Optical Wireless Communication: Li-Fi in der Industriekommunikation Licht statt Funk oder Kabel – Fraun­ho­fer IPMS stellt „Li-Fi Grathus“ vor

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Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS hat mit „Li-Fi Grathus“ ein System zur industriellen Datenkommunikation per Licht vorgestellt. Die Technologie soll dort einspringen, wo Kabel unflexibel und Funk störanfällig sind – und das mit Gigabit-Geschwindigkeit in Echtzeit.

Das Dresdner Fraunhofer IPMS stellt „Li-Fi Grathus“ vor. Dabei handelt es sich um ein System zur drahtlosen Datenübertragung mit Licht. Li-Fi steht für Light Fidelity und bezeichnet die Freiraum-Kommunikation über Lichtsignale anstelle von Funkwellen. Die Technologie gehört zum Bereich OWC (Optical Wireless Communication), also optische Drahtloskommunikation, und überträgt Standard-Ethernet-Protokolle ohne, dass bestehende Netzwerke umgebaut werden müssen.

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LiFi – Datenübertragung mit Licht: was sie kann und wofür sie sich eignet

Laut IPMS erreicht das System Datenraten von mindestens 1 Gbit/s bei einer Reichweite von bis zu zehn Metern. Besonders hervorgehoben wird die deterministische Latenz, also eine garantierte, vorhersagbare Verzögerungszeit: Sie liegt unter 100 Nanosekunden. Das Institut gibt an, damit rund 10.000-mal schneller zu reagieren als WLAN oder 5G.

Funk bereitet in der Fabrik Probleme

In Produktionsanlagen stoßen klassische Funklösungen an Grenzen. Metallische Gehäuse, Maschinen und elektrische Antriebe erzeugen elektromagnetische Störungen (EMI), die WLAN-Signale beeinflussen oder unterbrechen können. Kabel wiederum schränken die Bewegungsfreiheit ein, etwa bei Robotern, rotierenden Bauteilen oder häufig umgestellten Maschinen.

Hier setzt LI-FI Grathus an: Lichtsignale sind unempfindlich gegenüber EMI, weil Licht nicht auf elektromagnetische Interferenz reagiert. Das System kommuniziert bidirektional im Vollduplex-Betrieb, sendet und empfängt also gleichzeitig, ohne Zeitverlust durch Umschalten. Unterstützt werden gängige Industrie-Ethernet-Standards wie „Profinet“, „EtherCAT“, „EtherCAT G“, „SERCOS III“ und TSN (Time Sensitive Networking), also Echtzeit-Ethernet für industrielle Steuerungsanwendungen. Neben Gigabit-Ethernet stehen USB 3.0/3.1 und kundenspezifische Schnittstellen zur Verfügung. Ein zusätzlicher Seitenkanal mit 1 Mbit/s überträgt Diagnose-, Management- und Sicherheitssignale parallel zum Hauptdatenkanal.

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Patentierte Mehrwegelinse

Eine zentrale technische Besonderheit ist die vom Fraunhofer IPMS patentierte Mehrwegelinse (Multipath Lens, MPL). Sie verteilt den Laserstrahl auf mehrere optische Pfade gleichzeitig, was zwei Vorteile bringt:

• 1. Ein augensicherer Betrieb kann trotz hoher Sendeleistung gewährleitet werden: das System arbeitet in Laserklasse 1, und gilt somit als sicher für die Augen.

• 2. Durch die neuartige Linse des LI-FI Grathus wird die Ausrichtung der beiden Kommunikationseinheiten aufeinander erleichtert, was die Installation in industriellen Umgebungen einfacher macht als bei klassischen Freistrahl-Systemen, die oft aufwendig justiert werden müssen.

Das Gehäuse ist kompakt und thermisch stabil, ausgelegt für raue Industriebedingungen. Die Abmessungen betragen 119 × 62 × 79 mm. Das System ist auf Plug-and-Play ausgelegt, es lässt sich ohne Konfigurationsaufwand in bestehende Netzwerkinfrastrukturen einbinden.

Einsatzbereiche: Überall dort, wo Kabel hemmen

Das IPMS sieht typische Anwendungsfelder in der Robotik und industriellen Automatisierung, bei Motion Control (der präzisen Bewegungssteuerung von Maschinen), in Logistik- und Lagersystemen sowie bei fahrerlosen Transportsystemen (AGVs), die zum Hochladen von Sensordaten Hochbreitbandverbindungen benötigen. Auch die Nachrüstung bestehender Anlagen (Retrofit) ohne neue Verkabelung sowie der Einsatz als Backhaul-Verbindung für WLAN- und Mobilfunk-Zugangspunkte werden genannt.

Zusätzlich erwähnt das Institut eine mögliche Nutzung als klassischer Datenkanal für QKD-Anwendungen (Quantum Key Distribution), also für die quantengesicherte Schlüsselverteilung in Sicherheitskommunikationssystemen – ein Einsatzfeld, das derzeit vor allem in der Forschung relevant ist.

René Kirrbach, Gruppenleiter Li-Fi am Fraunhofer IPMS, sagt, dass es sich hierbei um eine Entwicklungsgeschichte von über 15 Jahren Li-Fi-Forschung am Institut handelt, die als Grundlage für „Grathus“ dient.

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Das Evaluierungskit ist ab sofort verfügbar

Li-Fi Grathus ist als Evaluierungskit erhältlich, das eine bestehende kabelgebundene 1-Gbit/s-Ethernet-Verbindung direkt durch eine optische Strecke ersetzt. Das Kit enthält zwei Grathus-Module mit RJ45-Ethernet-Anschluss, zwei CAT5-Kabel, zwei Netzteile und eine Bedienungsanleitung.

Die Reichweite im Evaluierungskit-Betrieb beträgt bis zu fünf Meter. Es kann direkt über das Fraunhofer IPMS bezogen werden.

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