Hannover Messe Industrie 2016
Serie Internet of Things

Optische WLAN voor de verbonden auto

4-sep-2018

Dataoverdracht door licht via polymeervezels en optische draadloze LAN biedt de autobranche nieuwe kansen.
IoT in Retail
Als je met een zelfsturende auto reist, heb je voldoende tijd om media te gebruiken. De bestuurder is dan wellicht verzonken in een boek terwijl de inzittende naast hem het nieuws leest op een tablet. Maar het licht komt niet van een leeslamp en de draadloze LAN niet van een hotspot. De dakhemel van de auto zorgt voor zowel het licht als de verbinding, door middel van polymeer optische vezels, of POF (Polymer Optical Fibers).

Polymeer Optical Fiber (POF) als alternatief voor glasvezel

Net als glasvezel bestaat polymeervezel uit een transparante kern waar de data doorheen loopt, met het verschil dat die van plastic en niet van glas is gemaakt. Dat plastic omhulsel biedt bescherming en afscherming. De zogeheten plastic optische vezels hebben veel positieve eigenschappen. POF-kabels zijn bijvoorbeeld erg dun met een diameter van zo'n 2mm, maar zijn steviger en aanzienlijk flexibeler dan glasvezel. Ze kunnen dus flexibel gemonteerd worden in het interieur van een auto. Ze kunnen ook de warmte en trilling van het motorgedeelte weerstaan en zo dus met de technologie van het voertuig verbinding maken.
Meer gebruikers, meer data, minder energie?
Het kostbare frequentiebereik dat nu nog beschikbaar is voor conventionele draadloze transmissie is in de toekomst misschien niet meer toereikend.

Andere toepassingen van polymeer optische vezel

  • Als toevoeging of vervanging van WLAN in een thuisnetwerk
  • Als zijwaarts stralende vezels voor de verlichting van plexiglas displays of bewegwijzering
  • Als transmissielijn voor zonnecollectoren om zonlicht in kamers te richten.
  • Als transmissielijn voor licht in het algemeen als de lichtbron gescheiden wordt van de verlichte plek.
  • Als sensorvezel voor eenvoudige belasting-, druk- of helderheidsmeting
  • Als roterende zender om optische signalen te sturen van een statische naar roterende as, zoals bij motoren of in robotica
Daarnaast geleiden POF-kabels geen elektriciteit, ze genereren geen straling en worden niet beïnvloed door elektromagnetische velden. Dat zijn eigenschappen waardoor ze gemakkelijk naast 230-volt kabels in kabelgoten gelegd kunnen worden. Eenvoudig te installeren en aan te sluiten. Het vereist geen duur en specialistisch gereedschap, iets wat wel nodig is om glasvezel te snijden. Polymeervezel kent echter een nog hogere verzwakking dan glasvezel, en dit heeft een negatief effect op de doorvoer van gegevens over langere afstanden. Desondanks kunnen over korte afstanden, zoals de bekabeling in voertuigen, hoge overdrachtssnelheden gehaald worden. Onderzoekswetenschappers van de POF Application Centre van de Technologische Universiteit van Neurenberg hebben al datasnelheden bereikt van een aantal megabytes per seconde.
Vragen aan professor Christian-Alexander Bunge (deel 1)
Waarom besloot u juist onderzoek te doen naar polymeervezels?

Data en licht voor het interieur van het voertuig

Polymeervezels worden al sinds de jaren 90 gebruikt in de autobranche. Een voorbeeld is de MOST-bus (Media Oriented Systems Transport), een serieel veldbussysteem met POF-kabels dat gebruikt wordt door autofabrikanten over de hele wereld om in auto's de audio-, video-, voice- en datasignalen te verzenden.  Omdat POF-kabels niet gevoelig zijn voor elektromagnetische storing, worden ze toegepast in elektrische auto's en batterijsystemen. Polymeervezel kan ook gebruikt worden om lichtgevende textiel te maken, of als de vezels lokaal gemaakt worden, om allerlei soorten lichtgevende structuren en contouren te maken. Dus waarom die twee niet verenigen?
De Universiteit van Telecommunicatie in Leipzig doet momenteel intensief onderzoek naar polymeervezels (HfTL). Het POF-textiel dat aan het (HfTL) Instituut van Communicatietechnologie ontwikkeld wordt, kan bijvoorbeeld over de dakhemel van de auto gespannen worden. De onderzoekers verlichten met deze flexibele vezels niet alleen het gehele interieur van het voertuig, maar ook specifieke punten, zoals leeslampjes. Dit bijzondere materiaal geeft zelfs toegang tot het internet. Het licht kan op zo'n manier gemoduleerd worden dat het de dakhemel veranderd in een optisch draadloze LAN hotspot. De mobiele apparaten in de auto kunnen dan online gaan via de dakhemel.
Vragen aan professor Christian-Alexander Bunge (deel 2)
Waarom wordt er niet gewoon een WLAN hotspot gebruikt voor internettoegang in de auto?

Optische WLAN vanuit de lamp

De optische oplossing van de onderzoekers uit Leipzig verzendt licht en data samen, zowel bekabeld als draadloos. Dit soort oplossingen voor optische dataoverdracht zijn dan ook een specialiteit van het Fraunhofer Heinrich Hertz Institute (HHI). Visible Light Communication (VLC) via de verlichting in ruimtes is o.a. geschikt op plaatsen waar traditionele draadloze communicatie gevoelige systemen zou kunnen verstoren, zoals in ziekenhuizen of in vliegtuigen.

Andere toepassingen van optische WLAN

  • In ziekenhuizen kunnen dataverbindingen via de OK-verlichting gebruikt worden om röntgenbeelden naar de OK te sturen of om de OK-robot te bedienen.
  • Aan boord van het vliegtuig kunnen de plafondlampen gebruikt worden om alle passagiers internettoegang te geven of video's te laten streamen op hun tablets.
  • Op beurzen kan de stand-verlichting informatie over de standhouder overbrengen naar de mobiele apparaten van bezoekers.
  • Optische WLAN is dus een alternatief waar meerdere lichtbronnen beschikbaar zijn, zoals in openplankantoren, klaslokalen en conferentiezalen.
Voor optische WLAN worden speciale lampen verbonden met het internet via vaste lijnen of stroomkabels, waarmee een dataverbinding op gang wordt gebracht met een elektrische component die de diode razendsnel aan en uit schakelt. Dat knipperen is niet met het blote oog waar te nemen, maar de fotodiode in de laptop of smartphone kan de informatie van het gemoduleerd lichtsignaal lezen. Het resultaat is het zogeheten Light Fidelity network, of afgekort: Li-Fi.
Optische WLAN kan bijvoorbeeld ook toegepast worden in de verbonden auto. Net zoals bij gebouwen het geval is, ligt hier de infrastructuur al klaar. De straatverlichting. Als deze uitgebreid worden met LED-lampen die data kunnen verzenden, kunnen ze als hotspots dienen voor passerende voertuigen. De enige voorwaarden is dat er tussen die twee een gezichtslijn moet zijn.