Fraunhofer HHI entwickelt Netze mit Lichtübertragung

Durch die zunehmende Digitalisierung werden in Krankenhäusern zunehmend Geräte wie Röntgen- oder Ultraschallgeräte ans Netzwerk angeschlossen, die im Bedarfsfall beweglich sein müssen. Im Projekt LINCNET nutzen Fraunhofer-Forschende Licht, um Daten auf Maschinen und Roboter in Krankenhäusern sowie in der industriellen Fertigung zu übertragen. In Kombination mit Stromnetzen und dem schnellen 5G-Netz sollen leistungsfähige, aber kostengünstige Funknetze für Gebäude entstehen, die Geräte drahtlos in das Netzwerk einbinden und weniger elektromagnetische Emissionen erzeugen. Dies soll zu einer deutlich flexibleren industriellen Produktion führen.

In Industrie-4.0-Szenarien muss die Fertigung ständigen Veränderungen standhalten. Maschinen, Roboter und Messinstrumente müssen bei kurzfristigen Auftragsänderungen schnell neu platziert und in umgebaute Fertigungsabläufe integriert werden. Ähnliches gilt im Gesundheitswesen. Herkömmliche Netzwerke, die Maschinen und Geräte mit WLAN verbinden, sind in diesen Fällen oft nicht optimal, da sie in Produktionshallen zu unvorhersehbaren Störungen führen können und in sensiblen Umgebungen wie Operationssälen strenge Grenzwerte für elektromagnetische Emissionen gelten. Zudem bleibt auch das Funknetz für potenzielle Angreifer sichtbar, auch wenn der Datenverkehr verschlüsselt ist.

Im Projekt LINCNET (LiFi-enabled 5G for INdustrial and MediCal NETworks) nutzen die Forschenden handelsübliche LEDs und Photodioden zur Datenübertragung durch Modulation von Lichtimpulsen. Das Konzept soll das schnelle 5G-Datennetz mit der Datenübertragung über das vorhandene Stromnetz kombinieren, um Daten in jeden Raum zu bringen und sie dort mittels Licht (LiFi) auf den letzten Metern drahtlos zu übertragen. Diese Methode soll elektromagnetische Emissionen reduzieren und ist laut den Forschenden energieeffizienter, da Lichtsignale nicht durch Wände dringen.

Die Datenübertragung über LiFi bietet gegenüber funkbasierten Methoden laut dem Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI klare Vorteile, darunter extrem robuste und leistungsstarke Verbindungen mit Latenzzeiten unter 2 Millisekunden und Übertragungsraten bis zu 1 Gigabit pro Sekunde. Die Fraunhofer-Forschenden haben ein Deckenmodul mit digitalem Signalprozessor (DSP) entwickelt, das Daten aus dem Stromfluss extrahiert und in elektrische Signale für die Modulation der Lichtquelle umwandelt. LEDs senden die Daten von der Decke an im Lichtkegel platzierte Endgeräte, wie Roboter oder medizinische Geräte, was für abhörsichere und störungsfreie Kommunikation sorgt.

Ein weiterer Vorteil für die Industrie besteht darin, dass das Lichtspektrum ohne Regulierung oder Lizenzgebühren beliebig genutzt werden kann. Die Wissenschaftler*innen arbeiten zudem an der Kombination von LiFi mit schnellen Ethernet-basierten Netzwerken, um hochskalierbare Lösungen für die Echtzeitsteuerung von Robotern und medizinische High-End-Szenarien zu entwickeln. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert die 15 Projektpartner von LINCNET mit insgesamt 3,3 Millionen Euro, um die Digitalisierung und technologische Souveränität in Deutschland voranzutreiben.

Weitere Informationen finden Sie hier: Fraunhofer HHI.