As lâmpadas LED da Disney com Linux trazem conectividade Li-Fi para suas casas

Tabela de Conteúdos

• A Disney lança a “Lâmpada Linux” baseada em Linux para uma rede doméstica interconectada - - A pesquisa da Disney demonstra um método de rede LED-para-LED para configurar uma rede doméstica interconectando brinquedos, gadgets vestíveis, smartphones etc.
• OpenWRT-on-Atheros controla luzes controladas por Arduino
• Referências Adicionais

A Disney lança a “Lâmpada Linux” baseada em Linux para uma rede doméstica interconectada

A pesquisa da Disney demonstra um método de rede LED-para-LED para configurar uma rede doméstica interconectando brinquedos, gadgets vestíveis, smartphones etc.

A pesquisa da Disney demonstrou uma tecnologia de rede “Lâmpada Linux” LED-para-LED que permitiria que lâmpadas e brinquedos se comunicassem entre si, aproximando-nos um passo mais da realidade de Toy Story da Disney/Pixar.

A ideia de funcionamento por trás dessa inovação foi desenvolvida pela Disney em colaboração com uma universidade suíça, ETH (localizada em Zurique). O sistema utiliza um chip codificado em Linux embutido em LEDs para torná-lo adequado para se comunicar com dispositivos que possuem capacidades semelhantes. Candidatos adequados podem ser brinquedos, dispositivos vestíveis, telefones, computadores, carros e outros gadgets da Internet das Coisas.

Este sistema utiliza a tecnologia VLC (Comunicação por Luz Visível), que está emergindo hoje e tem estado em um estágio de evolução nos últimos anos. A tecnologia utiliza a capacidade dos LEDs modernos de interagir com sistemas digitais para mudar rapidamente o brilho e a frequência da luz. Os LEDs também podem agir como fotodiodos (Um fotodiodo é um diodo de junção p-n que é ativado quando a luz da faixa visível incide sobre ele). Enquanto a modulação causada por esses processos no LED será o que a sensibilidade do olho humano pode detectar, portanto, o usuário não sentirá nenhum piscar de luzes ou outras preocupações de segurança, de acordo com a Disney.

A principal contribuição do projeto para o campo da VLC é a adição de tecnologia de rede. A pesquisa da Disney desenvolveu um protótipo de lâmpada inteligente e definiu uma estrutura de rede VLC para ele baseada em comunicações de Protocolo de Internet (IP).

A tecnologia VLC em rede seria muito mais barata do que embutir brinquedos e outros gadgets de baixo custo com WiFi, Bluetooth, ZigBee ou outras tecnologias sem fio de curto alcance. Ao implementar o chip da Lâmpada Linux, os LEDs embutidos em muitos brinquedos modernos se tornariam luzes inteligentes controladas com precisão. As luzes poderiam ser conectadas em uma rede mesh para coordenar atividades de dispositivos e estabelecer comunicações mesmo sem linha de visão direta.

A pesquisa da Disney e a ETH Zurich publicaram em conjunto um artigo acadêmico [PDF] descrevendo tanto o sistema de rede quanto uma plataforma de hardware de prova de conceito.

O artigo descreve uma camada de enlace VLC para Linux que utiliza um novo módulo de driver de rede VLC. O módulo fica acima das camadas de Controle de Acesso ao Meio (MAC) e Física (PHY) do VLC, que foram desenvolvidas anteriormente pela pesquisa da Disney. O driver de rede faz a interface entre os protocolos IP e as camadas VLC.

OpenWRT-on-Atheros controla luzes controladas por Arduino

A plataforma de teste de hardware da Disney é construída em torno de um módulo que executa o OpenWRT Linux leve e inteligente em rede em um SoC Qualcomm Atheros AR9331 baseado em MIPS. Essa mesma combinação encontrou seu caminho em muitos dispositivos IoT de baixo custo, módulos de computador sem fio e SBCs simples para hackers, como o Arduino Yún.

No lado do Linux, o controlador VLC é abstraído como uma interface Ethernet padrão, implementada como um módulo de driver do kernel. Isso é dito para permitir comunicações usando o Protocolo de Mensagens de Controle da Internet (ICMP), o Protocolo de Datagramas do Usuário (UDP) e o Protocolo de Controle de Transmissão (TCP).

O módulo controlador habilitado para Atheros se comunica com um módulo de firmware VLC separado, que na plataforma de teste é implementado em placas Arduino Uno com MCUs ATmega328p. O módulo controlador Linux se comunica com o módulo de firmware baseado em Arduino usando uma interface serial. O módulo Arduino então aciona diretamente o LED e os sensores. A lâmpada LED conectada é modificada com a adição de quatro sensores fotodiodos, bem como um dissipador de calor e uma fonte de alimentação para suportar as intensas comunicações de luz.

As imagens acima mostram os detalhes da Lâmpada Linux.

A pesquisa da Disney disse que considerou pular o módulo baseado em Arduino separado controlando as lâmpadas diretamente do módulo Linux usando conexões GPIO. No entanto, isso essencialmente impediria o módulo Linux de fazer qualquer outro trabalho, um valor agregado “que motivou a adição de um sistema operacional ao VLC”, diz o artigo. O design separado do firmware VLC é dito garantir desempenho crítico em tempo real enquanto libera o módulo Atheros para outras funções.

https://www.disneyresearch.com/wp-content/uploads/Pub_InvisibleLightCommunication_Siggraph14_video.mp4

Os chips Atheros nas Lâmpadas Linux têm WiFi embutido, que a pesquisa da Disney usou para fins de teste. No entanto, as luzes são destinadas a se comunicar entre si apenas usando VLC, observa o artigo da Disney. Presumivelmente, a capacidade de rede mesh suportaria um design em que apenas um ponto final em uma rede exigiria sem fio, que poderia muito bem ser um smartphone já equipado com isso.

Com um payload máximo de apenas 200 bytes por transmissão, resultando em uma largura de banda máxima de 1Kbps, a tecnologia VLC da Disney não será usada para streaming de mídia, mas apenas para enviar e receber comandos simples. No entanto, sistemas VLC muito mais sofisticados demonstraram comunicações ponto a ponto a velocidades de até 800Mbps, embora sem nenhuma inteligência de rede. A plataforma de baixo custo proposta pela Disney provavelmente será capaz de aumentar para larguras de banda mais úteis de nível Kbps, embora não esteja claro se poderia alcançar velocidades de Mbps de dígitos únicos em breve.

Ao adicionar redes ao VLC, a Disney aparentemente superou as principais limitações da tecnologia em termos de alcance e interferência de sinal. As vantagens sobre as comunicações sem fio não incluem apenas menor custo e consumo de energia, mas também melhor segurança.

A pesquisa da Disney imagina a tecnologia se estendendo além da próxima geração de brinquedos da Disney para outras aplicações IoT de baixa largura de banda. O artigo observa serviços de localização baseados em VLC potenciais usando a infraestrutura de iluminação existente, bem como iluminação LED controlável, identificação e rastreamento interno.

Um papel mais amplo para comunicações de luz pode aguardar processadores futuros que incorporem os chamados materiais III-V. Esses chips amigáveis à óptica devem ser capazes de permitir comunicações ópticas de alta velocidade não apenas dentro de computadores, mas também entre dispositivos.

Referências Adicionais

Informações adicionais podem ser encontradas neste link e neste link (PDF)