In industriellen Umgebungen kann es durch Abschirmeffekte oder Interferenzen zu Problemen bei drahtloser Kommunikation kommen. Lichtbasierte Lösungen (LiFi) sollen Abhilfe schaffen. (Bild: Fraunhofer HHI)
Als Ergänzung zum weitverbreiteten WLAN verwendet LiFi das bisher ungenutzte optische Spektrum, um Daten mit hoher Geschwindigkeit mobil zu übertragen. Das entlastet klassische Funkfrequenzen und schützt vor unbefugten Zugriffen auf das Datennetzwerk, da die Kommunikation nur in einem begrenzten Bereich möglich ist. Die Verwendung von Licht ermöglicht auch die Vernetzung an Orten, wo Funk nur eingeschränkt möglich ist.
Im Projekt ELIoT (Enhance Lighting for the Internet of Things), hat ein Konsortium, koordiniert vom Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI), seit 2019 Lösungen für eine drahtlose Datenübertragung über Licht im Internet der Dinge entwickelt. Zum Projektabschluss wurde die neue LiFi-Infrastruktur in realen Anwendungsszenarien demonstriert.
Hintergrund: So funktioniert LiFi
Das Grundprinzip von LiFi ist recht einfach: Ein Modulator am Sender schaltet eine Leuchtdiode für sichtbares oder Infrarotlicht sehr schnell ein und aus, so dass es das menschliche Auge nicht wahrnimmt. Eine Fotodiode am Empfänger nimmt das gepulste Licht auf und wandelt es wieder in elektrische Impulse um. Voraussetzung dafür ist der direkte Sichtkontakt zwischen Sender und Empfänger. Mittlerweile gibt es verschiedene Varianten mit unterschiedlichen Eigenschaften:
- Li-Fi GigaDock etwa bietet Datenübertragung mit Licht auf kurze Distanzen (≤10 cm) und hohen Datenraten (bis zu 12,5 Gbit/s) und ist besonders für Industrieanwendungen geeignet.
- LiFi HotSpot ist für den Ersatz von WLAN-Netzwerken gedacht und bietet eine Datenübertragungsrate von maximal 1 Gbit/s über größere Distanzen bis zu 30 Metern.
Grundsätzlich bieten LiFi-Verbindungen aufgrund der notwendigen Sichtverbindung eine deutlich höhere Datensicherheit als herkömmliche Netzwerkzugänge.
Positionserkennung und Datenübertragung in einem
Um LiFi marktreif zu machen, hat das ELIoT-Konsortium an Kernaspekten und neuen Funktionalitäten der LiFi-Infrastruktur geforscht. Dazu gehören die präzise Positionserkennung (Positionierung), die drahtlose Vernetzung zwischen mehreren Sendern und mehreren Empfängern (Multicast-Kommunikation) und erhöhte Sicherheitsstandards. Gerade in industriellen Anwendungen wie zum Beispiel der Intralogistik ist die Integration von Positionierung und Kommunikation in einem einheitlichen System bei LiFi ein enorm wichtiger Aspekt.
Das Youtube-Video zeigt die industrielle Anwendung von LiFi und dessen Integration mit dem 5G-Mobilfunk
Die Lokalisierung ist dabei durch LiFi deutlich genauer möglich, als dies bisher mit Funk-Technologien möglich war. In einem Industrieumfeld wurde auch die Integration von LiFi und 5G demonstriert. Solche Systeme kombinieren die Vorteile von Funklösungen, wie z.B. die hohe Mobilität, mit den hohen Kapazitäten von LiFi.
Weitere Anwendungsszenarien für LiFi
Zum Projektabschluss von ELIot wurde die neue LiFi-Infrastruktur in realen Anwendungsszenarien auch außerhalb der Industrie demonstriert:
- Büro-Umgebungen: Distributed LiFi MIMO umgeht die Problematik des Datenstaus herkömmlicher Netzwerke und gewährt einen verbesserten Datenschutz.
- Lösung für die letzte Meile der optischen Netzwerkanbindung vorstellen. Im Außenbereich sind zukünftig beispielsweise Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit hoher Bandbreite von Dächern zu kleinen Funkbasisstationen, zwischen Straßenlaternen oder zu Privatwohnungen denkbar (Wireless-to-the-Home).
- Mobile Authentifizierung: Mithilfe von LiFi demonstrierten die ELIoT-Forschenden ein energiesparendes LiFi-aktiviertes Türschloss. Es verfügt über einen integrierten LiFi-Transceiver, der einen sicheren Schlüsselaustausch mit einem Server im Netzwerk ermöglicht. Damit kann der Kode des Schlüssels sicherer als bisher über WLAN erneuert werden.
- Digital Signage in Einkaufszentren: Bei der Echtzeit-Übertragung von Videos auf Displays kann die Nutzung von LiFi erheblich zur Entlastung drahtloser Netzwerke beitragen.
Die Meilensteine im Projekt trugen maßgeblich zur Standardisierung von Beleuchtungs- und Telekommunikationsinfrastrukturen in ITU-T G.9991, IEEE P 802.15.13 und P802.11bb bei und sie bilden die Grundlage für die Roadmap zur Einführung von LiFi im IoT.
ELIoT wurde im Rahmen von Horizon 2020, dem größten Forschungs- und Innovationsprogramm der EU, mit etwa 6 Mio. Euro gefördert. Zu den Partnern zählten Signify (früher Philips Lighting), Nokia, MaxLinear, Deutsche Telekom, KPN, Weidmüller, LightBee, sowie die Universität Oxford, die Technische Universität Eindhoven und die Fraunhofer-Institute HHI und FOKUS.
Der Autor: Peter Koller
Gelernter Politik-Journalist, heute News-Junkie, Robotik-Afficionado und Nerd-Versteher. Peter Koller liebt den Technik-Journalismus, weil es das einzige Themengebiet ist, wo wirklich ständig neue Dinge passieren. Treibstoff: Milchschaum mit Koffein, der ihn bei seiner neuen Aufgabe als Chefredakteur der IEE unterstützt.
