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Fraunhofer IPMS entwickelt kabelloses TSN über Li-Fi: Ausgabe 01-02/2020, 30.01.2020

Wireless Echtzeitkommunikation per Licht

Wenn wir miteinander reden wollen, übertragen wir die Informationen am besten in kurzer Zeit und ohne Umwege. In der Automatisierungstechnik sind die Anforderungen an die Kommunikation noch höher. Dort müssen Nachrichten oft im Mikrosekundenbereich übertragen werden, etwa um Maschinen oder Antriebe miteinander zu synchronisieren. Das Fraunhofer IPMS hat Li-Fi und Time Sensitive Networking kombiniert.

Bilder: IPMS

Bisher erfolgte die echtzeitfähige Datenübertragung via Kabel mit speziellen Feldbussystemen. Damit ist sie für mobile Anwendungen in Industrierobotern und der Automatisierungstechnik nicht geeignet. Das Fraunhofer IPMS hat Li-Fi und Time Sensitive Networking kombiniert, um die echtzeitfähige und deterministische Datenübertragung auch drahtlos zu ermöglichen. Damit können mobile Anwendungen wie Industrieroboter oder dynamische Fertigungszellen drahtlos und in Echtzeit via TSN-Standard kommunizieren.

Li-Fi-Datenverbindung ist zuverlässig
«Li-Fi ist eine Technologie zur drahtlosen Datenübertragung mittels Licht und bietet die Möglichkeit, Übertragungszeiten im Mikrosekundenbereich zu realisieren. Zudem ist die Datenverbindung mit Li-Fi zuverlässig und bietet eine gleichbleibende Qualität», erläutert Dr. Alexander Noack, Entwicklungsleiter am Fraunhofer IPMS. «Für die echtzeitfähige und deterministische drahtlose Datenkommunikation ist Li-Fi daher ein ideales Medium. Auf diese Weise kann Time Sensitive Networking auch ohne Kabel umgesetzt werden.»
Time Sensitive Networking (TSN) erweitert bisherige Ethernet-Standards, um die deterministische und echtzeitfähige Datenübertragung durch ein gemeinsames Netzwerk. Vor allem im Bereich der modernen Produktion werden hohe Bandbreite und garantierte Zykluszeiten unter einer Millisekunde benötigt. Eine zeitkritische und priorisierte Steuerung der Datenströme ist hierfür unabdingbar.

Mit 5G sind geforderte Latenzzeiten nicht erreichbar
«Bisher war die echtzeitfähige Datenübertragung für TSN kabelgebunden. Eine Übertragung mit Funk wäre eine Alternative, unterliegt jedoch klaren Grenzen», so Noack weiter. «Mit heutigen Funkstandards wie 4G, LTE, WLAN oder auch dem zukünftigen Funkstandard 5G sind geforderte Latenzzeiten aus der Automatisierung im Mikrosekundenbereich nicht erreichbar. Das Fraunhofer IPMS integriert deswegen TSN in einen Li-Fi-Hotspot.»

Infoservice
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS
Maria-Reiche-Strasse 2, DE-01109 Dresden
Tel. 0049 351 88 23 385, Fax 0049 351 88 23 266
www.ipms.fraunhofer.de



Da auch mit 5G geforderte Latenzzeiten aus der Automatisierung im Mikrosekundenbereich nicht erreichbar sind, integriert das Fraunhofer IPMS TSN in einen Li-Fi-Hotspot


Bei Li-Fi nimmt eine Fotodiode am Empfänger das Licht auf und wandelt es in elektrische Impulse um

Was ist Li-Fi?

Li-Fi, Light-Fidelity, ist eine Technologie zur drahtlosen Datenübertragung mittels Licht, welche auf einem einfachen Prinzip beruht. Ein Modulator am Sender schaltet eine Leuchtdiode, kurz LED, sehr schnell ein und aus, so dass es das menschliche Auge nicht wahrnimmt. Eine Fotodiode am Empfänger nimmt das Licht auf und wandelt es in elektrische Impulse um. Voraussetzung dafür ist der direkte Sichtkontakt zwischen Sender und Empfänger. Im Vergleich zu anderen drahtlosen Kommunikationsstandards bietet Li-Fi deutliche Vorteile:
■ schnelle drahtlose Datenübertragung
■ echtzeitfähige Kommunikation
■ hohe Datensicherheit aufgrund nötiger Sichtverbindung
■ keine Interferenzen