Drahtlose Industriekommunikation Li-Fi für Kurzstrecken

Der industrielle Datenverkehr wächst und  WLAN und ZigBee geraten an ihre Grenzen. Eine Funklösung ist optische Datenübertragung.
Der industrielle Datenverkehr wächst und WLAN und ZigBee geraten an manchen Stellen ihre Grenzen. Eine Ergänzung zu den Funklösung ist die optische Datenübertragung mit sichtbarem Licht.

Der industrielle Datenverkehr wächst weltweit kontinuierlich. Die drahtlose Datenübertragung gewinnt dabei immer mehr an Bedeutung. Während Funklösungen wie zum Beispiel WLAN und ZigBee zunehmend an ihre Grenzen geraten, wird die optische Datenübertragung immer leistungsfähiger.

Sichere Datenübertragung bei stetig steigendem Datenaufkommen gewährleisten und dabei das Gerätedesign immer kompakter auslegen. Vor diesen Herausforderungen stehen heute viele Ingenieure, wenn es um die Integration von Steckkontakten, Kabeln und Schleifringen in Geräte und Maschinen geht. Letztere werden benötigt, wenn ein Signalweg von einem rotierenden auf ein statisches Bauteil geschaffen werden soll. Dabei sind Verschleiß und eine konstant hohe Datenrate die typischen Probleme bei der technischen Umsetzung. Zudem limitieren sie die mögliche Rotationsgeschwindigkeit.

Stecker und Kabel bringen zudem Nachteile wie große Biegeradien sowie Verschleißanfälligkeit und begrenzte Steckzyklen mit sich. Und schon heute sind sie zum Teil der Flaschenhals für die Übertragungsgeschwindigkeit von Daten. Die Leistungsfähigkeit drahtloser optischer Datenübertragungstechnologien dagegen steigt kontinuierlich. In den neunziger Jahren fand die optische Datenübertragung nach dem IrDA-Standard als Datenschnittstelle international großen Anklang und wurde in vielen Mobilgeräten verbaut. Die damaligen Leistungsparameter lagen bei wenigen Zentimetern Übertragungsdistanz mit einer Datenrate pro Sekunde im Bereich von Kbits. Heute erreichen optische Systeme bei gleicher Distanz schon Datenraten im zweistelligen Gigabit-Bereich.

Warum Daten optisch übertragen?

Das optische Verfahren hält hinsichtlich der Übertragungsgeschwindigkeit schon heute mit dem fünften WLAN-Standard IEEE 802.11ac, manchmal auch als 5G-WLAN bezeichnet, mit oder übertrifft den funkbasierten Standard bereits. Die drahtlose Übertragungstechnologie arbeitet im Lichtspektrum und lässt daher deutlich höhere Bandbreiten als die funkbasierten Technologien zu, was zu einer deutlich geringeren Einschränkung bei Hochgeschwindigkeits-verbindungen führt.

Im Vergleich zur Funkübertragung ist Li-Fi außerdem robuster gegenüber elektromagnetischen Interferenzen und zugleich ist die Bandbreite von 200 bis 1600 nm nicht reguliert. Das bedeutet, dass für die Nutzung keine Lizenzgebühren fällig sind. In der industriellen Kommunikation sind teilweise echtzeitfähige Systeme gefragt, die mit Funksystemen bis heute nicht zuverlässig realisierbar sind. Die kritischen Aspekte der kabelgebundenen Datenübertragung sind der in vielen Fällen höhere Integrationsaufwand und die Verschleißanfälligkeit. Letzteres gilt besonders bei mobilen oder rotierenden Systemen.

Auch die Datenrate ist in vielen Fällen nicht zufriedenstellend. Optische drahtlose Verbindungen haben keine begrenzten Steckzyklen, liefern hohe Datenübertragungs-geschwindigkeiten und eignen sich für die echtzeitfähige Kommunikation. In einigen Bereichen wie zum Beispiel der Medizintechnik ist Funkübertragung aufgrund der Störungsanfälligkeit nicht gewünscht, und gleichzeitig existieren Anforderungen an die galvanische Trennung. Auch dafür bietet die optische Datenübertragung eine elegante Alternative.