore attenzione si è rivolta verso il problema dell'uplink, ovvero dell'invio di dati verso la rete (invio mail, upload file, richieste di accesso a contenuti). Sovente, sia in articoli scientifici che in demo, si utilizza un accesso di tipo radio come IEEE802.11 (wi-fi) vanificando, in qualche modo, le peculiarità dei segnali ottici giacchè questi posso essere usati in aree limitate (come ospedali, aerei) e forniscono un buon livello di sicurezza non potendo oltrepassare le pareti.
A tal proposito, in questa proposta di progetto ci si prefigge di studiare e validare una possible soluzione per l'uplink che utilizzi segnali nell'infrarosso dotando i terminali mobili (smartphone) di più LED-IR in modo tale da garantire un buon livello di omnidirezionalità e così da non richiedere un puntamento rigido e vincolato per effettuare l'accesso. In particolare si assume che i punti di accesso siano caratterizzati dalla presenza di più fotodiodi sul soffitto in modo da ricevere i segnali provenienti da diversi utenti e indicazioni. A questo proposito, si andrà ad esplorare oltre alla dimensione temporale anche quella dimensione spaziale per valutare quanti utenti possano accedere alla rete con un ragionevole livello di affidabilità e senza indurre elevati livelli di interferenza multi utente.
Come evidenziato precedentemente, non esistono allo stato dell'arte, reti wireless totalmente ottiche in grado di gestire anche l'aspetto di mobilità. Soluzioni proposte per specifici ambienti (come aerei) prevedono di fatto che i dispositivi siano presenti sulle poltrone cosa che consente di risparmiare in termini di cablaggio per la sezione dati/entertainment. Questo non implica la possibilità di utilizzare i propri dispositivi per accedere ad Internet naturalmente.
Pertanto la comunicazione bi-direzionale, downlink VLC ovvero da LED-VLC a fotodiodi VLC (ovvero nella banda visibile) e uplink IR, ovvero da LED-IR a fotodiodi IR, risulta essere la vera sfida, prima di tutto, a carattere tecnologico che si affronta in questo progetto. Anche testbed realizzati in laboratorio sono focalizzati sulla comunicazione uni-direzionale.
Inoltre, le tecniche di accesso convenzionali note in letteratura con il nome di tecniche a suddivisione di canale, prevedono che una risorsa trasmissiva (tempo, frequenza, codice) venga equamente ripartita tra gli utenti. Si hanno così le tecniche x-DMA (dove x sta per T=tempo, F=frequenza, C=codice). Esiste, tuttavia, un'altra tecnica difficilmente realizzata in pratica in quanto richiede soluzioni molto efficienti, ovvero quella spaziale, che richiede di "separare" i segnali o, anche, solo gestire gli utenti sulla base della loro posizione.
In questo modo l'avanzamento delle conoscenze rispetto allo stato dell'arte risiede non solo nel realizzare la comunicazione bidirezionale, ma, di più, nella gestione degli utenti utilizzando due dimensioni (tempo e spazio). A tal fine, vi è un elemento essenziale che è quello di superare sia il paradigma di accesso radio (punti di accesso visti come stazioni più prossime) sia quello dell'accesso ottico wireless che richiede il puntamento del dispositivo in maniera volontaria da parte dell'utente.
Pertanto, l'impatto sulla novità introdotta da questa ricerca si estende su tre livelli diversi che sono, architetturale, progettuale ed implementativo.
Piano architetturale:
Ci si propone di realizzare dei punti di accesso (PA) da installare sul soffitto degli ambienti nei quali si vuole testare l'accesso ad Internet, realizzando dei "cubi" di accesso ovvero delle strutture a 5 facce (la sesta è usata per installare il PA al soffitto) dove di fatto si hanno 5 segnali. In questo modo due utenti posti in posizioni diametralmente opposte rispetto ad un PA potrebbero condividere lo stesso slot temporale perché il loro segnale è presente su facce diverse di un PA. Nessuno in letteratura ha mai affrontato questa sfida né tantomeno si è considerata una implementazione di questo tipo. Al contempo, dal punto di vista del trasmettitore, sia esso installato come scheda esterna di un computer, o sia esso montato su un dispositivo mobile come uno smartphone, l'utilizzo di più LED-IR (3 o 4) in modo da generare una emissione simile ad una omnidirezionale (come accade per un segnale tipo Wi-Fi), rappresenta una novità assoluta per l'accesso bidirezionale.
Piano progettuale:
Dal punto di vista delle tecniche di accesso, come anticipato in precedenza e nella discussione precedente sull'utilizzo della dimensione spaziale, si ha l'assoluta novità di non considerare come sempre accade in letteratura che il PA in carico del servizio sia quello più vicino. Questa ipotesi, a dire il vero, non è del tutto verificata anche nel downlink, ma riguarda alcuni aspetti legati alla propagazione e alle riflessioni. Tuttavia, c'è da osservare che la gestione di utenti dislocati in un ambiente tenendo conto della loro posizione, dell'orientamento del dispositivo, della interferenza generata sulla base di posizione e orientamento è assolutamente una novità giacchè in letteratura si assume sempre un puntamento verticale. Quindi riuscire ad integrare posizione, orientamento, angolazione e interferenza richiede la proposizione di algoritmi che massimizzino (fissato il rate trasmissivo con cui si accede) il numero di utenti gestibili dalla rete.
Piano implementativo:
Quest'ultimo livello di innovatività rappresenta un ulteriore avanzamento determinante perché non ci si focalizza esclusivamente sul far funzionare il sistema al calcolatore (simulazioni con Matlab/Simulink) e pubblicazioni articoli con derivazioni teoriche. Sebbene questi ultimi due aspetti siano essenziali ai fini del progetto, si andranno a testare le soluzioni proposte e simulate in benchmark veri e propri con un setup che preveda l'installazione di PA sul soffitto dell'ambiente selezionato e dispositivi mobili dotati di LED-IR. Come detto in precedenza, non esiste in letteratura l'implementazione di un sistema 'tutto ottico' che sia bidirezionale e pertanto anche il testing e l'eventuale raffinamento di alcune soluzioni tenendo conto di eventuali elementi che non siano emersi in fase progettuale è parte integrante sia del progetto stesso che del livello innovativo.