“Ciò di cui avremo bisogno in futuro sarà inserire un microchip in ogni dispositivo di illuminazione LED. Potremo così combinare due funzionalità: l’illuminazione e la trasmissione dati attraverso una rete wireless”.

Sono le parole con cui Harald Haas, docente dell’Università di Edimburgo, in occasione del TED Global 2011, ha presentato per la prima volta al mondo la tecnologia Li-Fi (Light Fidelity).

Nel contesto di un talk sulle comunicazioni wireless ottiche (optical wireless communication, OWC), Haas ha messo sulla carta geografica della comunicazione un approccio che potrebbe rappresentare molto più di una semplice alternativa al Wi-Fi, estendendone le possibilità tecnologiche, per soddisfare una domanda di connettività che nei prossimi anni tenderà a crescere in maniera esponenziale.

Per avere una percezione di ciò che il Li-Fi potrebbe rappresentare su larga scala, è sufficiente immaginare che qualsiasi sorgente di illuminazione LED, potrebbe nel giro di qualche anno capace di gestire un segnale dati wireless in grado di soddisfare, con latenze molto ridotte, la richiesta dei sistemi IoT e delle applicazioni in realtà aumentata, destinati a diventare parte sempre più integrante della nostra quotidianità.

Li-Fi: cos’è e come funziona

Nella sua definizione più semplice, il Li-Fi (Light Fidelity) è una tecnologia wireless che utilizza la modulazione della luce LED per trasmettere informazioni digitali. Il principale punto di forza di questo suggestivo approccio tecnologico è dato dal fatto che qualsiasi sorgente LED attualmente utilizzata per l’illuminazione, se supportato da un’apposita infrastruttura, può diventare un repeater di dati digitali, garantendo una copertura di fatto illimitata.

L’accostamento etimologico con il Wireless Fidelity (Wi-Fi) non appare casuale: anziché puntare sulla radiofrequenza, predispone il trasporto dei dati grazie alla luce visibile (VLC). La tecnologia Li-Fi non è ancora diffusa commercialmente a livello mainstream, ma sta attraversando una fase di tipo sperimentale.

Il Li-Fi utilizza la luce visibile come media per la trasmissione dei dati, grazie ad un sistema VLC (visual light communications). Il funzionamento del Li-Fi si basa sulla commutazione on/off della frequenza luminosa delle sorgenti LED, da cui deriva il segnale binario 0/1. Per ottenere questo scopo, un sistema VLC prevede due componenti fondamentali: una sorgente luminosa dotata di una signal processing unit per la trasmissione del segnale dati, e un dispositivo dedicato alla ricezione del segnale tramesso.

I dati vengono trasmessi grazie a cicli di accensione e spegnimento della sorgente LED molto veloci, invisibili all’occhio umano. Tale segnale, una volta ricevuto da un dispositivo specifico, viene demodulato e convertito in un flusso continuo di dati binari: i contenuti digitali che i dispositivi informatici sono in grado di utilizzare, come file di testo, audio, immagini, video e altre applicazioni cross mediali.

I vantaggi e le criticità del Li-Fi oggi

In attesa di valutare le sue applicazioni concrete in ambito mainstream, lo specifico tecnologico e i risultati delle sperimentazioni ci consentono di affermare che il Li-Fi dovrebbe introdurre una significativa serie di vantaggi, a fronte di alcune criticità, tipiche delle nuove tecnologie.

• Sicurezza informatica: la trasmissione dei dati avviene in prossimità della sorgente LED e può essere intercettata soltanto se si è fisicamente presenti nell’ambiente in cui è attivo il sistema Li-Fi. Il segnale luminoso non è infatti in grado di superare barriere fisiche, come le pareti dell’ambiente stesso.
• Velocità: le specifiche tecnologiche indicano che il Li-Fi può raggiungere una velocità di trasmissione dei dati circa 100 volte più elevata rispetto a quella attualmente offerta dai migliori sistemi Wi-Fi, senza vincoli per quanto concerne i dispositivi connessi alla rete.
• Geolocalizzazione: grazie alle caratteristiche intrinseche del segnale luminoso, la tecnologia Li-Fi consente di direzionare con estrema precisione la luce e di conseguenza le informazioni trasmesse, con la possibilità di una comunicazione bidirezionale.
• Larghezza di banda: rispetto alle onde radio, le onde luminose vantano uno spettro molto più ampio (circa 10000 volte superiore) da cui deriva la possibilità di avvalersi di connessioni dalla banda molto più larga. Tale prospettiva dovrebbe favorire la proliferazione dei sistemi IoT, soprattutto in ambito mainstream.
• Densità dei dati: le specifiche della tecnologia Li-Fi parlano di una trasmissione dati dell’ordine di 10/15 Gbps, valori decisamente più elevati rispetto alla maggior parte delle tecnologie wireless attualmente più diffuse.
• Disponibilità hardware e capillarità della rete: i sistemi Li-Fi utilizzeranno, almeno in parte e con alcuni necessari adattamenti, i componenti dei sistemi di illuminazione LED già esistenti, per ottenere una rete capillarmente molto diffusa. Il fatto che qualsiasi punto luce possa diventare un access point della rete wireless, consentirebbe anche di abbattere sensibilmente i costi, rispetto all’adozione obbligatoria di dispositivi dedicati.
• Assenza di interferenze: rispetto ai segnali in radiofrequenza, sempre più affollati, la tecnologia Li-Fi, non presenza rischi di interferenze, il che la rende particolarmente appetibile in ambiti come il medicale, l’aeronautico e gli impianti caratterizzati da strumentazioni particolarmente sensibili.
• Efficienza energetica: il simultaneo impiego di una rete per l’illuminazione e la trasmissione dei dati consente di ottimizzare sensibilmente i consumi energetici rispetto all’utilizzo di sistemi dedicati.
• Sicurezza per gli utenti: anche se il dibattito in merito rimane tuttora aperto, l’assenza di onde elettromagnetiche comporta a prescindere una forma di tutela per la salute degli utilizzatori.

Li-Fi: le criticità da superare

In riferimento alle specifiche e alle caratteristiche intrinseche della tecnologia Li-Fi, al momento è possibile ipotizzare le seguenti criticità.

• Distanza di trasmissione: il segnale luminoso non può superare le barriere fisiche opache come le pareti dell’ambiente. La rete Li-Fi deve prevedere un segnale luminoso in ogni vano interessato.
• Interferenze luminose: anche se un sistema Li-Fi è per natura esente dai rischi di interferenza della radiofrequenza, è necessario adottare una serie di accorgimenti per evitare l’interferenza di segnali luminosi.
• Maturità tecnologica: nel momento in cui scriviamo il Li-Fi è una tecnologia soggetta a sperimentazione e progetti pilota, senza alcuna diffusione nei sistemi mainstream. L’integrazione in ambito IT, si pensi ad esempio ad apposite schede di rete sui dispositivi informatici, appare al momento piuttosto distante.

Li-Fi: la possibile soluzione alla saturazione della banda wireless

Le previsioni degli analisti concordano sul fatto che nei prossimi anni il numero di dispositivi connessi alla rete internet crescerà in maniera a dir poco esponenziale, anche grazie alla diffusione di nuovi standard nella comunicazione mobile, come il 5G, la cui banda favorirà il deciso aumento di traffico di dati digitali. In particolare, le comunicazioni wireless dovranno supportare l’aumento delle comunicazioni tra i vari dispositivi presenti nei sistemi IoT (Internet of Things).

Di fronte a questo scenario, appare molto probabile che le specifiche delle attuali reti wireless disponibili non riescano a soddisfare la domanda di connettività richiesta dal mercato, favorendo la sperimentazione di nuovi standard di comunicazione wireless. In questo contesto il Li-Fi si pone come un’alternativa molto credibile sia dal punto di vista tecnologico che per quanto concerne la capillarità della sua possibile diffusione.

Il Li-Fi inoltre non prevede l’utilizzo di campi elettromagnetici, come nel caso delle frequenze radio, il che ne consentirebbe l’impiego anche negli ambiti in cui finora altri standard di comunicazione wireless erano interdette. Basti pensare agli utilizzi della medicina, oltre alla possibilità di ridurre l’esposizione dell’uomo anche nelle applicazioni domestiche.

Le applicazioni del Li-FI: il momento della sperimentazione

Come citato, la tecnologia Li-Fi attraversa una fase di tipo sperimentale. Le prime applicazioni lasciano intuire straordinarie potenzialità in vari ambiti di utilizzo.

1) Li-Fi e sanità / medicale

L’assenza di interferenze con i dispositivi a radiofrequenza agevola la sperimentazione del Li-Fi soprattutto in ambito ospedaliero. Tra le possibili applicazioni, oltre alla sala operatoria, figura la possibilità di monitorare i parametri vitali e il movimento del paziente con dispositivi finalmente privi di cablaggi, oltre a nuovi criteri di gestione per le cartelle cliniche elettroniche.

In un futuro più o meno prossimo, la tecnologia Light Fidelity dovrebbe garantire un’elevata integrazione di servizi, fruibili dal paziente mediante un’unica interfaccia di controllo, disponibile quale applicazione per uno smartphone che sarà in grado di connettersi alla rete Li-Fi.

2) Li-Fi e luoghi di lavoro

Gli uffici costituiscono un ambito molto efficace per le soluzioni Li-Fi, grazie alla facilità di installare sistemi di illuminazione in grado di garantire una copertura molto elevata in tutti i vani in cui si intende erogare il servizio.

Le specifiche tecniche del Li-Fi costituiranno una valida alternativa sul piano della performance, in quanto prospettano connessioni a banda larga ultraveloci, sia in download che in upload, favorendo l’impiego di applicazioni “pesanti” come lo streaming real time di contenuti audio-video.

Il binomio che lega il Li-Fi ai luoghi di lavoro consentirà di raggiungere livelli di salubrità e performance sempre più elevati, favorendo la proliferazione di sistemi IoT integrati, in grado di gestire i dati delle applicazioni di lavoro e risolvere, al tempo stesso, le funzionalità legate alla domotica.

Sarà ad esempio possibile regolare in automatico i sistemi LED per ottimizzare i consumi in funzione dell’effettiva presenza di persone negli spazi da illuminare, oltre a direzionare il fascio luminoso in maniera corretta sul piano di lavoro. In termini più generali, è prevedibile che si diffonda una vera servitizzazione nell’ambito del lighting, capace di far rientrare anche questo genere di applicazioni nel novero dei servizi gestiti.

3) Li-Fi e retail

Il retail è tra gli ambiti in cui la sperimentazione dei sistemi Li-Fi appare più fervente. In particolare, negli store si è assistito ad applicazioni in grado di trasmettere informazioni al consumatore mediante sistemi di illuminazione LED, per veicolare informazioni sui prodotti e avvisi di scontistica personalizzata.

Le applicazioni Li-Fi in ambito retail applicano le tecniche del geo marketing e del marketing di prossimità per tracciare gli utenti e scambiare dati con le loro applicazioni mobile, ai fini di migliorare la user experience.

La tecnologia Li-Fi sfrutta la georeferenzialità e la combinazione con la luce visibile per abilitare molte funzioni interattive:

• Orientare i visitatori all’interno dello store
• Fornire indicazioni e suggerimenti sui singoli prodotti
• Abilitare strategie di marketing personalizzate, con suggerimenti per gli acquisti e promozioni ad hoc
• Tracciare i movimenti degli utenti e le loro interazioni con i prodotti

I sistemi retail basati sulla tecnologia Li-Fi costituiscono pertanto un prezioso driver per l’attuazione di strategie omnichannel con logiche data-driven e customer centric, favorendo l’analisi dei dati in tempo reale per effettuare previsioni accurate sul comportamento dei consumatori e sull’andamento delle vendite.

4) Li-Fi e cultura

Le medesime tecniche adoperate in ambito retail possono essere utilizzate con successo per soddisfare le esigenze di altri settori applicativi, come nel caso della cultura.

Nell’ambito delle applicazioni museali, sono già state intraprese alcune sperimentazioni, come quella avviata presso il Parco archeologico di Pompei, che vede l’azione combinata di sistemi IoT e VLC (visual light communications) per guidare i visitatori lungo i percorsi culturali del sito, con logiche di gestione nativamente orientate alla sostenibilità economica ed ambientale.