Netzwerk-Management und Hochleistungs-Kommunikation. Teil XXI. Seminar WS 1999/2000

Der vorliegende Interne Bericht enthält die Beiträge zum Seminar "Netzwerk-Management und Hochleistungs-Kommunikation", das im Wintersemester 1999/2000 zum einundzwanzigsten (!) Mal stattgefunden hat. Die Themenauswahl kann grob in folgende vier Blöcke gegliedert werden: Ein großer Block ist dieses Mal der Mobilkommunikation gewidmet, die auf fast allen Schichten des ISO-OSI- Referenzmodelles Änderungen erfordert. Betrachtet werden die Grundlagen für drahtlose lokale Netzwerke, Erweiterungen von TCP für die Mobilkommunikation und mobile Ad-hoc-Netzwerke. Die sogenannte dritte Generation des Mobilfunks ist ein weiteres Thema. Die Grundlagen für Mobilität und hohe Datenraten auf Seiten des Endsytems werden im zweiten Block betrachtet, in dem Betriebssysteme für kleine, insbesondere mobile Geräte beschrieben werden und neuartige Architekturen des Netzwerk- Subsytems klassischer Endsysteme oder Server vorgestellt werden. Der dritte Block ist dem Bereich Netzwerk-Management gewidmet, allerdings dieses Mal mit nur einem Beitrag über Netzwerküberwachung mit RMON. Die Frage der Dienstintegration und Konvergenz der Netze wird in den beiden Beiträgen des letzten Blocks beschrieben: Computer-Telefon- Integration vereint bisher noch sehr stark voneinander getrennte Netze, "Konvergenz oder Divergenz?" ist die Frage angesichts der Trends im Netzwerkbereich, die der letzte Beitrag stellt

Forschungs- und Arbeitsgebiete des Instituts für Telematik

Dieser Interne Bericht gibt einen Ueberblick ueber aktuelle Forschungsarbeiten des Instituts fuer Telematik der Universitaet Karlsruhe in den Bereichen Hochleistungskommunikation, verteilte Systeme, Cooperation&Management und Telekooperation. Er ist in zwei Teile gegliedert. Der erste beschreibt die persoenlichen Interessensgebiete der wissenschaftlichen Mitarbeiter. Danach folgt eine Darstellung der Kooperationsprojekte des Instituts. Im Anhang finden sich die referenzierten Literaturstellen sowie aktuelle Eigenveroeffentlichungen der Mitarbeiter des Instituts. Der Bericht entstand im Rahmen der Klausurtagung des Instituts in Rothenburg ob der Tauber im Oktober 1996

Übertragungstechnologien, Simulation und Entwurf robuster Regelungen für drahtlose Feldgeräte in der Industrie

Nach über zwei Jahrzehnten seit dem Beginn der Verbreitung von Funktechnologien im alltäglichen Lebensumfeld gibt es zunehmend Bestrebungen, drahtlose Technologien auch im industriellen Bereich und insbesondere auf Feldebene einzusetzen. Begünstig wird dies durch die Einführung von energieverbrauchsarmen Funktechnologien und Protokollen wie beispielsweise WirelessHART, ISA100.11a, ZigBee und Bluetooth Low Energy. Zu Beginn dieser Arbeit und aktuell werden drahtlose Technologien von der Industrie hauptsächlich für Diagnose und Konfigurationszwecke genutzt. Die vorliegende Arbeit geht einen Schritt weiter und hat die Zielsetzung zu untersuchen, inwieweit drahtlose Technologien auch im geschlossenen Regelkreis betrieben werden können. Durch ihre hohe Flexibilität eignet sich die Funkkommunikation auch für das Themenfeld der "Industrie 4.0"', was ebenfalls im Verlauf dieser Arbeit berücksichtigt wird. Zunächst werden die für diese Arbeit relevanten Kommunikationsstandards sowie deren Aufbau allgemein betrachtet. Daraufhin werden die verwendeten Funkprotokolle WirelessHART, Bluetooth, Bluetooth Low Energy und ein auf dem MAC-Layer basierendes Protokoll vorgestellt. Es wird ein Vergleich der für die Regelungstechnik relevanten Eigenschaften, der Sicherheit und des Implementierungsaufwandes durchgeführt. Nachdem die Protokolle vorgestellt worden sind, wird eine Vorgehensweise zum Entwurf von Regelungen gezeigt. Damit verbunden wird ein in dieser Arbeit zusammengestellter Netzwerksimulator vorgestellt, mit dem es möglich ist, geregelte Systeme realistisch zu simulieren, die das WirelessHART-Protokoll zur Übertragung von Messwerten und/oder Stellgrößen nutzen. Schließlich wird eine Hardware-in-the-Loop (HiL) Simulation vorgestellt, die in Verbindung mit beliebigen Netzwerkprotokollen nutzbar ist. Da drahtlose Netzwerke in Abhängigkeit vom verwendeten Protokoll bei der Werteübermittlung einer über der Zeit variierenden Totzeit unterliegen, wird eine Methode zur Nachbildung von Totzeiten für lineare Systeme beschrieben. Außerdem werden die Unterschiede zwischen zentraler und lokaler Regelung vorgestellt und insbesondere deren Eignung für Regelkreise mit drahtlosen Übertragungsstrecken diskutiert. Schließlich wird auf den Betrieb von mehreren Regelkreisen im selben Funknetzwerk eingegangen und besonders die Problematik hinsichtlich der Übertragungssynchronisierung bei MIMO-Systemen mit kommerziellen Produkten aufgezeigt. Gleichzeitig wird ein Ansatz vorgestellt, wie ein Protokoll aufgebaut sein kann, damit sowohl die Synchronisation der Messwertaufnahme als auch der Betrieb mehrerer Regelkreise in einem Multi-Hop-Funknetzwerk realisierbar sind. Nachdem eine Verbindung zwischen den Eigenschaften von drahtlosen Netzwerkprotokollen und den Anforderungen von Regelungen hergestellt ist, werden ausgewählte Regelungsverfahren vorgestellt. Dabei handelt es sich um einen Gain-Scheduling-Regler, ein Konzept von Yokogawa, einen Predictive-Outage-Compensator und ein Multiraten-Konzept. All diese Regelungsverfahren werden am Beispiel eines Anlagenprüfstands anhand von Simulationen, HiL-Simulationen und Messungen am realen Versuchsstand veranschaulicht und bewertet

Kommunikation und Bildverarbeitung in der Automation

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

Vernetzt planen und produzieren VPP 2006 : Tagungsband Chemnitz 14. und 15. September 2006: Vernetzt planen und produzieren VPP 2006 : Tagungsband Chemnitz14. und 15. September 2006

Vor dem Hintergrund sich immer schneller und stärker wandelnder Marktbedingungen gelten Netzwerke als die Unternehmensform des 21. Jahrhunderts. Sie erlauben insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen die Erhaltung und Erhöhung ihrer Wettbewerbsfähigkeit durch gezielte Kooperation und Bündelung ihrer Kompetenzen. Unternehmen benötigen dafür entsprechende Methoden und Instrumentarien. Diese stehen neben Theorien und Modellen im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Arbeiten des Sonderforschungsbereiches (SFB) 457 „Hierarchielose regionale Produktionsnetze“ an der Technischen Universität Chemnitz. Zum nunmehr fünften Male findet am 14. und 15. September 2006 die Fachtagung „Vernetzt planen und produzieren – VPP 2006“ statt. Es werden auch in diesem Jahr die aktuellen Ergebnisse des SFB 457, weiterer nationaler und internationaler Forschungsarbeiten und -projekte auf dem Gebiet der Netzwerkforschung sowie Erkenntnisse und Erfahrungen der praktischen Umsetzung durch die Industrie von Wissenschaftlern und Praktikern vorgestellt und diskutiert. Als Referenten der Plenarveranstaltung werden Herr Prof. Kuhn von der Universität Dortmund, Herr Prof. Westkämper von der Universität Stuttgart, Herr Prof. Herzog von der Universität Bremen, Herr Prof. Nyhuis von der Universität Hannover und Herr Prof. Smirnov von der Russischen Akademie der Wissenschaften Sankt Petersburg in ihren Beiträgen verschiedene Aspekte von Netzwerken thematisieren. Neben den schon traditionellen Workshops zu verschiedenen Themenbereichen des Bildens und Betreibens von Netzwerken wird in diesem Jahr ein zusätzlicher Workshop zum Thema „Netzwerke und Cluster in der brasilianisch-deutschen Zusammenarbeit“ stattfinden. Dieser ist Teil des Besuches einer Delegation aus Vertretern der Regierung und Wirtschaft des brasilianischen Bundesstaates Bahia, die gemeinsam mit Vertretern des Bundesministeriums für Bildung und Forschung sowie des Sächsischen Ministeriums für Wirtschaft und Arbeit an der Tagung teilnehmen werden, um neue Kontakte zu schließen und weitere Kooperationsvorhaben zu initiieren. Die Tagung „Vernetzt planen und produzieren – VPP 2006“ ist gleichzeitig Abschlusskolloquium des SFB 457, welcher nach sieben Jahren intensiver und erfolgreicher Netzforschung dieses Jahr endet. Maßgeblichen Anteil am SFB 457 hatten die ehemaligen Sprecher Prof. Siegfried Wirth und Prof. Hartmut Enderlein

Produktinnovationen durch Kompetenzclusterbildung in kompetenzzellenbasierten Netzen

Die kompetenzzellenbasierte Vernetzung ist ein wissenschaftlicher Ansatz für die Kooperation elementarer Leistungseinheiten, der eine neue Perspektive für kleine und mittelständische Unternehmen darstellt, wie diese im globalen Wettbewerb mit Konzernen bestehen können. Die Arbeit beschreibt die systematische Generierung von Produktinnovationen ohne Kundenauftrag aus Initiativen innerhalb des Netzes. Als Grundlage für den Aufbau von Wettbewerbsvorteilen durch die Kooperation wird ein Verfahren zur Clusterbildung eingeführt, das beschreibt, wie sich Kompetenzzellen anhand der Charakteristik ihrer Kompetenzen effektiv zu einem Cluster verbinden lassen. Der beschriebene Innovationsprozess umfasst dann sowohl die methodische Suche nach neuen, marktgerechten Produktkonzepten, die im Produktentwicklungsprozess konstruiert werden, als auch die Technologieentwicklung, bei der neues Wissen für die Definition zukünftiger Produkte generiert wird. Für Letztere wird ein Ansatz zur Auswahl der Beteiligten beschrieben, die anhand einer annähernd objektiven Bewertung der Innovationsfähigkeit erfolgt. Der Nachweis der Funktionsfähigkeit des Verfahrens wird am Beispiel eines Forschungsinstitutes erbracht.The competence-cell-based networking is a scientific approach to the cooperation of elementary performance units representing a new perspective for small and medium-sized enterprises of how they can stand in the global competition with large concerns. This thesis describes the systematic generation of product innovations without customer orders through initiatives within the network. As a basis for gaining competitive advantages through this cooperation, a clustering method is introduced. It explains how competence cells can be joined effectively to a cluster by means of their characteristics. The described innovation process comprises the methodical search for new, market-oriented product concepts which will be designed in the product development process. Furthermore, it comprehends also the technology development, with which new knowledge for the definition of future products is generated. For the latter, an approach for selecting the required participants is described, which is accomplished by a nearly objective evaluation of the innovative capability. The functionality of the method was verified by an example of a research institute.Las redes basadas en células de competencia son un planteamiento científico enfocado a la cooperación de unidades funcionales elementales que representan una nueva perspectiva para las pequeñas y medianas empresas para poder subsistir en la competencia global contra grandes consorcios. La tesis describe la generación sistemática de innovaciones de producto, sin órdenes de cliente, a partir de iniciativas dentro de la misma red. Como base para la creación de ventajas competitivas a través de la cooperación se introduce un nuevo procedimiento para formar agrupaciones, el cual describe como se pueden agrupar de forma efectiva células de competencia por medio de sus características. El proceso de innovación descrito comprende tanto la búsqueda metódica de nuevos conceptos de productos orientados al mercado, que se diseñaran en el proceso del desarrollo de productos; así como también el desarrollo de tecnología, con el que se genera nuevo conocimiento para la definición de futuros productos. Para este último, se describe un método para la selección de los participantes necesarios que se efectúa por medio de la valoración aproximadamente objetiva de su capacidad para innovar. La funcionalidad del modelo propuesto se comprobó por medio de un ejemplo de un instituto de investigación

Dresdner Transferbrief

Thema der Ausgabe 1(2011): Energieeffizienz sichert Zukunftsfähigkeit Plattformen fördern Synergien S. 4, 5, 13, 16/17, 18, 22 Mobilität von morgen S. 3, 12, 23 Konzepte: vom Gebäude bis zur Gemeinde S. 6, 8, 9, 10, 19, 20/21, 23 Im Trend: cool, nano, smart S. 7, 11, 14/15:Innovation braucht Transfer S.2 Kompetenzzentrum Elektromobilität – Dresden fährt in die Zukunft S. 3 Das Dresdner Innovationszentrum Energieeffizienz DIZEeff S. 4 Kooperation auf dem Gebiet der Photovoltaik S. 5 Beitrag der Gemeinde Göda zum „Wettbewerb Energieeffiziente Stadt” S. 6 Die Sonnenenergie noch effizienter nutzen S. 7 Energetisch optimierte integrale Planung und Begleitung denkmalgeschützter Nachkriegsbauten S. 8 Gebäude- und elektrische Systemintegration von Photovoltaikmodulen S. 9 Beurteilung von Energieeffizienzmaßnahmen an denkmalgeschützten Wohnbauten in Sachsen S. 10 Sächsische Unternehmen und Forscher bremsen den steigenden Energieverbrauch von IT-Systemen S. 11 Das produktionstechnische Demonstrationszentrum für Lithium-Ionen-Zellen S. 12 Netzintegration von Erneuerbaren Energien S.13 Intelligente Netze klug in Industrie und Forschung verknüpfen S. 14/15 Interdisziplinäres Forschungsprojekt für die energieeffiziente Fertigung von Leichtbauteilen S. 16/17 Sachsen als Standort für Brennstoffzellen-Kompetenz etabliert S. 18 Optimierte Lösungen für Energiespeicher in Gebäuden S. 19 Energiemanagement in Gebäuden mit SAUTER EMS S. 20/21 Erneuerbare Energien und Energieeffizienz-Themen von europäischer Dimension S. 2

Hardwaregestützte Energieoptimierung von Elektrik/Elektronik-Architekturen durch adaptive Abschaltung von verteilten, eingebetteten Systemen

Mit der steigenden Bedeutung des Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen geriet in den letzten Jahren auch die elektrische Leistungsaufnahme eines Fahrzeugs in den Blickpunkt. Diese ist durch den Zuwachs von Umfang und Komplexität von automobilen Elektrik/Elektronik-Systemen über die letzten Fahrzeuggenerationen hinweg stark angestiegen. Die vorliegende Arbeit befasst sich daher mit Ansätzen zur Energieoptimierung automobiler Elektrik/Elektronik-Architekturen aus Sicht eines Fahrzeugherstellers

Automatisierte, minimalinvasive Sicherheitsanalyse und Vorfallreaktion für industrielle Systeme

Automated defense and prevention measures designed to protect industrial automation and control systems often compromise their real-time processing, resilience and redundancy. Therefore, they need to be performed as non-invasively as possible. Nevertheless, particularly minimally invasive security analysis and incident response are still poorly researched. This work presents solutions based on new semantic- and SDN-based approaches to some of the most important problems in these areas

Automatisierte, minimalinvasive Sicherheitsanalyse und Vorfallreaktion für industrielle Systeme

Industrielle Steuerungs- und Automatisierungssysteme erleben in den letzten Jahren eine zunehmende Vernetzung und bestehen mehr und mehr aus Komponenten, bei denen Off-the-Shelf-Software und offene Standards zum Einsatz kommen. Neben den unbestreitbaren Vorteilen, die diese Entwicklungen mit sich bringen, vergrößert sich damit jedoch auch die Angriffsfläche solcher Systeme. Gleichzeitig führt die, durch diese Evolution entstehende, zusätzliche Flexibilität zu zusätzlicher Komplexität in der Konfiguration und einer Zunahme von ausnutzbaren Schwachstellen. Die Homogenität der Soft- und Hardware macht die Ausnutzung dieser Schwachstellen für Angreifer zudem attraktiver, da weniger Aufwand in Individualangriffe fließen muss. Es ist so nicht verwunderlich, dass die Anzahl von Angriffen betroffener industrieller Systeme in den letzten fünfzehn Jahren einen deutlichen Zuwachs erfahren hat. Dies ist besonders bedenklich, weil erfolgreiche Angriffe auf diese Systeme, anders als in der Büro-IT, oft gefährliche Auswirkungen auf ihre Umwelt haben. Wie auch in anderen Domänen mit hoher technologischer Komplexität, haben sich computergestützte Verfahren zu einem wichtigen Bestandteil industrieller Systeme entwickelt. Sie werden dabei u.a. zur Sicherstellung korrekter Konfiguration, Identifikation von Schwachstellen, Bedrohungen und Gegenmaßnahmen, sowie Angriffsdetektion und -reaktion eingesetzt. Allerdings bestehen aufgrund der Garantien industrieller Systeme und ihrer Netzwerke bezüglich Aspekten wie Echtzeitverarbeitung, Ausfallsicherheit und Redundanz, Einschränkungen im Einsatz von Werkzeugen und Maßnahmen. Um also möglichst wenig in das System einzugreifen, müssen beispielsweise Sicherheitsanalysen und Vorfallreaktionen so wenig invasiv wie möglich (minimalinvasiv) durchgeführt werden. Für automatisierte Sicherheitsanalysen hat es sich daher zur guten Praxis entwickelt, Modelle der Systeme zu erstellen und diese computergestützt zu analysieren. Als besonders geeignet haben sich in der Forschung dabei wissensbasierte, bzw. ontologiebasierte, Ansätze erwiesen. Existierende Lösungen leiden jedoch unter Problemen wie der fehlenden Konfigurierbarkeit für unterschiedliche Umgebungen, der fehlenden Optimierbarkeit (da in der Regel nur bestimmte Inferenzmechanismen anwendbar sind), der fehlenden Wiederverwendbarkeit und Austauschbarkeit von Modellerweiterungsschritten und Analysen, der fehlenden Unterstützung verschiedener Akteure und mehrerer Analysearten wie Bedrohungs-, Schwachstellen-, Konfigurations- und Konformitätsanalysen, sowie der mangelnden technischen Detailtiefe und Komponentenabdeckung, um bestimmte Analysen überhaupt durchführen zu können. Bei der Vorfallreaktion sind die genannten Garantien sogar der Grund für den Mangel an Lösungen, die in industriellen Systemen eingesetzt werden können. Denn der Großteil der automatisierbaren Reaktionen liegt im Gebiet der Abschottung und greift somit garantiegefährdend in das entsprechende System ein. In dieser Dissertation werden die eben aufgezählten Probleme der Sicherheitsanalyse und Vorfallreaktion adressiert. Für die Sicherheitsanalyse wurden Konzepte und Methoden entwickelt, die jedes der aufgezählten Probleme mindern oder lösen. Dafür wird unter anderem eine auf den offenen Standards AutomationML und OPC UA basierende Methode zur Modellierung und Extraktion von Netzwerkinformationen aus Engineering-Werkzeugen, Untersuchungsergebnisse verschiedener Abbildungsstrategien zur Erstellung ontologiebasierter Digitaler Zwillinge, ein Konzept zur Sprachenunabhängigen Modellerzeugung für Netzwerkzugriffskontrollinstanzen und Konzepte und Methoden zur wiederverwendbaren, austauschbaren, automatisierten Modellverarbeitung und Sicherheitsanalyse für mehrere Analysearten vorgestellt. Für diese und damit verbundene Konzepte und Methoden wurde zudem ein konsistentes, auf Separation-of-Concerns basierendes Rahmenwerk für wissensbasierte Sicherheitsanalyselösungen entworfen, prototypisch implementiert und evaluiert. Das Rahmenwerk, die Implementierung und die Ergebnisse der Evaluationen werden ebenfalls in dieser Arbeit vorgestellt. Damit wird die erste Lösung für die zuvor genannten Probleme präsentiert und eine Basis für eine neue Art von kollaborativ verwalt- und optimierbaren Sicherheitsanalysen geschaffen. Des Weiteren wird ein Konzept zur automatisierten Vorfallreaktion auf Basis des Netzwerkparadigmas Software-Defined-Networking (SDN) vorgestellt. Dabei wird ein Ansatz gewählt, der auf vordefinierten Reaktionen auf sicherheitsrelevante Ereignisse basiert und diese über Restriktionen individuell und automatisiert einschränkt. Wobei sich die Restriktionen auf explizit modelliertes Wissen über zu schützende Endgeräte, Netzwerkkomponenten und Verbindungen stützen. Das Konzept nutzt außerdem aus, dass die Netzwerksteuerung durch den SDN-Controller auf detaillierten Daten über die aktuelle Netzwerktopologie verfügt und verwendet die optimierten Algorithmen des SDN-Controllers zur Neukonfiguration. Mit dem Konzept wird ein Ansatz präsentiert, der es erstmals ermöglicht, auch in industriellen Systemen die Vorteile automatisierter Vorfallreaktion, wie die kurze Reaktionszeit und verfügbare Topologiekenntnis, zu nutzen