Netzwerker in eingebetteten Systemen

Im Automobil, in der Datentechnik und Telekommunikation, in der Industrie- und Konsumelektronik, in der Militär- und Luftfahrttechnik – überall sind so genannte eingebettete Systeme im Einsatz, in denen ein Computer in eine technische Umgebung eingebunden ist.

Die „embedded world“ ist nach Angaben der Messe Nürnberg die weltweit größte Fachmesse ihrer Art und Treffpunkt der internationalen Embedded-Community. Die drei Professuren Kommunikationsnetze, Schaltkreis- und Systementwurf sowie Technische Informatik der TU Chemnitz präsentieren hier vom 2. bis zum 4. März 2010 ihre Forschung zum Thema eingebettete Systeme auf dem mitteldeutschen Gemeinschaftsstand „Forschung für die Zukunft“ (Halle 11, Stand 11-128).

Drahtloser Datenaustausch zwischen Sensoren und Aktoren

Wenn Daten per Funk ausgetauscht werden, kann es zu Störungen kommen – etwa dazu, dass die Übertragungszeit variiert oder Datenpakete verloren gehen. Bei Regelkreisen, in denen Sensoren zur Messwerterfassung und Aktoren drahtlos kommunizieren, kann das teilweise gravierende Auswirkungen auf die Regelgüte haben. Derartige Regelkreise findet man in Umgebungen, in denen eine Datenübertragung über Kabel sehr schwierig oder nicht möglich ist, zum Beispiel bei beweglichen Bauteilen oder ferngesteuerten mobilen Robotern.

Wissenschaftler der Professur Kommunikationsnetze um Prof. Dr. Thomas Bauschert betreiben Grundlagenforschung, um die Regelungstechnik und die kabellose Netzwerktechnik optimal aufeinander abzustimmen und damit Stabilität und Robustheit der Systeme zu gewährleisten. „Die drahtlosen Networked Control Systems NCS sind flexibler und preisgünstiger, aber im Prinzip auch robuster, da sie Ausfälle von Sensoren besser ausgleichen können“, so Claudia Zschoppe, Wissenschaftliche Mitarbeiterin der Professur Kommunikationsnetze. „Im Rahmen unserer NCS-Forschungsarbeiten verwenden wir den so genannten Hardware-in-the-Loop-Ansatz“, sagt Zschoppe und erklärt: „Wir koppeln echte Bauteile mit Simulations-Software. Das heißt, die Datenübertragung wird mittels Hardware realisiert, aber die Regelungsaufgabe wird am Rechner simuliert.“ Dadurch können die Forscher ohne hohen Kostenaufwand vielfältige regelungstechnische Problemstellungen untersuchen. Auf der „embedded world“ stellen die TU-Wissenschaftler eine NCS-Experimentalplattform vor.

Standardisierte Schnittstellen für Sensoren

Im Projekt „Generalisierte Plattform zur Sensordatenverarbeitung (GPSV)“ unterstützen die Wissenschaftler der Professur Schaltkreis- und Systementwurf um Prof. Dr. Ulrich Heinkel lokale kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) sowohl bei der Entwicklung von Steuerplattformen als auch bei der Erweiterung von Sensoren um neue Schnittstellen. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer zentralen, kompakten, flexiblen Verarbeitungseinheit zur Speicherung von Sensordaten sowie einer Lösung zur Anbindung verschiedener Sensoren an diese Plattform. Die Anbindung erfolgt dabei über standardisierte Schnittstellen, um die Erweiterbarkeit der Plattform zu erhöhen. Im Rahmen des Projekts werden aktuelle Fragestellungen der KMU bearbeitet. Die Kompetenzen der Forschergruppe konzentrieren sich auf die drahtlose Sensorkommunikation und Lokalisierung, den Entwurf digitaler Schaltungen, das Embedded Software Design und die Simulation von Sensornetzen mit dem Schwerpunkt Energieeffizienz. In Nürnberg stellen die Wissenschaftler zwei Demonstratoren der zentralen Plattform vor, deren Software trotz verschiedener Basishardware durch den selben Entwurfsablauf und mit den gleichen Tools erstellt werden kann. Das Projekt wird im Rahmen der Initiative „Unternehmen Region“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 2,1 Millionen Euro gefördert.

RFID geht neue Wege

Dass Satelliten Autos über Straßen und Fußgänger durch Städte führen, ist Stand der Technik. Sobald man jedoch in Gebäude kommt, wo der Kontakt zum Satelliten abreißt, stoßen diese Systeme an ihre Grenzen. Wer dennoch auf kürzestem Weg in einem unbekannten Gebäude sein Ziel finden will und zusätzlich individuelle Infos oder aktuelle Nachrichten wünscht, benötigt Hilfe. Ein an der Professur Technische Informatik entwickeltes interaktives Gebäudeleit- und Infotainmentsystem kann diese Nutzer künftig unterstützen. Diese Indoor-Navigation, die die TU-Forscher auf der Fachmesse mit einem Demonstrator präsentieren, basiert ausschließlich auf der RFID (Radio Frequency Identification)-Technologie. „Im Gebäude werden RFID-Tore an Schlüsselpositionen installiert, mit deren Hilfe Besucher oder Objekte nicht nur berührungslos identifiziert, sondern ihnen auch orts- und personenabhängige Informationen angeboten werden können. Herkömmliche, kostengünstige RFID-Tags reichen dazu als Ausstattung völlig aus. Kombiniert mit berührungsempfindlichen Displays entsteht so ein intelligentes und interaktives Gebäudeleit- und Infotainmentsystem“, erklärt Projektleiter Prof. Dr. Wolfram Hardt. „Auch mobile Endgeräte der Nutzer wie Handys oder Smartphones können inzwischen in das System integriert werden und bieten zusätzlichen Komfort“, ergänzt Matthias Vodel, Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Professur Technische Informatik.

Weitere Informationen erteilen
an der Professur Kommunikationsnetze Claudia Zschoppe, Telefon 0371 531-37289, E-Mail claudia.zschoppe@etit.tu-chemnitz.de,
an der Professur Schaltkreis- und Systementwurf Daniel Kriesten, Telefon 0371 531-33058, E-Mail sse@infotech.tu-chemnitz.de,

an der Professur Technische Informatik Matthias Vodel, Telefon 0371 531-36499, E-Mail vodel@informatik.tu-chemnitz.de