Energiebedarfsmessungen an Prototypen für ein latenzarmes Zug-Monitoringsystem mit lokalem Funksensornetz. Foto: IMMS.
Energiebedarfsmessungen an Prototypen für ein latenzarmes Zug-Monitoringsystem mit lokalem Funksensornetz. Foto: IMMS.

fast realtime

Niedriglatente Kommunikation in Funk-Sensornetzen und Untersuchungen zum Echtzeitverhalten von Kommunikationsstacks

Intelligente Transportsysteme: Züge mit echtzeitfähigen, signaltechnisch sicheren Sensornetzen und Cloud-Anbindung überwachen.

In „fast realtime“ arbeiteten neun Projektpartner an Grundprinzipien und Schlüsseltechnologien, um verteilte Sensor-Aktor-Systeme für Echtzeitanwendungen fit zu machen. Damit werden neue innovative Entwicklungen unter anderem für die Industrieautomation und für intelligente Transportsysteme möglich. Die Partner verfolgen verschiedene Wege zu echtzeitfähigen Systemen und setzen diese exemplarisch in drei Demonstrator-Szenarien um

Die Überwachung der Waggons eines Güterzuges ist eines dieser Szenarien. Das IMMS entwickelt hierfür ein Funksensornetz, mit dem Daten erfasst, verarbeitet und in Echtzeit übertragen werden können. Außerdem erarbeitet das Institut als methodischen Beitrag allgemeine Entwurfsrichtlinien für ein neuartiges Systemdesign. Darüber hinaus entwickelt das IMMS einen Technologiebaustein, um Verzögerungen bei der Datenübertragung, sog. Latenzen, zu minimieren, damit die beteiligten Systeme strengeren zeitlichen Anforderungen genügen. Hierfür optimiert das Institut Kommunikationsstapel (Stacks) in Linux-Echtzeitsystemen.

  • Kommunikationsstapel auf Linux-Echtzeitsystemen

    Für Echtzeitsysteme wird vor allem in der Industrie zunehmend Linux als Betriebssystem eingesetzt. Auf einem solchen Echtzeitsystem werden Daten meist über einen Protokollstapel ausgegeben oder eingelesen und durchlaufen dabei verschiedene Schichten, wie z.B. Anwendungs-, Transport-, Internet- und Netz-Zugangsschichten im Internetprotokoll TCP/IP.

    Hierbei entstehen Verzögerungen (Latenzen) durch Pufferungsvorgänge, dynamische Speicheranforderungen und eventuell durch die Verarbeitung mehrerer paralleler Datenströme. Dadurch können die Echtzeiteigenschaften des Gesamtsystems negativ beeinflusst werden.

    Das IMMS untersucht Verfahren, um diese Verzögerungen zu messen und zu charakterisieren und in einem weiteren Schritt vermeidbare Latenzen zu eliminieren.

  • Güterzüge in Echtzeit überwachen

    Sensorik, Ortung und Zustandsüberwachung sollen Innovationen im Schienengüterverkehr ins Rollen bringen. Beispielsweise lassen sich die Daten, die für die Freigabe von Streckenabschnitten benötigt und derzeit mit wartungsaufwändiger Infrastruktur entlang der Trassen erhoben werden, in den Zügen selbst ermitteln.

    Dank im Zug integrierter, vernetzter Systeme sollen Positionen und Laufzeiten von Waggons erfasst, der Zug auf Vollständigkeit kontrolliert, automatische Kopplungen von Wagen ermöglicht sowie Fracht und Räder überwacht werden. Zu diesem Zweck liefern derzeitige Systeme Daten für jeden einzelnen Waggon per Mobilfunk direkt an eine externe zentrale Kontrollinstanz.

    Im Projekt fast realtime wird ein erweiterter Ansatz untersucht. Hier werden die einzelnen Waggons über ein lokales Funksensornetz als zuginterne Monitoring-Anwendung verbunden, für die keine Mobilfunkverbindung notwendig ist.

    Das IMMS realisiert den Prototyp für das zuginterne Funksensornetz. Dieses soll kontinuierlich Daten zwischen jeweils benachbarten Waggons latenzarm, störungssicher und bidirektional über den gesamten Zugverband austauschen, die Wagen überwachen und deren Reihung sowie Vollständigkeit ermitteln.

    Für übergeordnete Anwendungen im Streckennetz soll das Sensornetz per Mobilfunk an einen geo-lokalen, auf Signallaufzeit optimierten Cloud-Dienst angebunden werden, um auch extern Zustandsänderungen und Ereignisse zu kontrollieren, zu bewerten und bei Bedarf automatisch Aktivitäten auszulösen.

  • Förderung

    Das Projekt wird gefördert vom Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH (PtJ), mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Kennzeichen 03ZZ0504J im Rahmen des Programms „Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation“.

Laufzeit

2016 – 2018

Projekt-Nr.

03ZZ0504J