Netze der Zukunft

Li-Fi: Netz mit Licht und Schatten

Light-Fidelity-Netzwerke stellen herkömmliches Wi-Fi in den Schatten. Denn: Li-Fi bietet Geschwindigkeiten von mehr als 10 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s).
Light-Fidelity-Netzwerke, kurz Li-Fi, übertragen Daten mit Licht. Das macht sie um ein Vielfaches schneller als jedes elektromagnetische Wi-Fi-System. Denn: Sind Geräte über Wi-Fi vernetzt, lassen sich Daten mit bis zu 100 Mbit/s transferieren. In einem Li-Fi-Netzwerk aber sind stabile Übertragungsraten von 10 Gbit/s und mehr realistisch. Lichtwellen bieten ein um den Faktor 1.000 größeres Spektrum zur Übertragung von Signalen als elektromagnetische Wellen, sagt die Universität Edinburgh. Hier forscht der deutsche Professor Harald Haas zur Datenübertragung via Licht. Haas, auf den der Begriff „Light Fidelity“ zurückgeht, erwartet, dass die Kapazitäten an freien Radiofrequenzen bis 2025 einfach erschöpft sind. Li-Fi (auch Visible Light Communication) soll die Lösung für die Zukunft sein.

Daten aus der Lampe

Eines setzt Li-Fi aber immer voraus: Zwischen Sender und Empfänger muss zwingend eine Sichtverbindung bestehen – ohne Hindernisse. Während elektromagnetische Wellen durch Wände dringen und ein Wi-Fi-Hotspot leicht mehrere Räume versorgen kann, ist das bei Li-Fi nicht ohne weiteres möglich. Hier müsste etwa Büro für Büro mit der Technologie ausgerüstet sein. Und das auch so, dass der Nutzer beim Arbeiten mit einem mobilen Gerät nicht permanent die Verbindung verliert, wenn er beispielsweise mit Tablet oder Smartphone hantiert.

Li-Fi macht es Hackern schwer

Was auf den ersten Blick als hinderlich erscheint, kann aber auch ein Vorteil sein: Bauartbedingt bietet Li-Fi hohe Sicherheit. Sind Wi-Fi-Netzwerke Angriffspunkte für Hacker, haben Dritte bei Li-Fi nur dann Zugriff auf ein System, wenn sie sich in einem Raum mit dem Li-Fi-Hotspot aufhalten: Die Reichweite von Li-Fi liegt bei nur wenigen Metern.
Wie Anwendungskonzepte für Li-Fi aussehen, überlegt das Li-Fi Consortium. Gegründet wurde die Industrievereinigung im Jahr 2011 vom norwegischen Technologielieferanten IBSENtelecom, dem US-israelischen LED-Spezialisten Supreme Architecture und dem deutschen Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS). Mit Sitz in Dresden hat das Fraunhofer IPMS bereits konkrete Anwendungen für Li-Fi-Produkte entwickelt. Darunter beispielsweise das Li-Fi GigaDock, eine robuste Highspeed-Datenschleuse als Ersatz für kurze Kabel und mechanische Steckverbinder.

Bis zu 100 Gbit/s: Dockingstation mit Datenturbo

„Unsere Docking-Station besteht aus einem mobilen Gerät und einer Basisstation“, erklärt Li-Fi-Experte Dr. Alexander Noack vom Fraunhofer IPMS. „Nur dann, wenn die optischen Transmitter beider Geräte direkt aufeinanderliegen, fließen Informationen.“ Und das mit bis zu 12,5 Gbit/s. In Zukunft sollen sogar 100 Gbit/s möglich sein. Auch einen Li-Fi-Hotspot hat das Fraunhofer-IPMS bereits auf verschiedenen Fachmessen vorgestellt. Kabellos überträgt der Hotspot Daten auf Reichweiten von bis zu 30 Metern mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1 Gbit/s. Und das stets störungsfrei. Denn: Wo sich Wi-Fi-Netzwerke auf Bändern und Kanälen in die Quere kommen und ausbremsen, bietet der Hotspot mit Li-Fi jedem Endgerät immer optimalen Empfang mit voller Bandbreite. „Ein Vorteil der Technologie“, sagt Noack. „Außerdem ist es denkbar, Daten nur unidirektional zu senden, um große Datenmengen auf einmal an eine Nutzergruppe zu übertragen.“
Auch auf austauschbaren Leiterplatten, wie sie etwa in jedem elektronischen Gerät verbaut sind, soll Li-Fi nach Meinung des Fraunhofer-Instituts Einzug halten. Denn Platinen sind bislang über Hochfrequenz-Kabel und mechanisch-fragile Stecker miteinander verbunden. Ein Fakt, der die Lebensdauer der Module begrenzt, wenn sie ausgewechselt und neu verbunden werden sollen. Die kabellose Lösung sind Li-Fi-Module, die sich direkt auf den Platten verlöten lassen.

Industrie 4.0: Maschinen in Lichtgeschwindigkeit orchestrieren

Eine Branche, für die Li-Fi besonders interessant werden könnte, ist die Produktions- und Fertigungsindustrie. Denn: Sollen kritische Infrastrukturen vernetzt werden, ist Sicherheit das A und O. Noack erläutert: „Der begrenzte Aktionsradius von Li-Fi ist hier ein Vorteil, da er stets an der Wand einer Fabrikhalle endet. Darüber hinaus haben Produktionsroboter, Fertigungsbänder und -maschinen einen zumeist festen Platz in der Produktionslandschaft und bewegen sich nur in kontrollierten Radien und Arealen.“ So lässt sich leicht gewährleisten, dass die benötigte Sichtverbindung zwischen Leucht- und Photodiode unterbrechungsfrei bestehen bleibt. Und: Datenverbindungen über Lichtwellen müssen auch nur solange bestehen bleiben, wie sie ad hoc benötigt werden. Sind die Informationen übertragen, erlischt das Signal sofort. Die enorme Geschwindigkeit der Datenübertragung bietet der Industrie außerdem minimale Latenzzeiten: Maschinen lassen sich sinnbildlich in Lichtgeschwindigkeit über Befehle orchestrieren – dank Li-Fi.
Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) hat bereits Interesse an der Technologie gezeigt. Eine eigene IEEE-Arbeitsgruppe verfolgt das Ziel, Li-Fi zu normieren. Und das Fraunhofer IPMS erwartet, dass sich der aufkommende Hype um Li-Fi bis 2022 in sichtbaren Produkten und Anwendungen niederschlägt: „In fünf Jahren werden Netzwerke über Licht in der Industrie und bei den Verbrauchern ankommen“, sagt Noack.

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