Netzgewahre Regelung & regelungsgewahre Netze: Netzwerke mit mehreren Netzwerktechnologien (NICCI^2)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Falko Dressler; Professor Dr.-Ing. Rolf Findeisen; Professor Dr. Daniel Quevedo
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315248657

Die Regelung vernetzter dynamischer cyber-physikalischer Systeme bietet eine Vielzahl an Möglichkeiten. Es ist aber alles andere als offensichtlich, wie moderne drahtlose Kommunikation, Netzwerke und Computertechnologien für die Entwicklung von Regelungsanwendungen genutzt werden können. Eine der größten Hürden ist der Unterschied zwischen dem Verständnis der involvierten Einzelteile und den Herausforderung, die sich durch ihr Zusammenwirken in großen Netzwerken ergeben. Zumeist wird der für die Regelung benötigte Datenverkehr unabhängig von den Eigenschaften der Netzwerke betrachtet. Dies erlaubt es, Kommunikation und Regelung separat zu entwerfen, was jedoch zu einer Leistung führt. Aus diesem Grund werden meist langsame und nicht sicherheitsrelevante Aufgaben über drahtlose Netzwerke realisiert.Ein gemeinsamer Entwurf der Regelung und Kommunikation würde es erlauben, diese Beschränkungen zu überwinden. Leider ist eine praktische Umsetzung aufgrund der resultierenden Komplexität und der verteilten Gesamtstruktur des Systems nicht möglich. Stattdessen streben wir eine modulare Lösung an, bei der Regelung und das Netzwerkmanagment separat entworfen werden, aber Informationen austauschen. Dieser Austausch beinhaltet Vorhersagen und Optionen des Bedarfs der Regler sowie der durch die Netzwerke zur Verfügung gestellten Kapazitäten und Güten. Die entwickelten Algorithmen nutzen diese Vorhersagen für Ihre Entscheidungen und lernen aus diesen, um das Gesamtverhalten zu verbessern.In der ersten Förderphase untersuchten und loteten wir die Grenzen der erreichbaren Güte für cyber-physikalischer Systeme aus. Es wurden Mindestanforderungen des Netzwerks, die für die gewünschte Regelgüte benötigt werden, bestimmt. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden Ansätze zum Netzwerkmanagement, sowie Regelungsansätze entwickelt, die die zur Verfügung gestellten Optionen und Vorhersagen ausnutzen. Die gewonnen Einblicke und durchgeführten Untersuchungen zeigen eine Reihe weiterer interessanter und relevanter Forschungsfragen auf, die im Rahmen der zweiten Förderperiode untersucht werden sollen.Im Rahmen der zweiten Förderperiode streben wir einerseits eine Vertiefung der Interaktionen und Abhängigkeiten der Regelungssysteme und des Netzwerkmanagements an. Hierbei fokussieren wir uns auf den bisher nur wenig untersuchten, aber praktisch relevanten Fall heterogener Kommunikationsnetzwerke mit verschiedenen drahtlosen Kommunikationstechnologien. Die Integration heterogener Technologien ist von hoher praktischer Relevanz, jedoch gleichzeitig nicht trivial. Um die entstehenden Herausforderung zu bewältigen verschmelzen wir Ansätze zur Vorhersage von Netzwerkeigenschaften mit Ansätzen des maschinellen Lernens, Schätzverfahren und optimierungsbasierten Algorithmen zur Ressourcenplanung und zur Regelung. Die entwickelten Ansätze werden beispielhaft in Simulationen und Experimenten an vernetzten Fahranwendungen und Industrie 4.0-Szenarien erprobt und analysiert.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1914: Cyber-Physical Networking (CPN)
• Internationaler Bezug: Australien
• Mitverantwortlich: Dr. Navid Noroozi