Schnelleres Internet durch Licht

EU-Projekt ELIoT liefert LiFi-Lösungen für den Massenmarkt.

Das Projekt ELIoT (Enhance Lighting for the Internet of Things), Teil der EU-Initiative Horizon 2020, ist erfolgreich abgeschlossen worden. Seit 2019 entwickelte das Konsortium, koordiniert vom Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI), LiFi-Lösungen für den Massenmarkt, die eine drahtlose Datenübertragung über Licht im Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) möglich machen. Zum Projektabschluss wurde die neue LiFi-Infrastruktur in realen Anwendungsszenarien demonstriert und eine Roadmap für LiFi im zukünftigen IoT präsentiert.

Je mehr wir unsere Umwelt vernetzen, desto höher werden die Anforderungen an schnelle Internetverbindungen, damit Abläufe reibungslos funktionieren. Das IoT der Zukunft wird wesentlich höhere Ansprüche an Datenrate, Zuverlässigkeit und Latenzzeit von drahtlosen Verbindungen stellen. Wenn viele IoT-Geräte auf engstem Raum kommunizieren, steigt die Nachfrage nach Funkfrequenzen viel schneller als bisher erwartet.

Als Ergänzung zum weitverbreiteten WLAN verwendet LiFi das bisher ungenutzte optische Spektrum, um Daten mit hoher Geschwindigkeit mobil zu übertragen. Das entlastet klassische Funkfrequenzen und schützt vor unbefugten Zugriffen auf das Datennetzwerk, da die Kommunikation nur in einem begrenzten Bereich möglich ist. Die Verwendung von Licht ermöglicht auch die Vernetzung an Orten, wo Funk nur eingeschränkt möglich oder unerwünscht ist, z.B. in OP-Sälen oder an Bord von Flugzeugen.

Um LiFi marktreif zu machen, hat das ELIoT-Konsortium an Kernaspekten und neuen Funktionalitäten der LiFi-Infrastruktur geforscht. Dazu gehören die präzise Positionserkennung (Positionierung), die drahtlose Vernetzung zwischen mehreren Sendern und mehreren Empfängern (Multicast-Kommunikation) und erhöhte Sicherheitsstandards. ELIoT hat diese Funktionen entwickelt, implementiert und in realen Anwendungsszenarien demonstriert. Das finale EU-Projektgutachten bescheinigt, dass ELIoT „außergewöhnliche Ergebnisse mit erheblicher unmittelbarer oder potenzieller Wirkung“ erzielt hat.

Erfolge des ELIoT-Projekts sind anhand der erfolgreichen Demonstration in einer Vielzahl von Anwendungsfällen ersichtlich:

Das Konsortium demonstrierte die Verwendung von LiFi für Positionierung im Industriebereich, wo insbesondere die Integration von Positionierung und Kommunikation in einem einheitlichen System im Vordergrund stand. Die Lokalisierung ist dabei durch LiFi deutlich genauer möglich, als dies bisher mit Funk-Technologien möglich war. In einem Industrieumfeld wurde auch die Integration von LiFi und 5G demonstriert. Solche Systeme kombinieren die Vorteile von Funklösungen, wie z.B. die hohe Mobilität, mit den hohen Kapazitäten von LiFi.

ELIoT hat zudem den Einsatz von LiFi-Infrastrukturen in Büro-Umgebungen optimiert und adressiert damit die Kern-Herausforderungen des modernen Arbeitsplatzes. Distributed LiFi MIMO umgeht die Problematik des Datenstaus herkömmlicher Netzwerke und gewährt einen verbesserten Datenschutz.

In der ELIoT-Demo zu Fixed Wireless Access konnten die Forschenden auch eine zukunftsweisende Lösung für die letzte Meile der optischen Netzwerkanbindung vorstellen. Im Außenbereich sind zukünftig beispielsweise Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit hoher Bandbreite von Dächern zu kleinen Funkbasisstationen, zwischen Straßenlaternen oder zu Privatwohnungen denkbar (Wireless-to-the-Home).

Die mobile Authentifizierung wird neben dem industriellen auch im privaten Umfeld immer wichtiger. Mithilfe von LiFi demonstrierten die ELIoT-Forschenden ein energiesparendes LiFi-aktiviertes Türschloss, das einfach in bereits bestehende LiFi-Infrastrukturen eingebunden werden kann. Das Schloss verfügt über einen integrierten LiFi-Transceiver, der einen sicheren Schlüsselaustausch mit einem Server im Netzwerk ermöglicht. Nun kann auch der Kode des Schlüssels mithilfe von LiFi sicherer als bisher über WLAN erneuert werden.

Im Kontext von Digital Signage in Einkaufszentren konnte ELIoT bei der Echtzeit-Übertragung von Videos auf Displays mit der Nutzung von LiFi erheblich zur Entlastung drahtloser Netzwerke beitragen.

Neben den konkreten Anwendungsfällen verbesserte ELIOT auch die Handhabbarkeit der LiFi-Module, d.h. ihre Installation und Wartung. Bei LiFi transportiert ein Zentralmodul die Datensignale zu mehreren verteilten LiFi-Modulen. Den Forschenden im ELIoT-Projekt ist es gelungen, eine robustere und handlichere Lösung des Datentransports zu finden: Über optische Plastikfasern (Plastic Optical Fibers, POF). Unterschiedliche LiFi Module werden dabei mit verschiedenen Lichtfarben, welche die Daten über dieselbe Faser parallel übertragen, angesprochen. Damit kann eine dünne Plastikfaser ein ganzes Bündel von Kabeln ersetzen, was die Installationskosten reduziert.

Darüber hinaus gelang es den Forschenden, eine offene Referenzarchitektur für die Unterstützung des IoT mithilfe der bestehenden Beleuchtungsinfrastruktur bereitzustellen. Die Architektur ist sehr flexibel und kann eine große Vielfalt von Anwendungen abdecken, die zusammengenommen den zukünftigen Massenmarkt abdecken. Im Konsortium wurde ein Konsens über die beste Architektur erzielt. Die Meilensteine im Projekt trugen maßgeblich zur Standardisierung von Beleuchtungs- und Telekommunikationsinfrastrukturen in ITU-T G.9991, IEEE P 802.15.13 und P802.11bb bei und sie bilden die Grundlage für die Roadmap zur Einführung von LiFi im IoT.

ELIoT wurde im Rahmen von Horizon 2020, dem größten Forschungs- und Innovationsprogramm der EU, mit etwa 6 Mio. € gefördert. Zu den Partnern zählten Signify (früher Philips Lighting), Nokia, MaxLinear, Deutsche Telekom, KPN, Weidmüller, LightBee, sowie die Universität Oxford, die Technische Universität Eindhoven und die Fraunhofer-Institute HHI und FOKUS.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Volker Jungnickel
Gruppenleiter Optische Metro-, Zugangs- und Inhausnetze
volker.jungnickel@hhi.fraunhofer.de
Tel. +49 30 31002-768

Weitere Informationen:

ELIoT Projektseite: https://www.eliot-h2020.eu/
ELIoT Youtube-Kanal: https://www.youtube.com/channel/UCLyEHg5jBQb5u1IfZmkJeLg
ELIoT auf LinkedIn: https://www.linkedin.com/company/eliot-h2020/

http://www.hhi.fraunhofer.de