Fraunhofer IPMS Li-Fi statt Wi-Fi?

Mobile Roboter, die in einem Warenlager die Logistik übernehmen, könnten zukünftig über Li-Fi-Hotspots miteinander kommunizieren.

Li-Fi-Technik, also die Nutzung von Licht zum Austausch großer Datenmengen, könnte den in der Industrie zunehmend eingesetzten WLAN-Netzen schon bald Konkurrenz machen. Davon sind Entwickler am Fraunhofer IPMS (Institut für Photonische Mikrosysteme) in Dresden überzeugt.

Die am IPMS weiterentwickelte optische Übertragungstechnik erlaubt nämlich nicht nur die gleichzeitige Nutzung eines Accesspoints durch verschiedene Nutzer, sondern auch die Kommunikation eines Nutzers mit mehreren Accesspoints. Li-Fi ist somit nicht mehr auf ortsfeste Anwendungen beschränkt. Auf der Messe SPS IPC Drives stellt das Fraunhofer IPMS die Multipunkt-zu-Multipunkt-fähige Technologie erstmals der Fachöffentlichkeit vor, und zwar am Stand 246 in Halle 7a.

Auf dem Weg in Richtung Industrie 4.0 setzen immer mehr Anwender auf eine drahtlose Datenübertragung zwischen Geräten, die in der Logistik, der industriellen Fertigung oder der Wartung von Maschinen ihren Dienst tun. Doch die aus dem Consumer-Bereich bewährten Funklösungen (WLAN) kommen in hochautomatisierten Produktionsumgebungen schnell an ihre Grenzen. »WLAN-Netze sind störanfällig, weil andere drahtlose Verfahren wie etwa Bluetooth-Anwendungen teilweise in den gleichen Frequenzbereichen funken und so Mehrfachbelegungen der Kanäle und überlappende Frequenznutzungen verursachen«, erläutert Dr. Alexander Noack, Projektleiter am Fraunhofer IPMS. »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 laut Noack 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 Systemen auf Funkbasis ausgehen«, verdeutlicht er. »Die möglichen Netto-Datenraten von bis zu 1 GBit/s sind deutlich schneller als bei verfügbaren WLAN-Funklösungen. Und schon bei geschlossenen Räumen bietet jedes Li-Fi-Netzwerk Sicherheit gegen Hacker-Attacken.« Eine systembedingte Schwachstelle habe die optische Datenübertragung allerdings: die Sichtachse zwischen Sender und Empfänger müsse frei bleiben, ein erhebliches Manko vor allem bei mobilen Anwendungen.

Um bei der Nutzung der Li-Fi-Technik 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«, führt Noack aus. »Gleichzeitig kann jeder Nutzer beispielsweise 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 Infrastrukturen auf Funkbasis 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-Technik für diverse Anwendungsfelder zu erproben, bietet das Dresdner Forschungsinstitut seinen Kunden Customer Evaluation Kits an.

Der Multipunkt-zu-Multipunkt-fähige Li-Fi HotSpot ist als Prototyp für die optische drahtlose Kommunikation auf Distanzen bis zu 10 m erstmals auf der SPS IPC Drives zu begutachten. Für kleinere Distanzen präsentiert das Fraunhofer IPMS außerdem die so genannte „GigaDock“-Technik. Sie ist echtzeitfähig und soll mit Bandbreiten bis zu 12,5 GBit/s ortsfeste Kabelverbindungen in hoch automatisierten Produktionsumgebungen ergänzen beziehungsweise ablösen.