Echtzeitfähiges Publish/Subscribe für das industrielle Internet-der-Dinge

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gero Mühl; Professor Dr.-Ing. Dirk Timmermann
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410407136

Das Projekt RTiPS-4-IIoT ist im Kontext des Industrial Internet of Things (IIoT) in einer zukünftigen Smart Factory angesiedelt, die sich durch eine nahtlose Vernetzung der gesamten Informationstechnologie, höchste Flexibilität und eine enge Kooperation von Menschen, Robotern und künstlicher Intelligenz auszeichnet. Anwendungenin einer Smart Factory reichen von der Steuerung der Produktion mit harten Echtzeitanforderungen über Augmented-Reality-Umgebungen mit weichen Echtzeitanforderungen bis hin zu Best-Effort-Verkehr zur Anbindung an innerbetriebliche Informationssysteme und das Office-IT. Diese unterschiedlich strikten Echtzeitanforderungen in einer konvergenten Netzinfrastruktur umzusetzen, ist eine besondere Herausforderung.Eine konvergente Netzinfrastruktur für dieses Szenario sollte aufgrund der genannten Anforderungen eine flexible und weitgehend entkoppelte m:n-Kommunikation ermöglichen und mehrere Echtzeitverkehrsklassen inklusive harter Echtzeit unterstützen. Zur Umsetzung bietet sich Publish/Subscribe-Kommunikation an, die bereits von einigen Standards, Produkten und Projekten im Kontext des IIoT propagiert und auch genutzt wird. Allerdings unterstützten existierende Ansätze keine harten Echtzeitbedingungen, da die Flexibilität von Publish/Subscribe bisher nur schwer mit der Vorhersagbarkeit harter Echtzeit kombinierbar war. Durch die neuen Möglichkeiten im Bereich Software-Defined Networking (SDN) und Time Sensitive Networking (TSN) ist diese Kombination jetzt aber möglich und sehr vielversprechend.Das Projekt erforscht daher eine konvergente Netzinfrastruktur für eine zukünftige Smart Factory, die applikationsspezifische und unterschiedlich stringente Echtzeitanforderungen unterstützt und diese mittels Publish/Subscribe-Kommunikation und Software-Defined Networking realisiert. Es wird zunächst die Modellierung von Echtzeitanforderungen im Kontext von Publish/Subscribe-Kommunikation untersucht und dann basierend auf den entwickelten Modellen die Planung der Kommunikationbeziehungen und deren des Umsetzung im Netzwerk mittels SDN und TSN erforscht. Im weiteren Verlauf des Projekts werden Verfahren zur unterbrechungsfreien Rekonfiguration des Systems zur Laufzeit entwickelt, die bereits garantierte Echtzeitbedingungen nicht verletzen, und es wird sichergestellt, dass die Planung auch auf größere Szenarien skaliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen