12. Ilmenauer TK-Manager Workshop: Technische Universität Ilmenau, 7 September 2012 ; Tagungsband

Im Februar 1995 veranstaltete das Fachgebiet Kommunikationsnetze erstmalig einen Workshop zu "Branchentypischen Anwendungen in der Informations- und Telekommunikationstechnik". Er diente der Diskussion des Weiterbildungsbedarfs mit Partnern aus der Praxis in Vorbereitung des berufsbegleitenden Weiterbildungsstudienganges „Telekommunikations-Manager“. Dieser, kurz TK-Manager genannte Studiengang wird seit 1996 erfolgreich durchgeführt, hat bereits etwa 100 Absolventen in einen neuen Arbeitsabschnitt entlassen. Seit 1998 findet regelmäßig der „Ilmenauer TK-Manager Workshop statt, an welchem Absolventen des Studienganges mit interessierten Partnern aus anderen Bildungseinrichtungen und der Wirtschaft ihre Erfahrungen austauschen und aktuelle Entwicklungen aus dem Informations- und Kommunikationssektor diskutieren. Das Spektrum der Vorträge umfasst daher Themen aus der Informations- und Kommunikationstechnik über Protokoll- und Dienstaspekte in speziellen Anwendungsbereichen (wie beispielsweise Green Computing, Automotive, Cloud Computing) bis hin zu ökonomischen, personellen oder rechtlichen Fragstellungen mit Bezug zur Telekommunikation. In diesem Jahr führen wir nunmehr den Workshop zum zwölften Mal durch, das dritte Mal innerhalb des Internationalen Wissenschaftlichen Kolloquiums (IWK). Die Beiträge des Workshops und darüber hinaus aktuelle Forschungsthemen des Fachgebiets Kommunikationsnetze, das für den TK-Manager federführend ist, sind in diesem Tagungsband zusammengefasst

Echtzeitfähige Softwareagenten zur Realisierung cyber-physischer Produktionssysteme

Aktuelle ökonomische Trends, wie die zunehmende Globalisierung und die wachsende Technisierung und Individualisierung vieler Konsumgüter, führen im Hinblick auf die zur Fertigung dieser Güter eingesetzte Automatisierungstechnik zu steigender Komplexität und hohen Flexibilitätsanforderungen. Ein Konzept zur Adressierung dieser Anforderungen ist die Auslegung von automatisierten Anlagen als modulares System flexibel kombinierbarer cyber-physischer Komponenten. Die namensgebende Einheit von mechatronischem Bauteil und lokaler Rechenkapazität ermöglicht Herstellern solcher Komponenten, Softwarebausteine für typische Steuer-, Bedien- oder Diagnoseaufgaben gebrauchsfertig vorzubereiten und so den (Re-)Engineeringaufwand bei der (Um-)Gestaltung des Gesamtsystems deutlich zu reduzieren. Allerdings stellt diese Vision hohe Ansprüche an die zugrundeliegende Softwarearchitektur, die von den derzeit zur Realisierung automatisierter Systeme eingesetzten Technologien nicht vollständig erfüllt werden. Das Paradigma der Agentenorientierung ist ein tragfähiger Ansatz zur Realisierung solcher lose gekoppelten verteilten Systeme und stellt durch leistungsfähige Interaktionsmechanismen sowie die enge Integration von semantischem Wissen zusätzliche Funktionalität in Aussicht: Als Agenten ausgelegte Komponenten könnten auch die logische Vernetzung untereinander während der Inbetriebnahme, nach Umrüstungen oder in Reaktion auf Betriebsstörungen teilweise selbst übernehmen. Dadurch ergeben sich Fähigkeiten wie Selbstkonfiguration und Selbstregeneration, die in der Fachliteratur unter dem Begriff Self-X zusammengefasst werden. Die fehlende Echtzeitfähigkeit, insbesondere in Bezug auf besagte Interaktionsmechanismen, hat jedoch bisher die Einsetzbarkeit von Agentensystemen in der Automatisierung limitiert und die Ausschöpfung der genannten Potentiale behindert. Deshalb wird in dieser Dissertation eine echtzeitfähige Laufzeitumgebung für Softwareagenten entworfen und anschließend die Überarbeitung bestehenden Kommunikationsmechanismen im Hinblick auf ihre Echtzeitfähigkeit vorgenommen. In diesem Kontext wird mit dem Konzept der semantischen Adressierung eine vielfältig einsetzbare Möglichkeit geschaffen, Nachrichten an ausgewählte Gruppen von Agenten mit bestimmten, semantisch beschriebenen Eigenschaften zur verschicken. Die dabei zur Wissensrepräsentation genutzten Taxonomie-Bäume bieten ein für viele Aufgabenstellungen ausreichendes Maß an Ausdrucksstärke und erlauben zudem die Verarbeitung unter harten Echtzeitbedingungen. Abschließend werden die geschaffenen Mechanismen in einem Antwortzeitmodell abgebildet, mit dem das rechtzeitige Reagieren eines Agentensystems auf lokal oder verteilt zu behandelnde Ereignisse überprüft und nachgewiesen werden kann. Damit wird ein Hauptkritikpunkt von Agentensystemen adressiert, was zu einer nachhaltigen Steigerung der Akzeptanz des Agentenparadigmas führen könnte. Während große Teile der erarbeiten Lösung als allgemeingültige Grundlagenforschung verstanden werden können, wird bei der Formulierung von Anforderungen, der Darstellung von Beispielen und der Erläuterung von Entwurfsentscheidungen immer wieder auf automatisierungstechnische Belange Bezug genommen. Außerdem wird am Ende der Arbeit eine kritische Bewertung der Ergebnisse vor dem Hintergrund eines möglichen Einsatzes in zukünftigen Automatisierungssystemen durchgeführt und damit das Gesamtbild abgerundet

Communication Infrastructure for high-dynamic Parallel Kinematic Machines

Ziel dieser Arbeit ist die Konzipierung, Realisierung und Erprobung einer zentral organisierten Kommunikations-Infrastruktur zur Unterstützung von Steuerungssystemen aus dem Bereich hochdynamischer Roboteranwendungen. Dabei erfolgt die Integration aller an der Steuerung beteiligten Softwaremodule über eine einheitliche, modulare und echtzeitfähige C-Programmierschnittstelle unter dem Betriebssystem QNX Neutrino. Hintergrund dieser Arbeit ist der Sonderforschungsbereich (SFB) 562, in dem methoden- und komponentenbezogene Grundlagen zum Entwurf von Parallelrobotern erarbeitet werden. Der Einsatz von Parallelrobotern stellt dabei hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der verwendeten Robotersteuerung: Kinematisch gekoppelte Strukturen und die bei ihrer Bewegung zu berücksichtigenden Bewegungs- und Orientierungs-Singularitäten führen zu einer Steigerung des Umfangs und der Komplexität notwendiger Steuerungsfunktionalitäten; struktur- und gelenkintegrierte Sensoren erhöhen das notwendige Datenaufkommen bei dem Versuch, die kinematische Komplexität zu reduzieren; Synchronisationsanforderungen der gekoppelten Achsantriebe erfordern reaktionsschnelle Kommunikationsmechanismen; zusätzliche Anforderungen an Platziergenauigkeit, Beschleunigung und Geschwindigkeit der Arbeitsplattform liegen weit oberhalb derer serieller Roboteranwendungen. Kommerziell verfügbare Lösung für eine derartige Steuerung existieren derzeit noch nicht oder nur mit Einschränkungen Gegenstand dieser Arbeit ist zunächst die Untersuchung grundlegender Mechanismen aus den Bereichen Softwaretechnologie und Kommunikationstechnik, um eine Auswahl zur Realisierung geeigneter Funktionalitäten für Prozessorganisation, Kommunikation, Synchronisation, Konfiguration und Darstellung hinsichtlich eines passenden Steuerungssystems zu treffen. Im Hauptteil der Arbeit erfolgt die detaillierte Konzipierung sowie die Erläuterung der vollständig in Hard- und Software umgesetzten Realisierung dieser Kommunikations-Infrastruktur. Sie besteht aus drei Hauptkomponenten: Middleware MiRPA-X, Kommunikationsprotokoll IAP und Kommunikationssystem FireWire (Standard IEEE 1394). Die Verbindung bildet eine leistungsfähige Plattform, um allen in der Steuerung verwendeten Funktionsmodulen zu jeder Zeit transparente, modulare, einheitliche und echtzeitfähige Kommunikations- und Synchronisationsmechanismen zur Verfügung stellen. Die Integration erfolgte dabei soweit möglich unter Verwendung von Standardkomponenten (PC-Hardware, Betriebssystem, Programmiersprache). Innerhalb des SFB hat sich der praktische Einsatz der hier erarbeiteten Lösung als essenzieller, unverzichtbarer Bestandteil der Steuerung gezeigt, so dass ein breiterer Einsatz dieser Infrastruktur innerhalb anderer PC-basierter Robotersteuerungen außerhalb des SFB denkbar und sinnvoll erscheint.The goal of this thesis is the concept development, implementation and testing of a centrally organized communication infrastructure. It aims to support the development of control systems for high-dynamic robot applications, and thus provides a uniform, modular and real-time capable application programming interface (API) for all software modules involved. The development and application is performed using the operating system QNX Neutrino together with C/C++ programming language. The background of this thesis is the Collaborative Research Center (CRS) 562. Here, foundations for the development of parallel kinematic machines (PKMs) are worked out regarding necessary methods and components. The application of PKMs make high demands on the performance of robot control: coupled kinematic structures together with resulting special singularities require more and efficient control functions for motion control; additional sensors (integrated within the robot structure) increase the necessary data traffic while aiming to reduce calculational complexity; requirements for the synchronisation of drives necessitate high-speed communication mechanisms. Additional requirements regard the performance of the overall robot system: positioning accuracy, acceleration and velocity of the robot end-effector, which are expected to outsell those realised with conventional (serial) robot structures. Commercially available solutions for control systems do not suit all of these demands which calls for a unique control system design from standard components (computer hardware, operating system, communication system and programming language). The object of this thesis is, at first, the examination of fundamental mechanisms from the domain of software and communication technology in order to select suitable mechanisms for process organisation, inter process communication, synchronisation, configuration and presentation of data flow. These are to be provided for the control function modules in a uniform way. In the main part of this thesis the concept of the communication infrastructure is introduced in detail as well as the overall description of its implementation in hardware and software. The infrastructure consists of three main components which work together as a functional unit: the middleware MiRPA-X, the communication protocol IAP and the FireWire communication system (IEEE 1394). They form an efficient framework in order to provide transparent, modular and uniform communication and synchronisation mechanisms for the development of powerful and real-time control functionality. Within the project work in the Collaborative Research Center this novel communication infrastructure proved of indispensable value. For other robot control systems outside the CRS, it should thus be considered when using standard components

Autonomes Netzwerkmanagement für ein dynamisches Routing unter Berücksichtigung von Qualitätsanforderungen

This PhD thesis is focused on the question: how can an autonomously working routing management be designed to allow the transmission of application data while considering quality requirements. To answer this the focus is on a dynamic routing, whose decisions depend on the current distribution of available link capacities in the network. The presented new solution contains three protocols which work in a completely autonomous way. They are used to cluster the network and place automatically management instances, to assign addresses in the network as well as to distribute continuously routing data among the network nodes. Based on this, all routing tables are kept up to date, so that they represent the current paths as well as they also describe the available QoS specific capacity for each known route. By the help of this data, the routing algorithm, which is applied in this PhD thesis, allows the transmission of data from different applications while considering their quality requirements. In this context, each needed routing decision is influenced by the currently existing load situation in the network.Despite the introduced complex signaling, the overall system remains compatible to IPv4/v6. Therefore, it can be used for the transmission of audiovisual data in today’s networks. In such a scenario the scalability of the resulting overall system is supported by the data aggregations which are used within the signaling of the routing management.The practical part of the work is divided into two areas. The first one describes the software “Homer Conferencing”. It is usable as standalone solution for video conferences and test environment for audiovisual streams. By its help, qualitative differences in transmissions can be presented. Additionally, the software provides graphical dialogs for quantitative measurements of the data streams and packet losses. The second practical part contains the implementation of the routing management and applies all protocols on packet level. This was used as base for the accomplished quantitative evaluations. They show the caused signaling overhead as well as the resulting benefit of the introduced routing management for selected base topologies of IP networks.Im Fokus dieser Dissertation steht die Frage, wie ein autonom ablaufendes Routingmanagement aussehen kann, um in Netzwerken die Übertragung von Anwendungsdaten unter Berücksichtigung von Qualitätsanforderungen zu ermöglichen. Dabei steht ein dynamisches Routing im Vordergrund, dessen Entscheidungen von der momentanen Verteilung von verfügbaren Linkkapazitäten im Netzwerk abhängen. Die vorgestellte neuwertige Lösung enthält drei vollständig autonom ablaufende Protokolle. Sie dienen zur Netzwerkunterteilung und automatischen Platzierung von Managementinstanzen, zur Adresszuweisung im Netzwerk sowie zur kontinuierlichen Verteilung von Routingdaten unter den Netzwerkknoten. Dadurch werden alle Routingtabellen aktuell gehalten, sodass sie die momentanen Pfade sowie auch die für jede bekannte Route verfügbaren QoS spezifischen Eigenschaften beschreiben. Mit Hilfe dieser Daten ist der in dieser Dissertation eingesetzte Routingalgorithmus in der Lage, die Übertragung von Daten von unterschiedlichen Anwendungen unter Beachtung ihrer Qualitätsanforderungen zu ermöglichen. Dabei beeinflusst die aktuell vorliegende Lastsituation im Netzwerk jede notwendige Routingentscheidung.Trotz der eingeführten komplexen Signalisierungen bleibt das Gesamtsystem kompatibel zu IPv4/v6 und kann somit für die Übertragung von audiovisuellen Daten in heutigen Netzwerken eingesetzt werden. Dabei profitiert die Skalierbarkeit des resultierenden Gesamtsystems von den innerhalb der Signalisierungen des Routingmanagements verwendeten Datenaggregationen.Der praktische Teil dieser Arbeit ist zweigeteilt. Der erste Teil beschreibt die Software „Homer Conferencing“. Sie ist als eigenständige Lösung für Videokonferenzen und Testumgebung für audiovisuelle Ströme einsetzbar. Mit ihrer Hilfe können qualitative Unterschiede in Übertragungen audiovisuell vorgeführt werden. Die Software bietet zusätzlich grafische Dialoge zur quantitativen Bemessung der Datenströme und Paketverluste. Der zweite praktische Teil beinhaltet die Implementierung des Routingmanagements und setzt die Protokolle auf Paketebene vollständig um. Dies diente als Basis für die durchgeführten quantitativen Evaluierungen. Sie stellen für ausgewählte Basistopologien von IP-Netzwerken den verursachten Signalisierungsaufwand sowie den resultierenden Nutzen beim Einsatz des vorgestellten Routingmanagements dar

Konzeption und Realisierung eines Sicherheitskonzepts zur sicheren Datenstromverarbeitung in einer verteilten Ausfürhungsumgebung

Vorliegende Diplomarbeit entwickelt ein Sicherheitskonzept für NexusDS. Das Konzept definiert Sicherheitsmechanismen um den Zugriff und die Verarbeitung von sensiblen und geschützten Daten zu kontrollieren. Die Mechanismen beinhalten Funktionen um Daten zu Anonymisieren und zu Verschleiern. Die Entwicklung des Konzeptes beinhaltet die Abgrenzung von Sicherheit im Kontext von NexusDS, Erhebung von Anforderungen aus Anwendungsszenarien und NexusDS selbst, die Entwicklung entsprechend dienlicher Maßnahmen, deren Umsetzung in eine Sicherheitsarchitektur und eine prototypische Implementierung in NexusDS.This diploma thesis develops a security concept for NexusDS. The concept defines a set of mechanisms to limit the access on data with the purpose to control access on sensitive information. The mechanisms also include functions to mask and anonymize data. For the development of the concept, the thesis analyses the actual situation of the NexusDS and considers several scenarios of use. Based on this analyze, a security architecture for NexusDS was developed and integrated as a prototype implementation into NexusDS

Next Generation Network (NGN)

Das Next Generation Network (NGN) ist ein IP-basierendes Telekommunikationsnetz, das entwickelt wurde um einen nahtlosen Übergang von den herkömmlichen Telefonnetzen zu ermöglichen. Das NGN vereint eine Vielzahl von Zugangsnetzen, die für den Nutzer über ein einheitliches Netzmodell wie ein einzelnes Netz nutzbar sind. Mit der Einführung des NGN werden auch neue Leistungsmerkmale in den Telekommunikationsnetzen verfügbar. Sprachkommunikation ist dabei nur noch eine Dienstleistung unter vielen, da andere Medien, wie Videokommunikation, Dateitransfer, Textnachrichten oder Chat, genauso für alle Netzteilnehmer nutzbar sind.Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 201