Im Zeitalter von Industrie 4.0 setzen immer mehr Anwender auf eine drahtlose Datenübertragung zwischen Geräten, die in der Logistik, der industriellen Fertigung oder Wartung von Maschinen eingesetzt werden. Doch die aus dem ConsumerBereich bewährten Funklösungen (WLAN) kommen in hochautomatisierten Produktionsumgebungen schnell an ihre Grenzen. WLAN-Netze sind störanfällig, weil andere drahtlose Verfahren wie zum Beispiel Bluetooth-Anwendungen teilweise in den gleichen Frequenzbereichen funken und so Mehrfachbelegungen der Kanäle und überlappende Frequenznutzungen verursachen. Sie sind langsam, weil sich sowohl die Datenrate als auch die Kommunikationszykluszeiten mit zunehmender Anzahl von Nutzern und steigendem Datenvolumen verschlechtern. Und sie sind anfällig für Missbrauch, weil selbst verschlüsselte Netzwerke für Kenner verhältnismäßig einfach zu knacken sind. Die optische Datenübertragung (Light Fidelity oder Li-Fi) des Fraunhofer IPMS schneidet lt. Dr. Alexander Noack, Projektleiter am Fraunhofer IPMS in jeder Hinsicht weitaus besser ab: Das Sende-Empfangssystem mit Namen »Li-Fi-Hotspot« nutzt das weltweit frei von Regulierungen verfügbare Spektrum des Lichts, so dass keine Störungen von funkbasierten Systemen ausgehen. Die möglichen Netto-Datenraten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde sind deutlich schneller als bei verfügbaren WLAN-Funklösungen. Und schon bei geschlossenen Räumen bietet jedes Li-Fi-Netzwerk Sicherheit gegen Hackerattacken. Die optische Datenübertragung hat aber auch eine systembedingte Schwachstelle: die Sichtachse zwischen Sender und Empfänger muss frei bleiben, ein erhebliches Manko, vor allem bei mobilen Anwendungen.
Um bei der Nutzung der Li-Fi-Technologie nicht auf ortsfeste Einsatzszenarien beschränkt zu sein, arbeiten die Spezialisten am Fraunhofer IPMS an so genannten Multipunkt-zu-Multipunkt-Lösungen. »Mit unseren Kommunikationsmodulen können mehrere Nutzer simultan im selben Spot agieren«, erläutert Dr. Alexander Noack,. »Gleichzeitig kann jeder Nutzer zum Beispiel entlang einer Fertigungsstraße zwischen verschiedenen, sich überlappenden Accesspoints wechseln. Eine hinreichende Abdeckung vorausgesetzt, sind wir so in der Lage, auch für mobile Nutzer jederzeit eine freie Sichtachse und somit Datenaustausch zu gewährleisten. Und dies schneller, stabiler und sicherer als es mit funkbasierten Infrastrukturen möglich ist.«
Die treiberlosen Sende-/Empfangsmodule des Fraunhofer IPMS vereinen einen optischen Transceiver und einen Protokoll-Controller mit einer Gigabit-Ethernet-Schnittstelle und lassen sich leicht mit industrieüblichen Systemen kombinieren. Um den Nutzen der Li-Fi-Technologie des Fraunhofer IPMS für unterschiedlichste Anwendungsfelder zu erproben, bietet das Dresdner Forschungsinstitut seinen Kunden Customer Evaluation Kits an.
Der Multipunkt-zu-Multipunkt-fähige Li-Fi HotSpot wird als Prototyp für die optische drahtlose Kommunikation auf Distanzen bis zu 10 Metern von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Fraunhofer IPMS erstmals auf der Fachmesse für Elektrische Automatisierung – Systeme und Komponenten SPS IPC Drives, vom 28. - 30. November 2017 in Nürnberg vorgestellt. Für kleinere Distanzen präsentiert das Fraunhofer IPMS außerdem die so genannte »GigaDock«-Technologie. Die echtzeitfähige Technologie soll mit Bandbreiten bis zu 12,5 Gigabit pro Sekunde ortsfeste Kabelverbindungen in hoch automatisierten Produktionsumgebungen ergänzen beziehungsweise ablösen. Besucher der SPS IPC Drives 2017 finden die Ausstellung des Fraunhofer IPMS am Stand 246 in Halle 7a.
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme