Industrielle Kommunikation

M2M@Work: Leistungsfähigkeit von Internetzugangstechnologien für zuverlässige M2M-Anwendungen

01.04.2013 bis 31.07.2015

Ausgangssituation

Der automatisierte Informationsaustausch zwischen elektrotechnischen Geräten und Maschinen wird allgemein als Machine-To-Machine (M2M)-Kommunikation bezeichnet. Die Anwendungsfelder sind sehr weit gestreut und reichen von wassertechnischen Anlagen (z.B. Pumpstationen), Wettererfassungssystemen, Produktionsprozessüberwachungen bis hin zur Steuerung von Energienetzen und Flottenmanagementsystemen. Aufgrund der geografischen Entfernung wird häufig das Internet als Kommunikationsnetz genutzt, um die Maschinen zu verbinden. Mit der damit stark zunehmenden Verbreitung von IP-basierten Kommunikationssystemen für M2M-Anwendungen mit unterschiedlichen Internet-Zugangstechnologien stellen sich Fragen nach der Zuverlässigkeit und die mit den Protokollen und eingesetzten Technologien verbundenen Risiken. Oft ist bei auftretenden Problemen unklar, ob die Ursache das Protokoll, das Netz, die Komponente oder die jeweilige Konfiguration ist. Bei den Zugangstechnologien wird den Mobilfunknetzen eine wachsende Bedeutung beigemessen, da zwischenzeitlich zum einen eine hohe Netzabdeckung und kostengünstige Tarife für die Datendienste, sowie zum anderen entsprechende Schnittstellen für die Integration der Endgeräte zur Verfügung stehen. So werden beispielsweise im Bereich der Versorgungswirtschaft (z.B. Energie, Gas, Wasser) verteilte Zählerstationen, Brunnen, Pumpen oder Übergabestationen per Mobilfunk an eine zentrale Leitwarte gekoppelt. Die verwendeten Protokolle zur Datenübertragung wurden bisher jedoch überwiegend für Standleitungen eingesetzt. Im Mobilfunk kommt es jedoch häufig zu Datenverlusten oder Verbindungsabbrüchen.


Ziele

In diesem Projekt soll untersucht werden, wie sich etablierte Protokolle über Mobilfunknetze im Hinblick auf ihre Zuverlässigkeit verhalten. Dabei soll ermittelt werden, unter welchen Randbedingungen die auf den Protokollen aufbauenden Anwendungen noch zuverlässig funktionieren. Ein weiteres Ziel wird es sein, adaptive Anwendungen zu erstellen, die sich in ihrem Verhalten den Eigenschaften der Datenverbindung anpassen. 


Durchführung

Zur Bewertung der Protokolle und des Anwendungsverhaltens werden Leistungsuntersuchungen an Mobilfunknetzen durchgeführt. Zum einen wird eine Teststrecke in einem realen Mobilfunknetz unter verschiedenen Parametern aufgebaut (ländliche/urbane Umgebung, 2G/3G/4G Netz). Hier lassen sich Tests unter Langzeitbedingungen durchführen, um externe Einflüsse wie Tageszeitabhängig oder Wettereinflüsse zu untersuchen. Zum anderen wird eine Labortestumgebung für verschiedene Mobilfunktechnologien aufgebaut, in der Tests unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden können.

Das Projekt wird gefördert durch:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Förderkennzeichen: 01/S11020G
Förderlinien: Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)
Projektbeteiligte / Ansprechpartner: Dr.-Ing. Lars Dürkop, Björn Czybik, M. Sc.
Projektmitarbeitende: Björn Czybik, M. Sc., Dr.-Ing. Lars Dürkop
M. Kraetzig¹, Björn Czybik, M. Sc., Dr.-Ing. Lars Dürkop²
Methodik zur Bewertung von drahtlosen Netzzugangstechnologien für zuverlässige M2M-Anwendungen
In: Automation 2014, Jul 2014
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Hans-Peter Ott¹, Stephan Joest, Dr.-Ing. Lars Dürkop, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite²
Communication design considerations for M2M applications
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Klaus-Dieter Walter¹, Björn Czybik, M. Sc.²
Leistungsbewertung von Mobilfunktechnologien für Echtzeit-M2M-Kommunikation am Beispiel von virtuellen Kraftwerken.
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr.-Ing. Lars Dürkop¹, Björn Czybik, M. Sc., Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite²
Performance Evaluation of M2M Protocols Over Cellular Networks in a Lab Environment
In: 18th International Conference on Intelligence in Next Generation Networks (ICIN), Feb 2015
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr. rer. nat. Mohammad Elattar¹, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite²
Using LTE as an Access Network for Internet-Based Cyber-Physical Systems
In: 11th IEEE World Conference on Factory Communication Systems (WFCS 2015), May 2015
¹ Erstautoren
² Letztautoren
M. Kraetzig¹, Lutz Rauchhaupt, Björn Czybik, M. Sc.²
Performance Evaluation of Mobil Network Technologies for Industrial M2M Application
In: 2nd IFAC Conference on Embedded Systems, Computational Intelligence and Telematics in Control (CESCIT'15), Jun 2015
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr. rer. nat. Mohammad Elattar¹, Dr.-Ing. Lars Dürkop, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite²
Utilizing LTE QoS Features to Provide Reliable Access Network for Cyber-Physical Systems
In: 13th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN 2015), Jul 2015
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dominik Henneke, M. Sc.¹, Dr. rer. nat. Mohammad Elattar, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite²
Communication Patterns for Cyber-Physical Systems
In: IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA 2015), Sep 2015
¹ Erstautoren
² Letztautoren
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