Tiedon lataus liikkeessä käyttäen näkyvään valoon pohjautuvaa tiedonsiirtoa: suunnittelu ja analyysi

Näkyvään valoon pohjautuvassa tiedonsiirrossa (VLC) valodiodeja (LED) käytetään lähettiminä, siirtokanavana toimii ilma ja vastaanottimina käytetään valoilmaisimia. Tällaista tiedonsiirtoa kutsutaan usein myös nimellä "Li-Fi" (Light Fidelity).

Väitöstyössä on kehitetty menetelmä VLC hotspot -verkkojen suorituskyvyn arviointiin tiedonsiirtonopeus-etäisyysmalleilla skenaarioissa, jossa tietoa ladataan liikkeessä.

Ensiksi tutkitaan optisen lähettimen komponenttien eri ominaisuuksia, kohinan lähteitä, keinovalon häiriömalleja ja tiedonsiirtolinkkien topologioita, jonka jälkeen esitellään tiedonsiirtonopeuden ja etäisyyden välinen malli.

Toiseksi kehitetään analyyttinen tiedonsiirto-etäisyysmalli, jota käytetään arvioitaessa VLC hotspot -verkkojen suorituskykyä sisäympäristössä sekä päivä- että yöolosuhteissa. Simulointien tulokset osoittavat, että taustakohinalla on suuri vaikutus VLC-verkkojen suorituskykyyn. Kuten odotettua, sisä- ja ulkotiloissa VLC hotspot toimii paremmin yöllä kuin päivällä. VLC hotspot -verkkojen suorituskykyä arvioidaan myös vastaanotetun tiedoston koon ja liikkuvan käyttäjän nopeuden suhteen.

Kolmanneksi tutkitaan hybridi WLAN-VLC hotspot -verkon suorituskykyä ja vertaillaan sen suorituskykyä pelkän VLC- tai WLAN-hotspot-verkon tapauksessa. Tässä käsitellään myös skenaarioita, joissa tiedoston lataus tapahtuu liikkeessä sisätilassa yhden käyttäjän sekä monen käyttäjän tapauksissa. Tässä hybridi WLAN-VLC hotspot, sekä erilliset WLAN- ja VLC-verkot ovat määritelty niiden tiedonsiirtonopeuden ja kantaman perusteella. Näiden verkkojen suorituskykyä arvioitaessa on tehty joukko tietokonesimulointeja verkossa tapahtuvasta tietojen lataamisesta liikkeessä ottamalla huomioon suorituskyvyn mittarit kuten tiedoston koko, keskimääräinen yhteyden kesto ja saavutettu läpäisy.

Simuloinnin tulokset paljastavat, että hybridi WLAN-VLC toimii aina paremmin kuin pelkkä VLC tai WLAN hotspot sekä yhden että monen käyttäjän tapauksessa.

Lopuksi työssä analysoidaan ehdotetun järjestelmän toteutettavuus ja mahdolliset edut käytettäessä hybridejä radio-optisia langattomia järjestelmiä. Tältä osin esitellään myös ko-operatiiviseen viestintään perustuvat optiset releet, joilla on tarkoitus parantaa verkon kattavuutta ja energiatehokkuutta akkukäyttöisissä laitteissa.

Mahdolliset hyödyt tunnistetaan palvelun konnektiivisuudessa ja energiatehokkuudessa akkukäyttöisissä laitteissa sisätiloissa. Simulointien tulokset osoittavat, että käyttäjien konnektiivisuus ja energiatehokkuus riippuvat käyttäjätiheydestä, kantaman ja etäisyyden välisestä suhteesta yhden hypyn ja monen hypyn välillä, releointitodennäköisyydestä ja käyttäjien mobiliteetista.