Een interessante ontwikkeling is datacommunicatie via licht. Op korte afstand werkt LiFi, door ledlampen heel snel te laten knipperen. Op langere afstand (kilometers) zijn diverse partijen, waaronder Google, bezig om Free Space Optics (FSO) verder te ontwikkelen. In Nederland is Aircision, een nieuw bedrijf, met een veelbelovende ontwikkeling gestart. Grote (operator) klanten staan in de rij.
Bij de bouw van mobiele netwerken is het belangrijk om voldoende datatransmissie te hebben naar de zendmasten. Meer dan 90% van de mobiele keten bestaat tegenwoordig uit vaste verbindingen en veel glasvezels. De koppeling naar het volgende opstelpunt is niet altijd even eenvoudig. Nederland is een land met heel veel glasvezel, maar de verbinding is in de landen om ons heen vaker een grote uitdaging. Er zijn veel gebieden in bijvoorbeeld België, Frankrijk en Duitsland (en heel veel andere landen) waar de koppeling van een zendmast een grote uitdaging is. Vooral als er rotsgrond is, is het overbruggen van enkele kilometers door glasvezel te graven een project met hoge kosten.
Straalzenders
De traditionele oplossing voor moeilijke verbindingen met zendmasten zijn straalzenders: radioverbindingen die met een gerichte bundel een behoorlijke afstand overbruggen. In de tijd van de bouw van 2G GSM
netwerken werden straalzenders veel toegepast om de verbindingen te realiseren, vooral als je haast had met de bouw van het netwerk. Het opleveren van een glasvezelverbinding kan o.a. door vergunningen zomaar 12 weken duren. De datasnelheid was bij 2G meestal 2 Mbit/s per link. Ondertussen zijn veel straalverbindingen al op 1 Gbit/s gebracht en wordt voor 5G steeds meer 10 Gbit/s gerealiseerd. Daarbij is het sterk afhankelijk van welke frequentie gebruik wordt gemaakt: in de lage banden (4 – 11 GHz) kunnen grote afstanden worden overbrugd, tot zelfs meer dan 100 km. Voor de hoge banden, die meestal moeten worden gebruikt voor hoge snelheden, zijn de afstanden veel lager. Een beetje afhankelijk van de regenintensiteit (ja, echt waar) zijn enkele kilometers betrouwbaar te realiseren. De apparatuur die daarvoor nodig is, beslaat soms een hele 19” kast en is niet goedkoop. En voor bijna alle verbindingen zijn licenties nodig, wat soms beperkend kan zijn.
Optische communicatie
Een alternatieve vorm van communiceren, is door lichtbundels te gebruiken. Dat is niet nieuw, want dat is door Alexander Graham Bell al uitgevonden in het jaar 1880, 5 jaar na de uitvinding van de telefoon. Mede de komst van laserlicht werd in de vorige eeuw redelijk makkelijk enkele honderden meters tot enkele kilometers overbrugd. Vanaf 2001 is in Tsjechië door Ronja een open source zelfbouw oplossing publiek beschikbaar gemaakt, die 10 Mbit/s over een afstand van 1,4 km kan transporteren. De onderdelen hiervoor waren minder dan € 100 per apparaat, met een bouwtijd van ongeveer 70 uur. In de begintijd van internetverbindingen zijn er veel linken gebouwd, waarbij naast een paar ethernet interfaces, wat standaard elektronica en een felle Philips LED werd gebruikt. Klinkt als een leuk hobby project! Als omhulsel wordt bijvoorbeeld een kast van een bewakingscamera gebruikt, maar een rioolbuis kan ook prima voldoen (zie afbeelding). De zender en de ontvanger hebben een eigen behuizing, waarbij de schuine voorkant tegen direct zonlicht beschermt.
Voordelen en nadelen
Het grote voordeel van optische communicatie is dat het snel is te bouwen en bijna niet is afte luisteren. Daarnaast is het stroomgebruik fors lager dan een radio straalzender en is geen vergunning nodig. Bij de Ronja oplossing werd meestal rood licht toegepast, maar veel moderne oplossingen maken gebruik van een infrarood laser. De lichtintensiteit voldoet altijd aan de strengste veiligheidseisen van laser Klasse 1 of 1M, waarbij er geen schade kan optreden aan de ogen van mensen of dieren. In moderne systemen wordt het vermogen ook altijd direct teruggeschroefd als er een onderbreking is. Daarbij is optische communicatie niet afhankelijk van interferentie, wat bij radioverbindingen wel kan voorkomen. Free Space Optics kan wel beïnvloed worden door het weer: bij regen, mist, sneeuw, smog of een zandstorm neemt de performance duidelijk af. In moderne systemen wordt de codering aangepast, waardoor de datasnelheid fors minder wordt maar de verbinding meestal blijft werken. De beschikbaarheid is, net als bij radio straalzenders, afhankelijk van de regenintensiteit. Een performance van 99,9% is meestal realistisch, de rest is afhankelijk van de lokale weersomstandigheden. Telecom wil meestal 99,999% (ook wel bekend als 5 negens) hebben. Dat is wel moeilijk, maar FSO is uitstekend geschikt in een redundante configuratie in combinatie met bijvoorbeeld een glasvezel verbinding. De beschikbaarheid van glasvezel is mede door graafrisico’s vaak ook maar 99,9%. Een verstoring van de glasvezel zal zelden tegelijk voorkomen met een verstoring van de optische communicatie, zodat de performance van een link wel in de buurt van 99,999% kan komen.
In de afgelopen 20 jaar hebben veel bedrijven geprobeerd om de technologie verder te ontwikkelen, voor hogere datasnelheden en langere afstanden. De meesten zijn ondanks grote investeringen niet succesvol geweest. In dit artikel wil ik een paar bedrijven benoemen die nu een rol spelen, namelijk CableFree, Google en Transcelestial. Daarna kijken we naar Aircision.
CableFree
CableFree is een interessante firma uit Engeland. Zij leveren al enkele tientallen jaren allerlei radioproducten, waaronder nu private 4G en 5G netwerken. Daarnaast hebben zij ook WiFi en straalzenders in hun portfolio. Sinds ruim 20 jaar verkopen ze ook een oplossing voor optische communicatie, die in de huidige versie 1 Gbit/s ethernet over ongeveer 2 kilometer kan transporteren. Voor heel wat bedrijven een ideale manier om een verbinding te realiseren als graven voor glasvezel of radioverbinding niet eenvoudig is.
Google is met de technologie aan de slag gegaan voor Project Loon, het project om met ballonnen internet te gaan bieden overal waar dit nog niet beschikbaar is. Toen dat project stopte, is de Free Space Optical Communication (FSOC) technologie vervolgens gebruikt om in India en Afrika op bepaalde plaatsen (zoals een brede rivier oversteken) dataverbindingen te realiseren. Met dit Project Taara heeft men 20 Gbit/s over een afstand van enkele kilometers gehaald. Bij deze afstanden en datasnelheden is het noodzakelijk om de verbinding actief te sturen met spiegels, om te compenseren voor allerlei externe invloeden.
Transcelestial
De firma Transcelestial uit Singapore bestaat sinds 2016. Zij hebben met de Centrauri een product op de markt gebracht, die 10 Gbit/s over 3 kilometer kan transporteren. Het product heeft een moderne en compacte behuizing. Op dit moment hebben zij een project in de Filipijnen en meer dan 40 mensen in dienst
(volgens LinkedIn). Er zijn diverse grote operators geïnteresseerd in hun oplossing, met name om internet in afgelegen gebieden te realiseren. In Europa zijn ze volgens mij nog niet echt aanwezig. Aircision Als laatste kijken we naar Aircision, een startup uit Nederland. Aircision is ontstaan nadat optische specialisten, experts in fijnmechanica en software specialisten zijn gaan samenwerken. Dit is gebeurd op de High Tech Campus in Eindhoven. Dankzij gespecialiseerde bedrijven in de omgeving en de ondersteuning aan startups vanuit HighTechXL, werd een slim idee ontwikkeld tot een werkend prototype. TNO is als partner betrokken en zorgt mede voor testlocaties en onafhankelijke metingen. Aircision geeft zelf aan dat zij alleen kunnen bestaan dankzij het bestaande ecosysteem en de kennis die voor en door bedrijven als ASML, NXP en Philips is ontwikkeld. Aircision is een kleine startup met een internationale groep medewerkers. Het is de ambitie van Aircision om op korte termijn 10 Gbit/s over 10 km via optische verbindingen te realiseren. Er is al getest over een afstand van meer dan 6 km, waarmee ze al een stap verder zijn dan veel andere partijen. Een grote truc van Aircision, is dat er geen bewerking van het optische signaal plaatsvindt. Eigenlijk wordt een normale optische module, waarin ook een laser zit, gebruikt. Deze SFP (Small Form-factor Pluggable) module wordt in de ICT-wereld overal gebruikt om glasvezels te belichten. Aircision zorgt ervoor dat de bundel heel smal blijft en gebruikt een paar bewegende spiegels om te compenseren voor invloeden van buitenaf. Dit gebeurt tot zelfs 1.000 keer per seconde. Het bijsturen van de spiegels is een belangrijke nieuwe ontwikkeling, waarbij ook gekeken wordt naar de toepassing van Artificial Intelligence. De Aircision verbinding kan meten wat voor een verstoring zorgt: dat kan bijvoorbeeld trilling in het gebouw zijn, of een zwaar voertuig wat voorbij komt, maar ook regen en andere weersinvloeden. Daarnaast wordt ook dag en nacht door het systeem herkend.
Uitdagingen
Het was erg gaaf om deze startup van dichtbij mee te maken in het kader van dit artikel. Er gebeuren daar mooie dingen. De grote uitdaging voor Aircision is om de volgende stap te maken. De eerste stappen hebben ze genomen, namelijk een werkend prototype en een eerste product (zie afbeelding). Nu neemt men de componenten onder de loep, zodat de kosten zo laag mogelijk worden. Men kijkt bijvoorbeeld naar de spiegels die nu worden gebruikt: stel dat ze kleiner kunnen of net een wat minder perfect oppervlakte hebben, dan scheelt dat in de kostprijs. Men heeft ook de ambitie om het formaat verder te verkleinen. Met een leverancier van SFP’s is ook een samenwerking, om te kijken hoe hun lasers kunnen worden gebruikt. Daarna komt de volgende uitdaging: hoe kun je er ook honderden of duizenden per jaar produceren. Want de potentiële klanten van Aircision willen wel een leverancier die grote aantallen betrouwbaar kan leveren. De startup moet dus ook nog een scale-up worden en een betrouwbare productiepartij. En ondertussen is de startup druk bezig om de reputatie verder op te bouwen en de juiste leveranciers te vinden. De komende jaren heeft het team voldoende uitdagingen. We kijken uit naar de verdere ontwikkelingen, want een oplossing die slimmer, sneller, goedkoper en een lager energiegebruik heeft is altijd welkom!
