DS2CCP – Entwicklung einer digitalen Sensor-2-Cloud Campus-Plattform

Die drahtlose Vernetzung der industriellen Produktions- und Geschäftsprozesse ist eine unabdingbare Voraussetzung zur weiteren effizienten Flexibilisierung der Fertigungsprozesse und eine entscheidende Komponente zur Generierung neuer digitaler Services. Neue Lösungsansätze im Sinne von Industrie 4.0 und Industrial Internet-of-Things (IIoT) erzeugen zudem einen steigenden Bedarf an geeigneten funkbasierten Kommunikationssystemen. Entscheidendes Kriterium für deren Einsatz ist unter anderem die zuverlässige Einhaltung von Safety (Funktionale Sicherheit) und (Cyber-) Security Funktionalitäten. Daher ergibt sich auch die Notwendigkeit, Vorhersagemethoden für die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Integrität und Sicherheit eines Funksystems unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen (z. B. in Form einer Risikobeurteilung) zu entwickeln.

Die hohe räumliche Dichte von Sensoren und Aktoren im industriellen Fertigungsumfeld in Zusammenhang mit den Anforderungen an Latenzzeiten und Zuverlässigkeit stellt bei der flexiblen und robusten Vernetzung nach wie vor eine große Herausforderung dar. Gleichzeitig gewinnen im Bereich der drahtlosen Automatisierung Standards an Bedeutung, die unter anderem etablierte Technologien wie beispielsweise Bluetooth nutzen und die gezielt für den industriellen Einsatz weiterentwickelt wurden, wie beispielsweise IO-Link Wireless (IOLW). Zudem stellt die aktuell neue fünfte Mobilfunkgeneration im Vergleich zu bisherigen Mobilfunklösungen revolutionär neue Möglichkeiten bereit.

Projektlaufzeit: 01.01.2021 bis 31.12.2024

Innerhalb des dtec.bw-Projektes Digitale Sensor-2-Cloud Campus-Plattform werden zukunftsorientierte und technologieübergreifende Kommunikationslösungen entwickelt, die eine sichere und robuste drahtlose Vernetzung von Sensoren und Aktoren vom industriellen Shop-Floor über die passende Edge-Anbindung bis zur Cloud unter Berücksichtigung der hohen Safety-, Security- und Timing-Anforderungen ermöglichen. Ziel des Projekts ist eine durchgängige und ganzheitliche Konzeptionierung einer industriellen Sensor-2-Cloud Campus-Plattform für Anwendungen im Bereich der Automatisierungstechnik, sowie im Anwendungsumfeld von Unmanned Aerial Systems (UAS) unter strengen applikationsspezifischen Vorgaben. Die Kommunikationsarchitektur orientiert sich am Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0. Die unmittelbare Netzwerkanbindung der Sensoren und Aktoren auf der Shop-Floor Ebene wird mittels des Industriestandards IOLW realisiert. Ein zu entwickelndes Gateway tauscht diese Daten dann mit konfigurierbaren und determinierten Latenzzeiten über ein in den 5G-Standard eingebettetes Time-Sensitive Networking (TSN) mit der Cloud aus, deren Informationen wiederum per OPC-UA über einen Publish and Subscribe Mechanismus applikationsspezifisch verteilt werden.

Die Leistungsfähigkeit der zu entwickelnden Lösungen wird exemplarisch an innovativen Applikationen demonstriert, beispielsweise zur Detektion kleiner UAS im urbanen Umfeld mittels elektrooptischer Sensoren, die über ein hochleistungsfähiges Mobilfunknetz von der Kamera in die Edge Cloud übertragen werden. Dabei kann die Signalverarbeitung sowohl auf dem Kamera-Controller, als auch verteilt in der Edge Cloud stattfinden. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Realisierung von Safety- und Security-Funktionalitäten durch die Integration und Kombination sich komplementär ergänzenden Kommunikationstechnologien. Die Digitale Sensor-2-Cloud Campus Plattform wird als offen gestaltetes Testbed zur Nutzung für Forschungsaktivitäten der HSU als auch für fachübergreifende Kooperationsmöglichkeiten mit Forschungs-/Industriepartnern für reale Verifikationen zur Verfügung stehen.

_{Titelbild: © HSU; R.Scheiblich | pixabay.com/Mediamodifier, Gerd Altmann}