18. Dezember 2018 
 
27. November 2018

Li-Fi: Schnelle und sichere WLAN-Alternative

Die drahtlose optische Technologie Li-Fi verspricht im Vergleich zu WLAN schnellere, störungsfreie und sicherere Infrastrukturen. Wie die Technologie funktioniert, erläutert Dr. Alexander Noack, Chefentwickler am Fraunhofer IPMS, im Gespräch mit DIE MESSE.

Foto: Fraunhofer IPMSFoto: Fraunhofer IPMS
Li-Fi-HotSpots ermöglichen aktuell Datenraten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde.
Herr Dr. Noack, schnelle und robuste schnurlose Netzwerkverbindungen sind im Industrie-4.0-Zeitalter essentiell. Warum geraten hier herkömmliche Funktechnologien wie WLAN an ihre Grenzen?
Die immer größer werden Anzahl an Kommunikationsteilnehmern im industriellen Umfeld stören sich zunehmend gegenseitig. Man spricht vom sogenannten „Frequency Crunch“. Die zur Verfügung stehende Bandbreite der Funktechnologien reicht nicht mehr aus und es kommt zu Interferenzen. Die Folge sind sinkende Datenraten und starke Verzögerungen bei der Datenübertragung. Auch die Installation weiterer Zugangspunkte entspannt diese Situation nicht. Im Gegenteil, es wird dabei noch ein weiterer Teilnehmer dem ohnehin schon überlasteten Netzwerk hinzugefügt.

Als eine Alternative bietet sich die Light Fidelity (Li-Fi)-Technologie an. Wie funktioniert Li-Fi?
Li-Fi beschreibt die optisch drahtlose Datenübertragung mit Licht. Im einfachsten Fall wird dazu ein Lichtmedium – wie beispielsweise eine LED – immer wieder an und aus geschaltet, um die Datenbits zu übertragen. Das geschieht dabei so schnell, dass das menschliche Augen nicht einmal ein Flackern wahrnehmen kann.

Welche Nettodatenraten sind mit Li-Fi machbar?
Unsere Li-Fi-GigaDock-Technologie erlaubt aktuell Datenraten von bis zu 12,5 Gbps, die Li-Fi-HotSpots bis zu 1 Gbps. In Abhängigkeit von der verwendeten Kanalcodierung kann diese Datenrate bis zu 98 Prozent für Nutzdaten verwendet werden. In Zukunft wäre es jedoch auch vorstellbar, Übertragungsgeschwindigkeiten von 100 Gbps und mehr zu erreichen.

Warum erreicht Li-Fi diese Datenraten?
Grund dafür ist zunächst einmal die einzigartige Ausbreitungscharakteristik der elek­tromagnetischen Wellen, die wir als Licht bezeichnen. Durch die Möglichkeit, das Signal auf einen bestimmten Bereich zu konzentrieren, ist die Gefahr von Interferenzen und Störungen auf ein Minimum reduziert. Damit steht jedem optischen Kanal 100 Prozent der möglichen Kommunikationsbandbreite zu Verfügung, während sich gleichzeitig jede Menge Protokoll-Overhead in den Daten einsparen lässt.

Die Übertragung per Li-Fi funktioniert allerdings nur, wenn die Sichtachse zwischen Sender und Empfänger frei ist. Welche Vor- aber auch Nachteile bringt dies mit sich?
Diese Eigenschaft der Li-Fi-Kommunikation ist sowohl Segen als auch Fluch zugleich. Ein Großteil der bereits genannten Vorteile von Li-Fi gegenüber von Funkverbindungen basiert auf der Eigenschaft, dass Licht nicht durch Gegenstände transmittiert. Daraus ergibt sich per se eine intrinsische Datensicherheit bei der Übertragung. Es lässt sich genau definieren, wo man auf die Daten zugreifen kann und wo nicht. Dies erlaubt auch den Einsatz von Li-Fi in Anwendungen mit harten Echtzeitanforderungen. Im Gegenzug dazu sind Li-Fi-Systeme natürlich nicht ganz so flexibel wie Funkübertragungen, aber dennoch flexibler als Kabelverbindungen. Li-Fi kombiniert sozusagen die Vorteile kabelgebundener Datenübertragung mit der Flexibilität von drahtlosen Systemen.

Für Praxistests bietet das IPMS seinen Partnern einen Li-Fi-HotSpot als Evaluation Kit an. Welche Testszenarien sind damit möglich?
Der Li-Fi-HotSpot eignet sich eher für Übertragungen auf größere Distanzen im Meterbereich, während das GigaDock auf kurze Distanzen im Zentimeter-Bereich ausgelegt ist. Sowohl unsere Li-Fi-HotSpot- als auch die Li-Fi GigaDock-Evaluation Kits lassen sich per Plug-and-Play einfach in die bereits bestehende IT-Infrastruktur integrieren. Damit ist es möglich, ohne größere Vorkenntnisse und ohne Installationsaufwand erste Erfahrungen mit der Li-Fi-Technologie zu machen: beispielsweise als Kabel-, Stecker oder WLAN-Ersatz.

Das Fraunhofer IPMS präsentiert sich auf der SPS IPC Drives in Halle 7A am Stand 246. Welche weiteren Schwerpunkte setzen Sie in Nürnberg?
Neben den Li-Fi-Technologien HotSpot und GigaDock setzen wir weitere Schwerpunkte im Bereich der industriellen Kommunikation. Wir präsentieren einen IP Core, der die Implementierung von TSN-fähigen Endpunkten in entsprechende Ethernet-Netzwerke erleichtert. TSN, also Time Sensitive Networking erlaubt die Echtzeit-Übertragung von Nachrichten über Standard-Ethernet-Hardware über das gesamte Netzwerk.
Außerdem zeigen wir unsere RFID-Sensor-Lösungen, zur draht- und batterielosen Messwerterfassung und -kommunikation. Diese erlauben den Einsatz in schwer zugänglichen, rauen oder dynamischen Umgebungen.

https://www.ipms.fraunhofer.de/
https://www.mesago.de/sps

 

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