利用光实现快速防窃听的数据网络

数字化转型意味着越来越多的设备(例如X光机和超声波机器)正在连接到医院环境中的网络。这些设备必须根据需要移动。

在LINCNET项目中，弗劳恩霍夫研究人员利用光将数据传输到临床环境和工业生产环境中的机器和机器人。将电网与超高速5G移动网络相结合，可以为建筑物创建强大且低成本的无线网络。

当该解决方案部署在医院时，设备可以无线连接到网络，电磁辐射更低。它还可以显著提高工业生产的灵活性。

先进的工业4.0场景中的制造业面向不断变化。订单在短时间内发生变化，需要快速重新安排机器、机器人和测量仪器，并将其纳入重新调整的生产流程。医疗保健也是如此。

在这两种情况下，通过Wi-Fi连接机器和设备的传统网络并不总是最佳的。在生产环境中，各种无线网络可能会以不可预见的方式相互干扰。而在医院手术室等敏感环境中，这些网络的电磁辐射也是一个问题，因为那里有严格的限制。除此之外，还存在数据安全风险。虽然数据流量是加密的，但无线网络本身仍然对潜在攻击者开放。

柏林海因里希赫兹研究所(Heinrich-Hertz-Institut)弗劳恩霍夫电信研究所的研究人员正在与项目合作伙伴合作，研究一种有前景的解决方案：通过光传输数据。在LINCNET(支持LiFi的5G工业和医疗网络)项目中，弗劳恩霍夫研究人员正在利用通过调制光脉冲传输数据的可能性。标准的商用LED和光电二极管分别用作光源和接收器。

电力线：通过电网传输数据

许多应用要求将超高速5G网络与光数据传输相结合。一种有前途的方法是重新利用现有的电网(电力线通信，即PLC)，将数据传输到每个房间的天花板，然后使用光(LiFi)将数据无线传输到那里的最后几米。光信号不会穿过墙壁。这减少了电磁辐射，并且更节能。PLC消除了为网络铺设额外电缆的昂贵需求。

总部位于亚琛的devoloSolutionsGmbH公司是LINCNET联盟的牵头实体，负责PLC的开发和优化。LiFi模块将来自电网的数据转换为调制光信号的脉冲。光通过不断变亮和变暗来调制。LED将其数据传输到配备收发器单元的终端设备。信号变化每秒发生1亿次，人眼无法察觉。

与无线数据传输相比，LiFi具有明显的优势。数据传输本身非常稳定和强大。在本地网络中，它可以实现低于2毫秒的延迟时间和高达每秒1千兆位的传输速率。

项目经理LennertBober指出了额外的优势：“光线无法穿透墙壁，因此无法窃听。数据传输也不会受到其他无线网络或发出辐射的机器的影响，也不会对它们造成干扰。”

由于数据仅在光锥内传输，因此可以同时向许多不同的机器或设备提供数据，而不会使光信号相互干扰。

天花板模块将数据转换为光信号

弗劳恩霍夫HHI团队依靠其数十年利用光传输数据的专业知识。弗劳恩霍夫HHI共同开发了LiFi，并积极推动这项技术的标准化。对于LINCNET项目，研究人员开发了一个带有数字信号处理器(DSP)的天花板模块。

它从电流中提取数据，并将其转换为脉冲，用于对光源进行数字调制。LED将数据从天花板传输到放置在光锥内的终端设备，例如制造环境中的机器人或医疗中心的超声波装置。

数据被隔离在光锥内，就像在电缆内一样。“它与电缆网络一样安全，性能也一样好——只是没有电缆，”鲍伯解释道。

光在工业应用中还有另一个关键优势。频谱可以以任何想要的方式使用，因为适用于无线电的法规对光并不存在。“行业参与者不必申请使用特定频率的许可或支付许可费，”鲍伯补充道。

高度可扩展的LiFi网络

作为该项目的一部分，FraunhoferHHI的研究人员也已经开始着手进一步改进LiFi网络。在使用PLC将LiFi连接到电网的同时，他们还在开发一种基于快速以太网的网络组合。虽然通过以太网进行无线接入点的回程连接很常见，但这依赖于一种类似于5G移动网络中使用的集中式方法。

在这种前传网络中，每个LiFi天花板模块都与中央单元建立以太网连接，这使得在空间时间粒度上协调LiFi传输成为可能，从而显著提高性能。“高度可扩展的以太网连接与LiFi相结合，是实时控制机器人或医学高端场景的绝佳组合，”Bober说道。

对于公司和医院而言，LINCNET可以通过建设光学无线通信技能为进一步数字化提供显著推动力，并促进德国的技术主权。

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