AP2 – Architektur Gesamtsystem

Ziele

Es wird eine Basisplattform definiert, die in unterschiedlichen Ausprägungen und Varianten die drei beschriebenen Einsatzszenarien erfüllen kann. Dabei werden die erforderlichen technischen Realisierungsfragen weitgehend auf abstraktem Hard- und Softwareniveau geklärt.

Ergebnisse

Komponentenaufteilungsdiagramme

Definition zu verwendender Standardkomponenten

Schnittstellenspezifikation zwischen Hardware-, Software und mechanischen Teileinheiten.

Aktivitäten

AP 2.1 Komponenten und Schnittstellen des Gesamtsystems - TUB, alle

In dem Arbeitsschritt 2.1 wird die Gesamtarchitektur des zu entwickelnden Systems, in der viele Sensor-plattformen ihre Messungen an eine Analyseplattform senden, die dann Informationen zum aktuellen Zustand sowie einen optimierten Wartungsplan anzeigt. In diesem Schritt wird das Gesamtsystem in geeignete Teilkomponenten zerlegt und es werden Abhängigkeiten zwischen den Komponenten beschrieben sowie die Kommunikationsstruktur festgelegt. Weiterhin umfasst der Arbeitsschritt die Auswahl und Beschreibung geeigneter vorhandener Technologien sowie die Bestimmung nötiger Adaptions- und Entwicklungsarbeiten. Es werden hier insbesondere passende Kommunikationstechnologien (Messaging Systeme, Standards, Protokolle) ausgewählt. Außerdem werden geeignete Datenmodelle (bzw. Datenbankmodelle) und nötige Datentransformationen entworfen und dokumentiert, so dass die einzelnen Komponenten separat entwickelt und dann erfolgreich integriert werden können. In dem Entwurf werden auch nicht-funktionale Anforderungen wie Effizienz, Verfügbarkeit, Portierbarkeit und Sicherheit berücksichtigt. Außerdem wird der Betrieb der Komponenten im Rahmen der beiden Demonstratoren geplant.

AP 2.2 Konzeption Sicherheitsmechanismen - HAW, SIEKER

Die Sicherheitsmechanismen müssen sowohl in den Sensoren als auch in der Datenübertragung vorhanden sein. Diese werden von HAW in Zusammenarbeit mit SIEKER entwickelt. Dies umfasst sowohl die Kommunikation der Systemkomponenten untereinander als auch die Kommunikation mit der Umgebung bzw. der Datencloud.. Als Grundkonzept soll hier ein Sensorkommunikationsverfahren der HAW nach Grundsätzen der Verkettung und Verteilung gemäß Blockchain und Distributed Ledger für Sensoren weiterentwickelt werden. Ergebnis ist ein Konzept zum sicheren Aufbau und Betrieb der gesamten zu entwickelnden Infrastruktur.

AP 2.3 Übertragungsprotokolle/ Kommunikation - HAW, WTY

Die Datenübertragung zwischen dezentralen Sensoren und der Auswertung über ein Plattform-System wird in diesem Arbeitspaket auf- und ausgebaut. Auf Basis der ISO/OSI-Kommunikationsschichten sollen hier möglichst viele am Markt verfügbare Komponenten verwendet und so miteinander kombiniert werden, dass eine niedrigenergetische langreichweitige Kommunikation zu geringen Bauteilkosten ermöglicht wird. Auf Sensorseite wird eine Langreichweiten-Kommunikation gemäß LoRa angestrebt, wobei die Einzelsensoren untereinander über ein Star-Mesh-Netzwerk analog zu XBee verbunden sind. Da diese Vernetzungstypen noch nicht in einem Verfahren kombiniert sind, müssen hier Anpassungen an schon verfügbaren Protokollstacks vorgenommen werden. Die Anbindung an das Cloud-System erfolgt auf der Basis von 6LoWPAN über das IPv6-Protokoll unmittelbar mit dem Internet, so dass hier marktverfügbare Gateways verwendet werden können. Auf höheren Protokollebenen müssen Eigenschaften wie Datenkompression, Schlaf- und Aufwachmodi auf Netzwerkebene oder auch Sensorlokalisierung implementiert werden. Die Kerntätigkeiten in diesem Arbeitspaket werden von den Partnern HAW und WTY übernommen. Dabei wird der Fokus bei WTY mehr auf den Kommunikationstechnologien auf den unteren Netzwerkebenen und bei HAW mehr auf der Schwarmfunktionalität in den oberen Ebenen gelegt.