Das Fraunhofer IPMS in Dresden stellt auf der Embedded World vom 27. Februar bis 1. März 2018 in Nürnberg Li-Fi-Kommunikationsmodule vor, die WLAN-Lösungen in der Industrie Konkurrenz machen. Die drahtlose optische Technologie verspricht im Vergleich schnellere, störungsfreie und sicherere Infrastrukturen.
Nicht nur im privaten Umfeld, auch in der hochautomatisierten Industrie hat die kabellose Datenübertragung via WLAN in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Denn im Zeitalter der Digitalisierung, in der immer größere Datenmengen übertragen werden müssen, erhöht sich der Aufwand für Installation und Wartung von kabelgebundenen Netzwerken. Kabelgebunde Technologien wie Ethercat oder Profibus lassen sich nicht überall einsetzen. Drahtlose Systeme eignen sich häufig besser – insbesondere bei beweglichen Anlageteilen oder mobilen Maschinen. Viele Funktechnologien wie WLAN erreichen allerdings in Umgebungen mit vielen Netzwerkteilnehmern rasch ihre Grenzen: nicht selten sind sie zu langsam und außerdem störanfällig. In Industrieumfeldern mit vielen Netzwerkteilnehmern können Sicherheitsanwendungen mit schnellen Zykluszeiten deswegen nicht zuverlässig über WLAN-Verbindungen betrieben werden Zusätzlich ist WLAN hinsichtlich der Abhörsicherheit bedenklich. Denn die Funksignale können durch Wände und Maschinengehäuse dringen und mit einem Empfangsgerät in Reichweite abgehört werden.
Li-Fi (Light Fidelity)-Technologie, also die Datenübertragung durch Licht, löst viele dieser Probleme. »Li-Fi nutzt das weltweit nicht regulierte Spektrum des Lichts«, erläutert Dr. Alexander Noack, Chefentwickler am Fraunhofer IPMS. »Die verfügbare Bandbreite dieses Spektrums ist ausschließlich durch die für die Modulation bzw. Demodulation eingesetzten opto-elektronischen Bauelemente begrenzt , und erlaubt enorm hohe Nettodatenraten«. Die Echtzeitfähigkeit ist ein weiteres Merkmal des Systems. Alexander Noack: »WLAN realisiert eine paketbasierte und asynchrone Datenübertragung. Li-Fi hingegen versendet Daten kontinuierlich in einem Strom. Anwendungen in denen Datenberechnung und -übertragung ein vorbestimmtes Zeitlimit nicht überschreiten dürfen, können mit Li-Fi betrieben werden. Dabei können mehrere Datenlinks im Raummultiplexverfahren parallel aufgebaut werden, ohne dass Interferenzen zwischen den einzelnen Datenlinks bestehen. Dies ermöglicht eine störungssichere Industrieumgebung und eine sehr hohe Dichte von Datenübertragungszellen.
Li-Fi-Technologie ist allerdings an eine Grundvoraussetzung gebunden: Die Datenübertragung funktioniert nur, wenn die Sichtachse zwischen Sender und Empfänger frei ist. Aus Sicht der Datensicherheit betrachtet, ist das der größte Vorteil. Denn Licht kann Wände oder andere Hindernisse nicht durchdringen. Daten lassen sich so von außen nicht abhören.
Ob LiFi eine Alternative für spezifische Anwendungsfälle ist, lässt sich häufig nur durch Tests unter realen Anwendungsbedingungen herausfinden. Das Fraunhofer IPMS bietet seinen Kunden dafür Li-Fi HotSpots als Evaluation Kit an. Optische Datenlinks können so mit einer Datenrate von 1 Gbit/s auf einer Distanz von fünf Metern aufgebaut werden. Ohne zusätzlichen Aufwand ist das Modul über ein CAT5-Kabel in bestehende Systeme integrierbar. Mit dem Modul können Punkt-zu-Punkt Verbindungen im Halb- oder Vollduplexmodus aufgebaut werden. Je nach Anwendungsfall kann der HotSpot in Größe, Datenrate, Datenübertragungs-Distanz und Schnittstellen an spezifische Kundenanforderungen optimiert und weiterentwickelt werden. Schnittstellen wie USB 3.0, Ethernet, Gigabit-Ethernet wurden bereits in Industrieanwendungen realisiert. Auch verschiedene Verbindungsarten wie Punkt zu Punkt, Punkt zu Multipunkt oder Multipunkt zu Multipunkt können umgesetzt werden. Mögliche Anwendungen finden sich in beweglichen oder rotierenden Systemen und überall dort, wo Kabel, Schleifringe und Steckverbinder nur beschränkt einsetzbar sind oder wo große Datenmengen, wie etwa Videodaten, zur Prozesskontrolle übertragen werden müssen.
Besucher der Embedded World 2018 finden die Ausstellung des Fraunhofer IPMS am Stand 123 in Halle 3.
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme