Sichere Echtzeitkommunikation für Industrie und Handel
Wirtschaftszweige wie Industrie und Handel erfahren durch die vierte industrielle Revolution (Industrie 4.0) einen starken Wandel. Drahtlose Vernetzung ist eine Grundvoraussetzung geworden, um in Fabriken und Verkaufsorten eine moderne Kommunikationsinfrastruktur zu erschaffen. Eine Vielzahl mobiler Geräte und Sensoren wird auf engem Raum miteinander kommunizieren. Dabei werden sensible Daten ausgetauscht. Eine anwendungsabhängige Latenz, d. h. eine maximale Ende-zu-Ende-Übertragungsverzögerung, darf in vielen Fällen nicht überschritten werden. Die Kommunikation im Netz muss ausfall- und abhörsicher organisiert sein. Existierende Funknetzlösungen können alle diese Anforderungen nicht erfüllen.
Im Projekt SEKOM werden neue Funktionen und Verfahren für lokale, funkbasierte Kommunikationsnetze in der Industrie entwickelt und anhand zweier Demonstratoren für die Bereiche smarte Fabrik bzw. Smart-Shopping evaluiert. Dabei werden mobile Endgeräte und drahtlos angebundene Sensoren maßgeblich in die Entwicklung einbezogen. Die Latenzzeit und Zuverlässigkeit der Kommunikationssysteme werden durch eine Reihe von Maßnahmen auf verschiedenen Ebenen verbessert. Dafür werden Mechanismen zur Unterstützung von zeitkritischen Anwendungen in dichten Netzen, in denen jeder Netzknoten mit mehreren benachbarten verbunden ist, erforscht. Die Zugangsknoten steuern den Funknetzverkehr und fungieren zeitgleich als verteilte kooperative Puffersysteme, die Daten im Netz verarbeiten, kodieren und lokal bevorraten. Durch eine solche In-Netz-Datenverarbeitung können das zu übertragende Datenvolumen und vor allem die damit einhergehende Übertragungsverzögerung verringert werden. Für eine bessere Abwehr von Lauschangriffen werden bei der Datenbevorratung die relevanten Anwendungsdaten so auf verschiedene Zugangsknoten aufgeteilt, dass Angreifer keine sensitiven Daten ausspähen oder rekonstruieren können, auch wenn sie Zugang zu einzelnen Knoten erlangen. Es werden Verfahren erforscht, um die Übertragungswege im Netzwerk zu optimieren. Dadurch verweilen die benötigten Daten nur für eine kurze Zeit auf den Knoten, was einen zusätzlichen Sicherheitsaspekt darstellt.
Eine zentrale Innovation bilden neue vorausschauende und selbstlernende Methoden zur Optimierung des Kommunikationsnetzes durch proaktive Ressourcenzuordnung und proaktive Datenbevorratung. Die zugrunde liegende Idee lässt sich wie folgt beschreiben: Die Bewegung eines Endgeräts in der Fabrik wird vom Netzwerk antizipiert, und es hält die benötigten Daten und Ressourcen an der richtigen Stelle schon bereit. Dabei bleiben Vertraulichkeit und Authentizität der empfangenen bzw. gespeicherten Informationen gewahrt – und das bei niedriger Latenz und ohne relevante Einschränkung der Effizienz. Durch die im Projekt erforschten flexiblen und skalierbaren Kommunikationslösungen, die charakteristische Eigenschaften heterogener, industrieller Kommunikationsnetze und industrieller Anwendungen selbstständig lernen, werden intelligente Werksprozesse sowie Anwendungen vom Smart-Shop über das Smart-Einkaufszentrum bis hin zur Smart-City möglich.