SEW-Eurodrive

Kommunikation mit sichtbarem Licht

15. Februar 2022, 16:58 Uhr | Eike Lyczkowski und Christian Sauer
SEW-Eurodrive: Kommunikation mit sichtbarem Licht
© SEW-Eurodrive

Der Datenaustausch kooperativer FTS lässt sich allein über WiFi-Kanäle nicht zuverlässig bewerkstelligen. Wird hierfür zusätzlich sichtbares Licht genutzt, sinkt die Störanfälligkeit der Kommunikation deutlich.

Entscheidend für die Rolle fahrerloser Transportsysteme (FTS) und weiterer mobiler Systeme in der flexiblen Fabrik der Zukunft sind Kommunikation und Kooperation. Befördern beispielsweise zwei oder mehr FTS gemeinsam eine Last, müssen sie Steuerungsinformationen zur genauen Formationssteuerung austauschen. Bei diesem Austausch würde eine hohe Latenz eine unerwünschte Relativbewegung in der Formation verursachen. Daher erfordern kooperierende FTS eine besonders zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz – oft bezeichnet als ultra Reliable Low Latency Communication (uRLLC). Interferenzreiche Bereiche des Spektrums müssen umgangen werden, um uRLLC zu gewährleisten. Sichtbares Licht ist ein solches interferenzarmes Spektrum.

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Die Anordnung von modularen VLC Schnittstellen und den Sende-/ Empfangseigenschaften der Module erzielt eine 360° Abdeckung.
Die Anordnung von modularen VLC Schnittstellen und den Sende-/ Empfangseigenschaften der Module erzielt eine 360° Abdeckung.
© SEW-Eurodrive

SEW-Eurodrive nutzt als Kommunikationstechnologie für FTS Visible Light Communication (VLC). Dieses drahtlose Peer-to-Peer-Kommunikationssystem für kurze Reichweiten im Frequenzbereich 400 bis 800 THz (750 bis 375 nm) bietet die erforderliche niedrige Latenz und hohe Zuverlässigkeit und ermöglicht die Kommunikation zwischen kooperierenden, benachbarten FTS.

Da neben dieser lokalen Kommunikation auch eine globale Kommunikation mit hohem Durchsatz erforderlich ist, werden die FTS mit zwei Kommunikationsschnittstellen ausgerüstet – eine zusätzliche WiFi-Schnittstelle ist zuständig für die Kommunikation mit der Infrastruktur und für andere allgemeine Zwecke. Daraus ergibt sich allerdings eine weitere Herausforderung – die Entscheidung, welche Pakete an welche Schnittstelle gesendet werden sollen. Ziel ist die Vermeidung von Wechseln der Schnittstelle, weil diese zu Latenzspitzen führen. Hierfür muss ein Routing-Verfahren implementiert werden, das die Zahl der Übergaben zwischen dem WiFi- und dem VLC-Netzwerk minimiert.

Netzwerkoptimierung durch lokale Cluster

Latenz in einem Netzwerk aus VLC und WiFi.
Latenz in einem Netzwerk aus VLC und WiFi. Das obere Diagramm veranschaulicht, ob die Verbindung VLC oder WiFi verwendet, während das untere Diagramm die auf der Route gemessene Paketumlaufzeit (RTT) abbildet.
© SEW-Eurodrive

Aus kooperierenden FTS werden lokale Cluster erstellt, die für die Kommunikation innerhalb des Clusters VLC verwenden sowie WiFi für die Kommunikation mit anderen Teilnehmern. Die Entscheidung, welche Pakete über welche Verbindung gesendet werden, trifft ein SDN-Switch. Diese Netzwerksteuerung ermöglicht das Routing auf Grundlage von globalen Systeminformationen wie kooperativen Aufgaben, deren Dauer und Teilnehmern. Die Steuerung des Netzwerks mittels SDN hat dabei den Vorteil, dass diese globalen Kenntnisse über die FTS Flottensteuerung genutzt werden können, um das Routing zu planen.

Zu den größten Herausforderungen für die Kommunikation innerhalb dichter Netzwerkcluster zählen Interferenzen. Da Lichtsignale jedoch durch die Netzwerkteilnehmer selbst vollständig blockiert werden, verringert dies die effektive topologische Dichte und führt zu interferenzarmer Kommunikation.

Implementierung mit weißen LED-Arrays

Die ausgewählte VLC-Schnittstelle, eine proprietäre Implementierung durch SEW-Eurodrive, verwendet ein Array aus weißen LEDs zur Übermittlung des Signals und vier unabhängige Empfänger für dessen Empfang. Jedes FTS ist mit vier VLC-Modulen mit einem Öffnungswinkel von 120° ausgestattet. Dadurch kann das Fahrzeug VLC-Signale in alle Richtungen senden beziehungsweise aus allen Richtungen empfangen. Die Kommunikation ist innerhalb eines Bereichs von 5 m möglich. Die Signalübertragung kann nur bei einer direkten Sichtverbindung erfolgen.


  1. Kommunikation mit sichtbarem Licht
  2. VLC-Routen auf Grundlage kooperativer Aufgaben

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