Interview mit dem CEO von pureLiFi, Alistair Banham

Was ist LiFi und wie funktioniert es? Was sind die zentralen Vorteile gegenüber Wi-Fi oder HF und wie geht es Herausforderungen in puncto Sicherheit an? Wir haben mit dem CEO von pureLiFi, Alistair Banham, gesprochen, um besser zu verstehen, wie LiFi die drahtlose Kommunikation fördern kann.

Alistair Banham, CEO von pureLiFi

Weshalb braucht es LiFi?

Die Vernetzung verändert sich. Mittlerweile müssen viele mobile Nutzer versorgt werden und es wird erwartet, dass die Zahl der IoT-Geräte bis zum Jahr 2020 auf 20 Milliarden ansteigt.

Es ist an der Zeit, unsere Netzwerke auf die Zukunft vorzubereiten und die Verbindungsanforderungen von morgen anzugehen. Mit LiFi können wir auf eine Frequenzkapazität zugreifen, die mehr als tausend Mal so groß ist wie die Kapazität für Hochfrequenz (HF). LiFi eröffnet uns völlig neue Möglichkeiten mit Blick auf Daten und Bandbreite.

Stellen Sie sich vor, alle LED-Leuchten in unseren Büros, Gebäuden und Städten wären ein intelligenter Hochgeschwindigkeits-Zugangspunkt für eine sichere Internetverbindung. LiFi ist eine bidirektionale Hochgeschwindigkeitslösung für die mobile Datenübertragung und ein optisches Äquivalent zu Wi-Fi – es funktioniert über Licht.

Wie genau funktioniert LiFi?

Wenn eine LED-Leuchte unter Strom gesetzt wird, gibt sie einen Lichtstrahl (Photonen) ab. LED-Leuchten sind Halbleitergeräte, was bedeutet, dass die Helligkeit des Lichts bei extrem hohen Geschwindigkeiten verändert werden kann. Dies ermöglicht es uns, ein Signal zu übermitteln, indem wir das Licht „modulieren“. Das Signal kann dann über einen Sensor empfangen werden, der die Veränderungen der Lichtstärke (das Signal) als Daten interpretiert.

Die Anpassung der Lichtintensität ist für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar, weshalb die Kommunikation ebenso nahtlos erfolgen kann wie bei andere Funksystemen. Benutzer wären also überall dort, wo LiFi-Licht ist, gleichzeitig auch vernetzt. Mithilfe dieser Technologie können Daten von einer LED-Leuchte mit hohen Geschwindigkeiten an einen Infrarotempfänger übermittelt und auch wieder empfangen werden.

Wer hat das LiFi-Konzept erfunden und weshalb?

Prof. Harald Haas sah voraus, dass die digitale Revolution eine größere Frequenzkapazität erfordern würde, um unsere steigende Nachfrage nach Vernetzungsmöglichkeiten zu decken. Das brachte ihn dazu, zu testen, ob das Lichtband auch zur Hochgeschwindigkeitsübertragung von Daten geeignet wäre.

Haas’ Vorahnung ist gerade in den vergangenen Jahren besonders deutlich geworden. Im Jahr 2016 wurden erhebliche Datenmengen per Wi-Fi oder femtocell in bestehende Netzwerke geladen. Konkret waren das jeden Monat rund 10,7 Exabyte an mobilem Datenverkehr. (Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2016–2021 Whitepaper, 2017) Wenn der mobile Datenverkehr wie erwartet ansteigt, wird das HF-Band bis 2025 hoffnungslos überlastet sein. Um unsere Vernetzung aufrecht zu erhalten, ist es wichtig, dass wir neue drahtlose Ansätze für die Datenübertragung, wie z. B. LiFi, nutzen.

LiFi ist kein völlig neues Konzept. Die Kommunikation mittels Licht wurde ursprünglich von Alexander Graham Bell im Jahr 1880 konzipiert, als er das Photophon erfand. Beim Photophon handelte es sich um ein Instrument zur hörbaren Übertragung der menschlichen Sprache mithilfe eines Bündels Lichtstrahlen. Rund 130 Jahre später, im Jahr 2011, demonstrierte Prof. Harald Haas die Übertragung von Daten mithilfe des Lichtbands bei Ted Global und gab seinem Konzept den Namen „LiFi“.

Es ist erst fünf Jahre her, seit pureLiFi das erste handelsübliche LiFi-System vorgestellt hat: Was ist seitdem passiert? Wie schnell wird LiFi in echten Anwendungen umgesetzt?

pureLiFi entwickelte sich im Januar 2012 aus einem Projekt der Universität Edinburgh heraus. Seitdem hat das Unternehmen über zehn Millionen US-Dollar für die Entwicklung und Umsetzung der LiFi-Technologie sammeln können. Seit der Gründung des Unternehmens haben wir drei Generationen an LiFi-Produkten herausgegeben, die in über 14 Ländern in mehr als elf verschiedenen Einsatzbereichen genutzt werden. Zu diesen gehören sichere drahtlose Umgebungen, Bürolösungen für Unternehmen, die drahtlose Datenübertragung in Umgebungen, in denen HF nicht möglich ist, und sogar die Unterwasserkommunikation.

pureLiFi Dongle-Paket

80 Prozent der drahtlosen Daten werden im Innenbereich verbraucht, weshalb die Einführung von LiFi sich bisher hauptsächlich im Innenbereich, in Büros und industriellen Umgebungen abgespielt hat. LiFi funktioniert jedoch bei Tageslicht, in dunklen Räumen und sogar in direktem Sonnenlicht, da das modulierte Licht nach wie vor erfasst werden kann. LiFi ist abhängig von der Erfassung schneller Veränderungen der Lichtstärke, nicht jedoch von der Gesamtanzahl oder langsam variierenden Veränderungen, die durch natürliche Störungen des Tages- oder Sonnenlichts herbeigeführt werden. Es ist sehr wahrscheinlich, dass Straßenbeleuchtungen oder Straßenmöbel in Zukunft eine schnelle, sichere drahtlose Datenübertragung ermöglichen werden. Das bedeutet, dass wir öffentliche LiFi-Hotspots zur Versorgung intelligenter Verkehrskonzepte, in Städten und in ganzen Ländern nutzen können.

Es gibt fünf zentrale Bereiche, in denen LiFi erhebliche Vorteile mit sich bringt.

Datenstaus

Wi-Fi nutzt Radiofrequenzen, die nur begrenzt verfügbar sind. Geräte wie Computer, Laptops, Drucker, intelligente Fernseher, Smartphones und Tablets müssen sich die verfügbare Bandbreite teilen. Da jedoch immer mehr Wi-Fi-fähige Geräte auf den Markt kommen, darunter Kühlschränke, Uhren und Kameras, bilden sich Datenstaus, was sich auf die Qualität der Datenübertragung auswirkt. LiFi nutzt die Frequenz von Lichtwellen, die im Gegensatz zu Radiofrequenzen im Überfluss vorhanden sind und diese ganz nebenbei auch nicht stören.

Dichte

Stellen Sie sich ein Büro mit einer Fläche von 460 Quadratmeter vor, in dem 80 Mitarbeiter drahtlos mit Tablets und Laptops arbeiten. In der Regel würde man für alle 200 Quadratmeter einen drahtlosen Wi-Fi-Router bereitstellen, der rund 1 Gbit/s liefern kann. Das würde bedeuten, dass sich das ganze Büro 2 Gbit/s teilen muss. Was wäre jedoch, wenn die gesamte Beleuchtung innerhalb des Büros mit LiFi ausgestattet wäre? Selbst wenn das Büro nur 100 Leuchten an der Decke hätte, würden so immerhin mehr als 4 Gbit/s (gemessen an den aktuellen Datenraten von Produkten von pureLiFi) bereitgestellt werden können. Wenn das noch nicht reicht, müssen Sie einfach nur zusätzliche Beleuchtungen installieren. Zusätzliche Wi-Fi-Router können Sie jedoch nicht installieren, da diese untereinander für Störungen sorgen würden. Die Menge der verfügbaren Daten pro Quadratmeter in einem Raum ist mit LiFi immer größer.

Sicherheit

Radiowellen gehen durch Wände und Decken durch. Licht tut das nicht. Darin besteht auch der Unterschied zwischen Wi-Fi und LiFi, wenn es um das Thema Datensicherheit geht. Ein Hacker außerhalb des Gebäudes kann sich Zugang auf die Wi-Fi-Datenübertragung der Computer im Gebäude verschaffen. Daten, die per LiFi übermittelt werden, können nur dort abgerufen werden, wo das LED-Licht den Raum erhellt.

Schutz

Wi-Fi erzeugt elektromagnetische Interferenzen (EMI), die Flugzeuginstrumente und Geräte in Krankenhäusern stören nachweislich können. Daher ist sein Einsatz in gefährlichen Einsatzbereichen, wie Strom-/Atomkraftwerken oder Öl- und Gasbohrungen umstritten. LiFi verwendet Licht anstelle von Radiowellen, was nicht nur eigensicher ist sondern auch keine EMI erzeugt.

Geschwindigkeit

Die älteren Versionen des Wi-Fi-Standards, wie IEEE 802.11a/g, erreichen Datenübertragungsraten von bis zu 54 Mbit/s. Neue Wi-Fi-Standards hingegen, wie der 802.11ac, bieten Technologien, die diese Datenübertragungsraten auf 1 Gbit/s und mehr hochfahren können. Der 802.11ad-Standard kommt sogar auf eine beeindruckende Datenübertragungsrate von bis zu 7 Gbit/s. Die Universität Edinburgh ist Partner von pureLiFi und die Heimat von Prof. Harald Haas – „dem Vater des LiFi“. Die Universität hat bereits demonstriert, dass Datenübertragungsraten im Gbit/s-Bereich liegen, was sehr vielversprechend für diese schnell heranreifende Technologie ist.

Aktuell liefern Systeme von pureLiFi 43 Mbit/s an Voll-Duplex-fähiger Kommunikation und bieten eine wesentlich höhere Datendichte als andere HF-Lösungen. Unter Laborbedingungen könnte CSO (Chief Scientific Officer) Harald Haas Datenübertragungsraten von 11 Gbit/s über eine einzige LED erzeugen.

Frühe Anwender von LiFi haben die Vorteile der inhärenten Sicherheit von LiFi bereits erkannt und profitieren davon, dass sie LiFi in für HF ungeeigneten Bereichen wie Kraftwerken, petrochemischen Anlagen und Krankenhäusern nutzen können. Aufgrund der Vorteile in Bezug auf die Datendichte in Kombination mit den Sicherheits- und Standortdiensten können wir beobachten, dass LiFi in immer mehr Büros zum Einsatz kommt. Wir glauben, dass die Anwendungsmöglichkeiten für LiFi grenzenlos sind. Überall dort, wo Licht und Daten benötigt werden, kann LiFi eine schnelle, sichere und zuverlässige Datenübertragung gewährleisten. LiFi wird in Zukunft auch für Privatverbraucher interessant werden, da wir in unserem Leben immer mehr Frequenzkapazität benötigen. Das Potenzial von LiFi ist sogar so groß, dass es sicherlich Anwendungsbereiche gibt, an die wir bisher noch gar nicht gedacht haben.

pureLiFi arbeitet derzeit an der Entwicklung von Sicherheitskomponenten und -technologien, die es Sicherheitsexperten ermöglichen, eine noch sicherere drahtlose Datenübertragung zu gewährleisten. LiFi ist wesentlich sicherer als andere Drahtlostechnologien, da Licht sich auf einen physischen Raum beschränken lässt. Wir können unsere Türen schließen und Rollos runterlassen, und schon haben wir ausreichend physische Barrieren geschaffen, um das Licht zu schützen. Wir können Bedingungen schaffen, die es uns ermöglichen, unsere Daten buchstäblich hinter verschlossenen Türen zu übermitteln.

Bestehende Sicherheitsprotokolle für die Verschlüsselung und Authentifizierung können auch für LiFi-Systeme genutzt werden, um für noch mehr Sicherheit zu sorgen.

LiFi ist eine Technologie, die die tausendfache Kapazität für die drahtlose Datenübertragung bereitstellt. LiFi ist zudem eine komplementäre und ergänzende Technologie, die zusammen mit anderen Drahtlostechnologien wie Wi-Fi und Mobilfunk genutzt werden kann. Wenn beispielsweise das Lichtsignal an ein LiFi-fähiges Gerät unter dem Grenzwert des Empfängergerätes liegt (z. B. wenn sich dieses in der Hosentasche des Benutzers befindet), kann es keine Daten empfangen. Wenn jedoch Funksysteme oder Mobilfunknetze verfügbar sind, können die Daten hierüber übermittelt werden. Wenn das Gerät dann wieder in die Reichweite des Lichts kommt, kann der Benutzer LiFi weiter nutzen.

pureLiFi arbeitet derzeit mit zahlreichen Unternehmen innerhalb der Kommunikations- und Beleuchtungsbranche zusammen, darunter auch Telekommunikationsanbieter, Schalter- und Routerhersteller, Beleuchtungspioniere und Hersteller für mobile und vernetzte Geräte, um integrierte LiFi-Lösungen bereitstellen zu können. Mit zunehmender Reife der LiFi-Technologie werden sich auch die Kosten in eine ähnliche Richtung wie die für Wi-Fi-Technologien bewegen. Viele Menschen erinnern sich bestimmt noch daran, dass Wi-Fi früher einfach ein Dongle war und sich erst mit der Zeit zu der allgegenwärtigen Kommunikationslösung wurde, die wir heute kennen. LiFi wird eine ähnliche Entwicklung durchlaufen und mit der Zeit in Endverbraucherprodukte integriert werden.

pureLiFi Dongle

LiFi bietet dort Verbindungsmöglichkeiten, wo Licht vorhanden ist und eine Datenverbindung benötigt wird. LiFi lässt sich in alltägliche Technologien wie z. B. Haushaltsgeräte, Fahrzeuge, Fertigungsanlagen und vieles mehr einbinden und trägt so zu einer intelligenten vernetzten Umgebung bei. LiFi ist ein weiterer Stützpfeiler für die drahtlose Datenübertragung und kann eingesetzt werden, um buchstäblich die letzten Meter eines umfassenden IoT-Systems für die Übermittlung und den Empfang von Daten zu vervollständigen.

LiFi benötigt für die Datenübertragung die gleiche Leistung, die für die Beleuchtung erforderlich ist. Durch diese „Wiederverwendung“ kann der zusätzliche Energiebedarf für die Datenübertragung per LiFi auf ein Minimum begrenzt werden. Zusätzlich dazu könnten LiFi-Signale in Zukunft sogar über Solarzellen empfangen werden, die Energie aus dem Umgebungslicht aufnehmen. Eine Kombination aus LiFi und Solarzellen ist möglicherweise die Grundlage für ein vollkommen energieneutrales Datenübertragungssystem.

Heutzutage bietet pureLiFi Unternehmen LiFi-Systeme für die Bereitstellung ganzer LiFi-Netzwerke an. Unsere LiFi-Systeme setzen sich sowohl aus einem Zugangspunkt (einer Lichtquelle) als auch aus einem Dongle mit der erforderlichen Software zusammen. Zusätzlich dazu schließen wir uns mit Pionieren aus der Beleuchtungsbranche zusammen, um unsere Technologien in ihre Leuchtmittel zu integrieren.

pureLiFi treibt die Miniaturisierung der LiFi-Technologie voran. LiFi lässt sich in Zukunft in jedes mobile Gerät sowie in jede LED integrieren.

Es ist möglich, rudimentäre VLC-Systeme mit handelsüblichen Bauelementen zu erstellen. Das ist jedoch kein richtiges LiFi-System. Um ein echtes LiFi-System zu entwickeln, das schnell, bidirektional und vollständig vernetzt ist, benötigen Entwickler spezielle Fachkenntnisse und Bauelemente.

Im Moment ist die Technologie von pureLiFi ausschließlich mit der Technologie unserer Partner kompatibel. So kann unser LiFi-X-Dongle beispielsweise mit dem Lucibel Ores Luminaire verwendet werden. Leider gibt es derzeit keine LiFi-Produkte von anderen Herstellern, die an dieser Stelle kompatibel sind.

Wir bei pureLiFi widmen uns dieser Herausforderung, indem wir uns für die Schaffung eines umfassenden Netzwerks an Partnern einsetzen – angefangen bei Herstellern von Chipsätzen und Schaltern, über Geräteintegratoren und Unternehmen für Beleuchtungsmittel, bis hin zum Endverbraucher.

Die Standardisierung läuft auf Basis des 802.11 IEEE. Hier wurde kürzlich die Light Communications Study Group gegründet, die übrigens gleichzeitig auch Wi-Fi-Anwendungen standardisiert. Wir hoffen, dass diese Standardisierungsbemühungen möglichst bald zu mehr Interoperabilität führt, damit LiFi ein Bestandteil den 5G-Netzes werden kann.

Interview mit dem CEO von pureLiFi, Alistair Banham. Veröffentlicht am: 22. September 2017 von Farnell