9 research outputs found

    Time-sensitive networking for interlock propagation in the IFMIF-DONES facility

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    In this study, we have proposed the use of time-sensitive networking (TSN) technologies for the distribution of the interlock signals of the machine protection system of the future IFMIF-DONES particle accelerator, required for implementing the protection mechanisms of the different systems in the facility. Such facilities usually rely on different fieldbus technologies or direct wiring for their transmission, typically leading to complex network infrastructures and interoperability problems. We provide insights of how TSN could simplify the deployment of the interlock network by aggregating all the traffic under the same network infrastructure, whilst guaranteeing the latency and timing constraints. Since TSN is built on top of Ethernet technology, it also benefits from other network services and all its related developments, including redundancy and bandwidth improvements. The main challenge to address is the transmission of the interlock signals with very low latency between devices located in different points of the facility. We have characterized our initial TSN architecture prototype, evaluated the latency and bandwidth obtained with this solution, identified applications to effectively shape the attainable determinism, and found shortcomings and areas of future improvements.Amiga-7 Grant RTI2018-096228-B-C32Programa Operativo FEDER/Junta de Andalucia SINPA Grant SINPA B-TIC-445-UGR18EU DAIS Project 101007273-2Spanish Government FPU20/01857, FPU20/05842Misiones CDTI 2021 framework (DONES-EVO) MIG-20211006European Union via the Euratom Research and Training Programme 10105220

    Arquitecturas system-on-chip para cyber physical system gateway en smart grid

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    178 p.La forma en que funciona la red eléctrica no ha cambiado mucho desde su creación en la década de 1930, los métodos y medios de transmisión de los datos siguen siendo similares. Aunque la infraestructura general permanece inalterada, algunas tecnologías han cambiado desde entonces, y el ritmo de cambio ha aumentado significativamente en la última década. Por ejemplo, la introducción de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TICs) en la operación de las redes eléctricas ha dado como resultado una red compleja denominada Smart Grid. En términos generales, el sistema eléctrico actual consiste en una compleja red en la que están interconectadas las centrales eléctricas, la infraestructura de transporte de electricidad, la infraestructura de distribución, y la carga.Desde un punto de vista tecnológico, la Smart Grid puede ser vista como una superposición de una red de comunicación sobre la red eléctrica. La red de comunicaciones de la Smart Grid es un tipo de red capaz de proporcionar servicios avanzados, como el envío de datos de sensores en tiempo real, la redundancia y la ciber-seguridad. Se implementa utilizando una variedad de tecnologías de redes y medios de comunicación, incluyendo el mismo cableado eléctrico, redes inalámbricas y otras infraestructuras de comunicaciones existente, como las redes Ethernet basadas en cables de cobre o fibra óptica. Existen ventajas y desventajas asociadas a cada opción y es probable que los tres enfoques puedan utilizarse para las comunicaciones en la Smart Grid. Como resultado, las redes mencionadas se integran finalmente en el sistema, lo que obliga a que los equipos utilizados para gestionar las comunicaciones sean completamente heterogéneos. Por ello, desde una perspectiva global que favorezca la interoperabilidad, es imprescindible disponer de dispositivos de comunicaciones que combinen requisitos de procesamiento en tiempo real, sincronización avanzada, alta disponibilidad en las comunicaciones, reconfigurabilidad y ciber-seguridad. Estos dispositivos se conocen comúnmente como Cyber Physical System (CPS).A modo de resumen, un CPS típico se compone de varios dispositivos conectados a través de redes cableadas e inalámbricas. Estos dispositivos abarcan desde plataformas embebidas, sistemas en tiempo real, sensores y actuadores, hasta dispositivos en red. Por lo tanto, los CPS se benefician de los continuos desarrollos de nuevas plataformas de computación y sensórica de bajo coste, las comunicaciones inalámbricas, las redes de comunicación de gran ancho de banda y sistemas que permiten realizar una gestión más eficiente de la energía de los dispositivos.La propuesta de investigación presentada en esta tesis busca realizar contribuciones en el campo de los sistemas embebidos, planteando una arquitectura común de nodos que sirva como referencia de arquitectura CPS para la Smart Grid. Esta arquitectura deberá dar solución a la integración directa de los nodos en la red, permitiendo a su vez procesamiento en tiempo real, necesario en ciertas secciones y operaciones de la Smart Grid.En primer lugar, se presentará una visión general de la red eléctrica actual (Smart Grid). En particular, se describirá los elementos fundamentales de una subestación, y se presentará los estándares de comunicación utilizados para garantizar y satisfacer los requisitos de interoperatividad que deben cumplir las redes de transmisión y distribución modernas. A continuación, se describirán los requisitos y las características de funcionamiento que debe cumplir un dispositivo CPS Gateway para poder ser utilizado en la red eléctrica inteligente. Por otra parte, se definirá un CPS y se describirán sus partes, características y campos de aplicación. A continuación, se realizará un estudio detallado de varias arquitecturas existentes que representan ventajas significativas para su utilización en la Smart Grid. En segundo lugar, se propondrán arquitecturas CPS Gateway sobre plataformas reconfigurables System-on-Chip que garantice procesamiento en tiempo real, necesario en ciertas secciones y operaciones de la Smart Grid. También, deberá incorporar mecanismos avanzados de sincronización, comunicaciones de alta disponibilidad mediante comunicaciones redundantes, compatibilidad con la infraestructura de automatización de subestaciones actualmente en fase de despliegue (IEC 61850) y ciber-seguridad para las tramas SV y GOOSE.Para finalizar, el dispositivo Zynq de Xilinx será utilizado como plataforma de validación de las arquitecturas propuestas. La última parte de la tesis, describirá el hardware utilizado para realizar los experimentos. A continuación, se describirán los experimentos realizados para validar las arquitecturas. En este sentido, se implementarán tres arquitecturas para verificar el funcionamiento del CPS Gateway. La primera arquitectura, tendrá como finalidad validar los requisitos de sincronización, interoperabilidad y alta disponibilidad. En la segunda arquitectura se implementará un protocolo y un módulo de comunicaciones que permita la configuración remota del CPS Gateway. Finalmente en la tercera arquitectura se propondrá el uso de cifrado simétrico como mecanismo de ciber-seguridad para las tramas SV y GOOSE

    Kommunikation und Bildverarbeitung in der Automation

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    In diesem Open-Access-Tagungsband sind die besten Beiträge des 9. Jahreskolloquiums "Kommunikation in der Automation" (KommA 2018) und des 6. Jahreskolloquiums "Bildverarbeitung in der Automation" (BVAu 2018) enthalten. Die Kolloquien fanden am 20. und 21. November 2018 in der SmartFactoryOWL, einer gemeinsamen Einrichtung des Fraunhofer IOSB-INA und der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe statt. Die vorgestellten neuesten Forschungsergebnisse auf den Gebieten der industriellen Kommunikationstechnik und Bildverarbeitung erweitern den aktuellen Stand der Forschung und Technik. Die in den Beiträgen enthaltenen anschaulichen Beispiele aus dem Bereich der Automation setzen die Ergebnisse in den direkten Anwendungsbezug

    Time-Sensitive Networking for Industrial Automation: Challenges, Opportunities, and Directions

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    With the introduction of Cyber-Physical Systems (CPS) and Internet of Things (IoT) into industrial applications, industrial automation is undergoing tremendous change, especially with regard to improving efficiency and reducing the cost of products. Industrial automation applications are often required to transmit time- and safety-critical data to monitor and control industrial processes, especially for critical control systems. There are a number of solutions to meet these requirements (e.g., priority-based real-time schedules and closed-loop feedback control systems). However, due to their different processing capabilities (e.g., in the end devices and network switches), different vendors may come out with distinct solutions, and this makes the large-scale integration of devices from different vendors difficult or impossible. IEEE 802.1 Time-Sensitive Networking (TSN) is a standardization group formed to enhance and optimize the IEEE 802.1 network standards, especially for Ethernet-based networks. These solutions can be evolved and adapted into a cross-industry scenario, such as a large-scale distributed industrial plant, which requires multiple industrial entities working collaboratively. This paper provides a comprehensive review on the current advances in TSN standards for industrial automation. We present the state-of-the-art IEEE TSN standards and discuss the opportunities and challenges when integrating each protocol into the industry domains. Finally, we discuss some promising research about applying the TSN technology to industrial automation applications

    The Virtual Bus: A Network Architecture Designed to Support Modular-Redundant Distributed Periodic Real-Time Control Systems

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    The Virtual Bus network architecture uses physical layer switching and a combination of space- and time-division multiplexing to link segments of a partial mesh network together on schedule to temporarily form contention-free multi-hop, multi-drop simplex signalling paths, or 'virtual buses'. Network resources are scheduled and routed by a dynamic distributed resource allocation mechanism with self-forming and self-healing characteristics. Multiple virtual buses can coexist simultaneously in a single network, as the resources allocated to each bus are orthogonal in either space or time. The Virtual Bus architecture achieves deterministic delivery times for time-sensitive traffic over multi-hop partial mesh networks by employing true line-speed switching; delays of around 15ns at each switching point are demonstrated experimentally, and further reductions in switching delays are shown to be achievable. Virtual buses are inherently multicast, with delivery skew across multiple destinations proportional to the difference in equivalent physical length to each destination. The Virtual Bus architecture is not a purely theoretical concept; a small research platform has been constructed for development, testing and demonstration purposes

    Demystifying Internet of Things Security

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    Break down the misconceptions of the Internet of Things by examining the different security building blocks available in Intel Architecture (IA) based IoT platforms. This open access book reviews the threat pyramid, secure boot, chain of trust, and the SW stack leading up to defense-in-depth. The IoT presents unique challenges in implementing security and Intel has both CPU and Isolated Security Engine capabilities to simplify it. This book explores the challenges to secure these devices to make them immune to different threats originating from within and outside the network. The requirements and robustness rules to protect the assets vary greatly and there is no single blanket solution approach to implement security. Demystifying Internet of Things Security provides clarity to industry professionals and provides and overview of different security solutions What You'll Learn Secure devices, immunizing them against different threats originating from inside and outside the network Gather an overview of the different security building blocks available in Intel Architecture (IA) based IoT platforms Understand the threat pyramid, secure boot, chain of trust, and the software stack leading up to defense-in-depth Who This Book Is For Strategists, developers, architects, and managers in the embedded and Internet of Things (IoT) space trying to understand and implement the security in the IoT devices/platforms

    An FPGA based HSR Architecture for Seamless PROFINET Redundancy

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    This paper presents the mapping of the High-Availability Seamless Redundancy (HSR) protocol to PROFINET RT. Whereas common PROFINET RT components that implement the Media Redundancy Protocol (MRP) are requiring up to 200 ms for recovery after link failures, HSR provides seamless redundancy. In order to overcome the incompatibilities between PROFINET and HSR a configurable HSR RedBox is implemented. The hardware architecture, running at 100 MHz, is mapped onto an Altera Stratix IV FPGA and is capable of processing up to 100 Mbps per port. Using several RedBoxes in a ring, a seamless redundancy is demonstrated for a PROFINET RT test network, using 1 ms cycle time with 3 ms watchdog. The presented architecture is highly configurable and can be mapped both to high-end and low-end FPGAs and therefore fulfills industrial requirements
    corecore