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IoT

Optisches WLAN für vernetzte Autos

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Erstellt: 11.07.2018

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Die Datenübertragung via Licht über Polymerfasern und optisches WLAN bietet der Automobilbranche neue Möglichkeiten.


Wer im autonomen Auto reist, hat viel Zeit, um Medien zu nutzen: Während der Fahrer in ein Buch vertieft ist, liest die Beifahrerin neben ihm die Nachrichten auf ihrem Tablet. Dabei kommt weder das Leselicht aus einer Lampe noch das WLAN aus einem Hotspot: Der Dachhimmel im Auto liefert beides – Licht und Konnektivität – über polymerische Fasern, kurz POF.

POF als Alternative zur Glasfaser

Ähnlich wie eine Glasfaser besteht eine Polymerfaser aus einem transparenten Kern, durch den die Daten laufen – nur eben aus Kunststoff statt aus Glas. Für Schutz und Abschirmung sorgt eine Plastikummantelung. Diese sogenannten Kunststoff-Lichtwellenleiter haben viele positive Eigenschaften: So sind POF-Kabel beispielsweise mit etwa zwei Millimetern Durchmesser sehr dünn, trotzdem robust und dabei deutlich biegsamer als Glasfasern. Flexibel lassen sie sich im Innenraum eines Autos verlegen. Hitze und Vibrationen eines Motorraums halten sie ebenfalls aus, um die dortige Fahrzeugtechnik zu vernetzen.

Mehr Nutzer, mehr Daten, weniger Energie?

Das kostbare Frequenzspektrum, das für die herkömmliche Übertragung per Funk zur Verfügung steht, reicht in Zukunft vielleicht nicht mehr aus.

Anwendungsbeispiele für polymeroptische Fasern

  • als Ergänzung oder Ersatz für WLAN im Heimnetzwerk
  • als Seitenlichtfasern zur Beleuchtung in Plexiglas-Displays oder Hinweisschildern
  • als Übertragungsleitung für sogenannte Sollektoren, um Sonnenlicht in Räume zu leiten
  • als Übertragungsleitung für Licht allgemein, um die Lichtquelle und den Ort der Beleuchtung voneinander zu trennen
  • als Sensorfaser für einfache Dehnungs-, Druck- oder Helligkeitsmessungen
  • als Drehübertrager zum Übermitteln optischer Signale von einer stehenden auf eine drehende Achse, etwa bei Antrieben oder in der Robotik

POF-Kabel leiten zudem keinen Strom, erzeugen keine Strahlung und lassen sich auch von elektromagnetischen Feldern nicht beeinflussen: Eigenschaften, durch die sie sich problemlos gemeinsam mit 230-Volt-Leitungen in Kabelschächten verlegen lassen. Installation und Anschluss sind simpel; teures Spezialwerkzeug wie zum Spleissen bei der Glasfaser ist nicht nötig. Polymerfasern haben allerdings eine höhere Dämpfung als Glasfasern, was den Datendurchsatz über längere Strecken negativ beeinflusst. Auf kurzen Strecken aber, etwa bei der Verkabelung in einem Fahrzeug, sind hohe Übertragungsraten möglich. So haben die Forscher des POF Application Centers der Technischen Hochschule Nürnberg schon Datenraten von mehreren Gigabit pro Sekunde realisiert.

Fragen an Prof. Christian-Alexander Bunge (Teil 1)
Weshalb haben Sie sich ausgerechnet Polymerfasern als Forschungsobjekt ausgesucht?

Daten und Licht für den Fahrzeuginnenraum

Im Automobilsektor finden sich Polymerfasern schon seit den 90er-Jahren. Der MOST-Bus (Media Oriented Systems Transport) etwa ist ein serielles Feldbussystem mit POF-Leitungen, das Fahrzeughersteller weltweit zur Übertragung von Audio-, Video-, Sprach- und Datensignalen im Auto einsetzen. Unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen sind die POF-Kabel für Elektroautos und ihre Batteriesysteme prädestiniert. Mit Polymerfasern lassen sich auch leuchtende Textilien herstellen oder – wenn die Fasern lokal präpariert werden – beliebige Strukturen und Konturen gezielt zum Leuchten bringen. Warum nicht beides kombinieren?

An der Hochschule für Telekommunikation in Leipzig (HfTL) wird intensiv an Polymerfasern geforscht. Die am dortigen Institut für Kommunikationstechnik entwickelten POF-Textilien lassen sich beispielsweise über den Dachhimmel im Auto spannen. Mit den flexiblen Fasern beleuchten die Forscher dann nicht nur den Innenraum vollflächig oder an gezielten Punkten, etwa als Leselampe. Auch Internet liefert der Spezialstoff: Das Licht lässt sich so modulieren, dass der Dachhimmel zum optischen WLAN-Hotspot wird. Mobile Geräte im Auto gehen dann darüber online.

Fragen an Prof. Christian-Alexander Bunge (Teil 2)
Was Spricht denn dagegen, Internetzugriff im Auto einfach über einen WLAN-Hotspot bereitzustellen?

Optisches WLAN aus der Lampe

Die Lösung der Leipziger Forscher überträgt Licht und Daten gemeinsam auf optischem Weg – und das sowohl kabelgebunden als auch kabellos. Mit derartigen Lösungen der optischen Datenübertragung beschäftigen sich auch die Forscher des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts HHI. Die sogenannte Visible Light Communication (VLC) über die Beleuchtung in Räumen bietet sich unter anderem dort an, wo herkömmlicher Funk empfindliche Systeme stören könnte, etwa in Krankenhäusern oder Flugzeugen.

  • Im Krankenhaus lassen sich dank Datenverbindung über das Licht der OP-Lampe Röntgenbilder in den Operationssaal senden oder ein OP-Roboter steuern
  • Im Flugzeug sendet das Licht der Deckenlampe jedem Passagier Internet oder Filme auf sein Tablet
  • Auf Messen überträgt jede Standbeleuchtung individuelle Informationen des Ausstellers auf die Mobilgeräte der Standbesucher
  • Optisches WLAN ist überall dort eine Alternative, wo ohnehin viele Leuchtquellen vorhanden sind, etwa in Grossraumbüros, Klassenzimmern, Konferenzräumen

Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut HHI
So lassen sich handelsübliche LED-Lampen zur Datenübertragung nutzen.

Beim optischen WLAN sind spezielle Lampen über das Festnetz oder die Powerline ans Internet angeschlossen und ermöglichen eine Datenverbindung über ihre LED-Leuchten. Dazu schaltet ein elektrisches Bauteil die Diode schnell ein und aus. Wo das menschliche Auge kein Flackern mehr wahrnimmt, liest die Fotodiode an Laptop oder Smartphone aus dem modulierten Lichtsignal Informationen heraus. So entsteht ein sogenanntes Light-Fidelity-Netzwerk, kurz Li-Fi.

Optisches WLAN liesse sich ebenfalls in einem Connected-Car-Szenario einsetzen. Ähnlich wie in Gebäuden ist auch hier die Infrastruktur bereits vorhanden: die Strassenlaterne. Aufgerüstet mit datenübertragenden LEDs könnten die Laternen vorbeifahrenden Fahrzeugen als Hotspot dienen. Einzige Voraussetzung: Zwischen Lampe und Auto muss eine Sichtverbindung bestehen.

 

Lesen Sie mehr über IoT Themen in unserer Online Serie "Internet of Things".

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Richard Brändli
Solution Sales IoT / Big Data, T-Systems Schweiz
Serie: Internet of Things  Das Internet der Dinge steht für vernetzte Wertschöpfungsketten und eine  sichere Kommunikation von Maschine zu Maschine. Der Mensch ist Teil dieses  Netzwerks. Mehr erfahren
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