Projekte

CAPRI:
Common - Automation - PRotocol Architecture - and Real-time Interface

Projektlaufzeit: 1.6.2009 bis 31.5.2012 (Abgeschlossen)
Forschungsbereich: Industrielle Kommunikation : Industrial Ethernet
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite
Projektlogo:Common - Automation - PRotocol Architecture - and Real-time Interface


  

Das Themenfeld des Projektes ist den Rechnernetzen und der Echtzeitdatenverarbeitung zuzuordnen. In der Automatisierungstechnik bilden seit nun mehr fast 20 Jahren industrielle Echtzeit­kommunikationsnetze das Nerven­system von Maschinen und Anlagen. Der Übergang von Feldbussystemen der ersten Generation hin zu Echtzeit-Ethernetsystemen (RTE) hat zu derzeit 26 unterschiedlichen Varianten geführt. Dieser Trend setzt sich weiter fort, so beinhaltet die IEEE 802 Standardisierung weitere Echtzeit-Erweiterungen, zum Beispiel AVB. Das stellt für Gerätehersteller und Betreiber einen sehr hohen Aufwand und keinen direkten Nutzen dar. Es ist zwar davon auszugehen, dass sich diese Anzahl bezüglich ihrer praktischen Bedeutung künftig stark reduzieren wird, eine gewisse Vielfalt wird jedoch aufgrund der Heterogenität der zu bedienenden Anwendungen und Märkte bestehen bleiben.

Während bei den Feldbussystemen die Architektur der einzelnen Systeme durch die Hardware-Orientierung sehr unterschiedlich ist, besteht bei RTEs prinzipiell ein höheres Maß an Gleichteilen durch die gemeinsame Verwendung der IEEE802-Standards. Dennoch ist es aufgrund der verschiedenen Protokolle schwierig, über die Übertragungsschicht hinaus Gemeinsamkeiten bei den derzeit diskutierten RTEs zu finden.

Ziele des Projektes

Das übergeordnete Ziel dieses Projektes besteht daher darin, den Anteil an speziellen Mechanismen und Protokollen zu reduzieren und den Anteil an gemeinsam nutzbaren Verfahren zu erhöhen. Dadurch sollen Gerätehersteller und Systemintegratoren, die mit unterschiedlichen  Kommunikationssystemen arbeiten müssen, einen einfacheren und schnelleren Zugang bekommen, sowie künftige Protokollweiterentwicklungen effizienter möglich werden.

Aus dieser Zielsetzung lassen sich zwei wissenschaftlich-technische Ziele dieses Vorhabens ableiten:

  • Erarbeitung und Validierung einer modularen Referenzarchitektur für industrielle Echtzeitkommunikationssysteme
  • Definition einer einheitlichen Dienst­schnittstelle zwischen Kommunikations­­system und An­wendung

Der Lösungsansatz besteht in der Entwicklung einer sogenannten CAPRI-Schicht, die der Anwendung ein einheitliches Transfer-Service Interface auf RTE-unabhängige Transfer­protokolle bietet und in Richtung Ethernet-MAC ein gemeinsames Switching- und Dienstmodell verwendet.

Erwartete Ergebnisse/Verwertung

Die Nutzenpotentiale der in diesem Projekt zu erzielenden Ergebnisse kommen primär den Geräteherstellern von vernetzbaren industriellen Automatisierungskomponenten zugute. Gerade für neue Anwendungsgebiete von RTEs (z.B. Energieverteilung, Bahn­technik) eröffnet der entstehende Baukasten an Transferfunktionen eine neue Heran­gehensweise, um die spezifischen An­forderungen an Echtzeitfähigkeit, Implementierungs­- und Konfigurationsaufwand zu erfüllen, ohne weitere RTEs entstehen zu lassen.


Partner

Hilscher GmbH, Hattersheim

KW-Software GmbH, Lemgo

Siemens AG, Erlangen

TU Dresden

 


Publikationen:

Jasperneite, Jürgen; Imtiaz, Jahanzaib; Schumacher, Markus; Weber, Karl: A Proposal for a Generic Real-time Ethernet System. In: IEEE Transactions on Industrial Informatics(5) S.: 75-85, May 2009 (Details)

Imtiaz, Jahanzaib; Jasperneite, Jürgen; Han, Lixue: A Performance Study of Ethernet Audio Video Bridging (AVB) for Industrial Real-time Communication. In: 14th IEEE International Conference on Emerging Techonologies and Factory Automation (ETFA 2009) Palma de Mallorca, Spain, Sep 2009 (Details)


gefördert durch: BMBFFörderkennzeichen: 17N0609
Förderlinie: IngenieurNachwuchs - Informatik
Ansprechpartner: M.Sc. Jahanzaib Imtiaz , Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite
Mitarbeiter: M.Sc. Jahanzaib Imtiaz