Dans les systèmes d’automatisation industrielle, le processus de production doit être rapide et sûr. Pour cette raison, une connexion Internet à haut débit est fournie par la nouvelle technologie de communication sans fil Li-Fi (Light Fidelity).

Dans cet article, la technologie Li-Fi sera examinée en détail : Principe de fonctionnement, applicabilité aux systèmes d’automatisation industrielle, limites et défis et comparaison avec le Wi-Fi (Wireless Fidelity).

Vue d’ensemble 

Le système de communication sans fil est devenu un élément indispensable au quotidien industriel. Les antennes et les routeurs, éléments fondamentaux des communications sans fil, transmettent des données à l’aide d’ondes radio et les récepteurs Wi-Fi recueillent ces signaux.

Aujourd’hui, quatre types différents de technologies d’accès Wi-Fi, à savoir Wi-Fi-802.11 a/b/g/n, sont utilisés dans les zones locales. Selon les estimations, la quantité de données envoyées par les réseaux sans fil sera multipliée par 10 en quatre ans. Cependant, la largeur de bande de la radiofréquence (RF) à allouer est étroite et limitée, ce qui présage,  dans un avenir proche, une crise du spectre RF.

Diverses solutions (dont la technologie Li-Fi) ont été recommandées pour assurer un trafic de données plus important. Contrairement au Wi-Fi qui utilise des ondes radio, le Li-Fi utilise le spectre de la lumière visible qui est 10.000 plus long que le spectre des radiofréquences. Ce choix a été motivé par le fait que le spectre de lumière visible ne représente aucun danger sur le corps humain (ce qui n’est pas le cas des rayons infrarouges, rayons gamma et lumière ultraviolette.

Alors que le Wi-Fi utilise des modems, le Li-Fi utilise des lampes LED équipées d’émetteurs-récepteurs qui peuvent transmettre et recevoir des informations, ce qui permet un taux de données agrégé plus élevé.

Principe de fonctionnement du Li-Fi

Le principe de fonctionnement du Li-Fi est similaire à celui du système de télécommande de la télévision. Les lampes LED peuvent s’allumer et s’éteindre très rapidement ce qui ne peut être réalisé par l’œil humain. Si la lumière est allumée, un 1 numérique est transmis. Si la lumière est éteinte, un 0 numérique est transmis.

La LED peut être allumée et éteinte en quelques nanosecondes, ce qui offre des conditions très favorables à la transmission de données.

  1. La micro-puce, qui se trouve dans la lampe LED, convertit les données en lumière.
  2. Les données à haut débit sont transmises par le faisceau lumineux de la lampe LED au photodétecteur.
  3. Le photodétecteur reçoit les données transmises par la source lumineuse et les décode.
  4. Le récepteur détecte les changements d’intensité du faisceau lumineux et convertit les données en signal électrique.
  5. Ces données converties sont transmises aux dispositifs technologiques.

La transmission parallèle des données peut être produite en utilisant des réseaux de LED, ce qui permet d’augmenter la vitesse de transmission. La modulation d’intensité et la détection directe sont utilisées pour coder les données car la lumière des LED génère une lumière incohérente, qui oscille dans différentes directions.

Li-Fi VS Wi-Fi

Caractéristique

Wi-Fi Li-Fi
Fréquence 5 GHz

Pas de fréquence pour la lumière visible

Norme

IEEE 802.11 IEEE 802.15
Portée 100 mètres

Dépend de la lumière LED

Application principale

Réseau local sans fil

Taux de transfert des données

800  Kbps – 11 Mbps

>1Gbps

Consommation électrique

Moyenne

Faible

Coût

Moyen élevé
Sécurité Moyenne

élevée

La technologie sans fil actuelle, appelée Wi-Fi, présente divers problèmes. Ces problèmes peuvent être divisés en trois groupes principaux qui sont :

  • La capacité
  • L’efficacité
  • La sécurité

Le spectre des radiofréquences étant étroit, la technologie Wi-Fi offre une bande passante limitée. En outre, les technologies 3G et 4G épuisent ce spectre radioélectrique limité. Cependant, le spectre de la lumière visible est 10.000 fois plus large que le spectre des radiofréquences. La technologie Li-Fi offre donc une capacité illimitée pour les systèmes de communication et elle est prête pour l’IoT et la 5G.

 

Limites et défis de la technologie Li-Fi

Malgré tous les avantages mentionnés, le Li-Fi présente bien des limites et des défis. La lumière ne peut pas traverser les murs et les objets solides.

D’un côté, cette situation offre un environnement de communication plus sûr, mais d’un autre côté, les objets solides situés sur les trajets de la lumière peuvent affecter la transmission des données.

Dans ce sens, l’alternative d’un modèle hybride comprenant les technologies Wi-Fi et Li-Fi a été proposée. Le principe de fonctionnement du système hybride sera simple. Lorsque la connexion Li-Fi est interrompue pour une raison quelconque, la connexion Wi-Fi est activée. Par conséquent, la connexion Internet se poursuivra sans aucune interruption. Cependant, le modèle hybride n’a pas encore été mis en œuvre.

La lumière du soleil, la lumière naturelle et la lumière électrique sont des sources de lumière différentes. Ces différentes sources de lumière peuvent affecter la vitesse de transmission des données. Dans la technologie Li-Fi, le récepteur et la source de lumière doivent être placés dans une position parfaite pour atteindre un taux de transmission élevé. En plus, étant une technologie nouvelle, le Li-Fi a un coût d’installation élevé.

Applicabilité de la technologie Li-Fi aux systèmes d’automatisation industrielle

Dans le processus de fabrication industrielle, il est extrêmement important que le processus soit achevé rapidement et en toute sécurité, en plus de la qualité du produit. Par conséquent, les communications entre les unités se développent de jour en jour. Ces développements, qui dépendent principalement de l’utilisation du protocole, se focalisent sur le taux de transmission des données et la sécurité.

En fonction de ces critères, de nombreuses entreprises d’automatisation industrielle tentent de proposer différents protocoles de communication. La transmission de données sans fil offre des avantages considérables en termes de coût et de vitesse.

Les systèmes de surveillance et de contrôle sans fil apportent une contribution majeure au développement des systèmes SCADA. Par rapport au Wi-Fi, les technologies Li-Fi devraient être préférées en raison de leur taux de transmission de données élevé et de leur sécurité accrue.

Dans les systèmes de communication sans fil actuels, il existe une faille de sécurité car les ondes radio peuvent traverser les murs. Cette faille de sécurité est un inconvénient majeur pour les systèmes d’automatisation industrielle. Les ondes lumineuses ne peuvent pas traverser les murs. Par conséquent, ces systèmes sont protégés par la technologie Li-Fi.

Certains affirment que le Wi-Fi est une technologie qui n’est pas affecté par le problème de la visibilité directe par rapport au Li-Fi dans un environnement industriel qui comprend de nombreux obstacles mobiles. Par conséquent, les systèmes Wi-Fi sont perçus comme plus utiles que le Li-Fi pour les zones industrielles.

Cependant, si l’on considère une usine, les récepteurs de connexion Wi-Fi sont positionnés à des endroits spécifiques. La connexion Internet est acheminée vers les bras robotisés via des câbles Ethernet. Lorsque les systèmes Wi-Fi sont remplacés par le Li-Fi, les récepteurs sont toujours positionnés à des endroits spécifiques et rien ne peut interrompre la lumière.

Par conséquent, la connexion Internet peut être fournie sans aucune interruption aux bras robotiques ou à tout autre dispositif. Le problème de la visibilité directe est donc résolu. En outre, on pourra clairement constater que le processus de production sera plus rapide avec l’utilisation du Li-Fi. Ce modèle de système est illustré.

Conclusion

Dans les systèmes d’automatisation industrielle, une connexion Internet sûre et rapide est un facteur important pour le processus de production. Étant donné qu’une connexion Li-Fi est limitée à la zone des lumières LED, il est impossible d’atteindre le réseau de l’extérieur. Ainsi, la technologie Li-Fi apporte une connexion sécurisée.

Ce fait pourrait conduire à d’autres champs d’application pour les travaux futurs. Par exemple, le Li-Fi peut être utilisé dans les systèmes de réseaux militaires, les départements financiers des entreprises ou des banques…

Quand le modèle hybride sera mis en œuvre, il sera plus adapté aux systèmes d’automatisation industrielle en incluant à la fois les avantages des systèmes Li-Fi et Wi-Fi.