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Implementierung und Evaluation des Staukontrollverfahrens FCP für kooperative Regelungssysteme

Implementierung und Evaluation des Staukontrollverfahrens FCP für kooperative Regelungssysteme
Forschungsthema:Industrie 4.0
Typ:Bachelorarbeit/Masterarbeit
Datum:25. Juli 2018
Betreuer:

Markus Jung

HINTERGRUND

Mit dem Wandel hin zu Industrie 4.0 gehen veränderte Anforderungen an industrielle Kommunikationsnetze einher. Für die Vision einer Smart Factory ist eine vielseitig flexibel einsetzbare Kommunikationsinfrastruktur erforderlich, welche an sich verändernde Anforderungen adaptierbar ist. Ein solches Kommunikationsnetz könnte zugleich für Regelungsaufgaben als auch für Konfigurations- und Diagnosezwecke und die Übertragung von Videostreams genutzt werden. Hierbei sind insbesondere zeitkritische Anwendungen wie Regelungssysteme zu berücksichtigen.

Für Regelungsaufgabe werden in der Regel spezialisierte Echtzeit-Protokolle eingesetzt. Diese bieten harte Echtzeitgarantien, sind zugleich in ihrer Flexibilität aber eingeschränkt. Im Rahmen des Projektes CoCPN soll diese Einschränkung überwunden werden. Regelungen und Netze sollen so gestaltet werden, dass keine zeitdeterministische Kommunikation erforderlich ist.

Gleichwohl stellt ein gemeinsam genutztes Netz eine geteilte Ressource dar, was Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Datenströmen ermöglicht. Diese Kopplungseffekte können insbesondere zeitkritische Anwendungen wie Regelungssysteme ungewollt beeinflussen, und sind daher zu vermeiden. Da sie vor allem auf Paketverluste und Warteschlangenverzögerungen zurückzuführen sind, ist dieses Problem eng verwandt mit dem der Staukontrolle in traditionellen Netzen.


AUFGABENSTELLUNG

Im Rahmen dieser Arbeit soll untersucht werden, inwiefern das Staukontrollverfahren FCP für eine kooperative Ressourcennutzung zwischen Regelschleifen in einem geteilten Netzwerk geeignet ist. Hierzu ist ein Konzept auszuarbeiten, wie mittels FCP implizite Kopplungseffekte vermieden werden können. Statt dessen soll eine faire Nutzung geteilter Ressourcen im Netzwerk realisiert werden. Zu diesem Zweck ist eine Implementierung von FCP, sowie eine geeignete Schnittstelle zu Regelungssystemen, in der Simulationsumgebung CoCPN-Sim zu entwerfen und umzusetzen. Zur Evaluation soll das ausgearbeitete Konzept im Hinblick auf Regelgüte und Fairness anhand geeignete Metriken auf seine Wirksamkeit mit der Simulationsumgebung CoCPN-Sim untersucht werden.


ARBEITSUMGEBUNG

Pool-PCs, leistungsstarke Simulationsrechner und eine Kaffeemaschine stehen zur Verfügung


VORAUSSETZUNGEN

- Programmierkenntnisse (C++) sollten vorhanden sein
- Linux-Kenntnisse sind wünschenswert