РЕФЕРАТ 3
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Введение в область 9
1.1 Visible Light Communication (VLC) 9
1.2 Операционная система Android 13
1.3 Основы теории сигналов 16
2 Описание пререквизитов работы 19
2.1 Аналоговая схема передачи звука при помощи светодиода 19
2.2 Кодирование данных при передаче в аналоговой схеме 20
2.3 Цели работы и необходимые части архитектуры приложения 21
3 Структура приложения 24
3.1 Описание используемых библиотек 24
3.2 Описание архитектуры программы 24
3.3 Программное исполнение графического интерфейса программы 26
3.4 Программное исполнение сервиса предоставления данных 30
3.5 Программное исполнение простого звукового проигрывателя 31
3.6 Программное исполнение предоставления данных с датчика освещения 32
3.7 Программное исполнение предоставления данных с камеры смартфона 35
4 Интерфейс приложения и выводы исследования 40
4.1 Интерфейс приложения 40
4.2 Выводы работы 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
ЛИТЕРАТУРА 44
ПРИЛОЖЕНИЕ А 46
В настоящее время активно исследуются возможности передачи информации посредством видимого света, условно называемые VLC (Visible Light Communication) или Li-Fi (Light Fideliy). Этому способствуют важные предпосылки, заметные даже на данный момент, к тому, что современные беспроводные средства передачи имеют проблемы с удовлетворением спроса на их применение.
Протокол Wi-Fi, при всех своих достоинствах, постепенно исчерпывает свои возможности - полоса частот, пригодных для передачи данных посредством Wi-Fi (1-2 ГГц) всё больше забита, но тем не менее, спрос на беспроводные коммуникации только растёт. Применение Интернета для межличностных коммуникаций только растёт по мере развития экономик развивающихся стран и смены поколений в развитых странах, и концепт Интернета Вещей (Internet of Things) всё более интересует публику, хотя его применение требует абсолютно другого порядка ширины полосы передачи данных, либо значительного изменения современных алгоритмов передачи. Более того, в случае излишнего зашумления диапазона Wi-Fi значительно снижаются скорость передачи данных и возрастает количество ошибок передачи. И, к сожалению, мы постепенно подходим к полному исчерпанию полосы частот Wi-Fi.
Хотя современные возможности радиопередачи данных, такие как 4G и проектирующийся 5G, используемые современными смартфонами, могут удовлетворить требования к ширине частоты, увеличение скоростей и ширины полосы частот создадут там свои проблемы. Увеличенные возможности проектирующегося 5G потребуют значительного увеличения сложности приёмников сигнала, что приведёт к проблемам использования их для изначальной цели их создания - организации сотовой связи. Более сложные приёмники сигнала требуют больше электрической энергии и более сложное встроенное оборудование, что может привести к проблемам быстрой разрядки будущих мобильных телефонов, к ограничению их мобильности.
Именно поэтому всё больше компаний и исследователей интересуются возможностями передачи данных посредством видимого света. Преимущества очевидны - широта полосы, в десять раз большая, чем ширина полосы Li-Fi, повсеместное присутствие осветительных приборов в повседневной жизни, отсутствие интерференции с другими передатчиками[1].
При внедрении Li-Fi необходимо будет адаптировать программы современных смартфонов под считывание сигнала Li-Fi. Целью данной работы является проверка возможностей современных смартфонов по считыванию и обработке сигнала Li-Fi, также как и тест максимальной частоты, с которой современные на момента написания работы смартфоны могут снимать и обрабатывать сигнал, используя исключительно программные средства и API, предоставленные компанией Google в их операционной системе Android.
Для наглядного теста была найдена готовая и относительно простая аналоговая схема по передаче звуке с помощью светодиода посредством амплитудной модуляции. Максимальную передаваемую частоту звука можно рассматривать как ограничение на скорость передачи цифровых данных. Для теста возможностей смартфонов было решено написать приложение, позволяющее заменить приёмник схемы на смартфон. Приложение базируется на двух возможных способах считывания показаний освещённости: датчик освещения, и камера.
Целью данной работы является практическая проверка возможностей приёма сигнала Visible Light Communication (VLC) современными смартфонами посредством проектирования и разработки приложения, способного принимать и проигрывать звук, передающийся с помощью мерцающего светодиода средствами амплитудной модуляции.
Данная работа имеет очевидную научную значимость как практическое исследование на примере рабочего прототипа возможностей интеграции современных на момент написания работы смартфонов в планируемую экосистему VLC на предмет теоретической возможности, целесообразности и лимитаций подхода в случае успеха. Результат позволит сделать выводы, есть ли необходимость в изменениях конструкции смартфонов в целях улучшения поддержки технологии, что будет сильно влиять на скорость её распространения в быту.
Проект был реализован на языке программирования Java в программной среде ОС Android.
Для достижения цели было необходимо решить следующие задачи:
• обзор технологии Li-Fi
• исследование возможностей нынешних смартфонов, использующих систему Android, по высокоскоростному программному приёму и обработке видимого света
• разработка ПО считывания и обработки сигнала Li-Fi
• тестирование ПО считывания и обработки Li-Fi на ОС Android
• подведение вывода по целесообразности использования современных смартфонов как приёмников Li-Fi
В результате работы было разработано приложение Android, способное декодировать звук из сигнала Li-Fi, создаваемого светодиодом, с помощью встроенной камеры смартфона, при наибольшей компонентной частоте звука не выше 1000 Гц.
Также был сделан вывод о непрактичности применения данного подхода для интеграции с инфраструктурой Li-Fi и необходимости специализированного датчика освещённости для приёма больших объёмов данных с использованием технологии. Такие датчики уже производятся, как объяснено в подразделе 1.1, и данная работа доказала необходимость распространения аналогичных датчиков для глубокой интеракции современных смартфонов с VLC.
