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SPP 1914:  Cyber-Physical Networking (CPN)

Fachliche Zuordnung Informatik, System- und Elektrotechnik
Mathematik
Medizin
Förderung Förderung von 2016 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273882191
 
Seit Jahrzehnten waren die stetige Steigerung von Bandbreite und Durchsatz in Fest- und Mobilfunknetzen die vorherrschenden Forschungsziele im Bereich der Kommunikationssysteme. Dies hat bandbreitenintensive Anwendungen ermöglicht und insbesondere die Qualität von Interaktion und Perzeption für den Menschen verbessert. Latenzen unterhalb von 10 ms waren in diesen Anwendungsfeldern bislang nicht erforderlich und wurden auch nicht entsprechend erforscht. Durch die rapide fortschreitende Verbreitung cyber-physikalischer Systeme (CPS) treten jedoch in jüngerer Vergangenheit neue, komplementäre Anforderungen in den Vordergrund. In diesen findet die Steuerung direkt und autonom zwischen Systemen und Maschinen statt, im Normalfall ohne menschliche Kontrolleingriffe. Hierdurch treten gänzlich neue Anforderungen auf, da die Steuerbarkeit des Gesamtsystems eine hohe Sensitivität auf Verzögerungen verschiedenster Systemeingänge, Variablen und Parameter aufweist. Dies steht im Gegensatz zu bisher vornehmlich betrachteten starren Latenz- und Bandbreiteanforderungen, für die Latenzen in Rückkopplungsschleifen in solchen Systemen auf unter 1 ms reduziert werden müssen. Es ist jedoch festzustellen, dass diese Reduktion in Verbindung mit der erforderlichen hohen Zuverlässigkeit zu einer echten Herausforderung wird, wenn Fehlerraten, spektrale Effizienz, Energieeffizienz, Funkkanaleigenschaften und weitere Einussfaktoren berücksichtigt werden. Mit den traditionellen Ansätzen des schichtenbasierten Entwurfs, des Regelungsentwurfs ohne gezielte Beeinflussung des Kommunikationsverhaltens und mit zeitlich asymptotischen Optimierungsmetriken sind die erforderlichen Kommunikationsziele und damit die Regelziele nicht erreichbar. Benötigt wird eine sehr enge, feingranulare (vertikale und horizontale) Kopplung aller Kommunikations-, Regelungs- und Systemkomponenten. Die dazu notwendige gemeinsame Auslegung von Kommunikation, Regelung und Betriebssystem, insbesondere die gemeinsame Betrachtung der zugrundeliegenden Modelle und Methoden, erfordert grundlegend neue formale systemweite Konzepte zur Modellierung, Modellsynthese, Analyse, Koordination und Optimierung. Es müssen die bislang weitgehend getrennten Welten der Kommunikations-, Informations-, und Kontrolltheorie mit ihren unterschiedlichen Betrachtungsweisen, Modellen und methodischen Ansätzen miteinander verbunden werden. Das DFG-Schwerpunktprogramm " Cyber- Physical Networking\ (CPN) wird diese notwendigen neuen Grundlagen für Kommunikation in CPS entwickeln und das Fundament für eine völlig neue Forschungsrichtung legen. Im Rahmen des Schwerpunktprogramms sollen Wissenschaftler aus den Disziplinen Informatik, Elektrotechnik und Regelungstechnik interdisziplinär zusammengeführt werden, um den Forschungs- und IT-Standort Deutschland bei diesem drängenden Zukunftsthema nachhaltig zu stärken. Die wissenschaftlich-technischen Ergebnisse des Schwerpunktprogramms werden dazu beitragen, effiziente und vor allem latenzbewusste Kommunikations- und Systemarchitekturen zu etablieren und die erforderlichen Werkzeuge und Methoden zu ihrem Entwurf bereitzustellen. Im Hinblick sowohl auf zukünftige Anwendungsfelder als auch Basistechnologien wird dies einen wichtigen Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands leisten.
DFG-Verfahren Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug Australien, USA

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