REsilience by Network DEsign in industrial IoT EnviRonments

Projektinhalt

Der resiliente Betrieb von drahtlosen Sensornetzwerken in Industrieumgebungen ist eine wichtige Anforderung, weil es dem drahtlosen System erlaubt, ein ausreichendes Niveau an Dienstgüte nach einem disruptiven Ereignis bereit zu stellen und automatisch in einen stabilen Zustand zurückzukehren. Eine nützliche Technik, um eine höhere Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der drahtlosen Verbindungen zu erreichen, ist es gleichzeitig mehrere simultane Verbindungen und mehrere Kanten-disjunkte Pfade von den Quellen zu den Fusionsknoten einzurichten. Die Motivation des Projektes stammt von der Beobachtung, dass Abhängigkeiten zwischen eingerichteten Verbindungen und Pfaden einen signifikanten Einfluss auf die resultierende Zuverlässigkeit haben. Das Projekt wird zum grundlegenden Verständnis dieser Abhängigkeitsstrukturen durch Verwendung von Copula-Theorie beitragen. Als Folge davon sollten verschiedene Zugangstechnologien eingesetzt werden, um statistisch unabhängige Konnektivität zu erreichen. Für alle drei Phasen während des widerstandsfähigen Betriebs, nämlich der regulären, der Überlebens- und der Rückgewinnungs-Phase, wird die sorgfältige Auswahl der Mehr-Pfade und Mehrfach-Konnektivität modelliert, untersucht und optimiert. Zuerst entwickelt das Projekt neue Algorithmen für die Platzierung und Konfiguration der Netzwerkknoten. Die benötige Dienstfunktion wird durch Anpassung an kleine Änderungen in der Umgebung garantiert. Ein System zur Überwachung des Netzwerkstatus und zur Detektion von störenden Ereignissen wird installiert. Nach der Erkennung von gleichzeitigen Fehlern bei mehreren Verbindungen und Knoten im Netzwerk, betritt das System die Überlebensphase. Während dieser Phase wird sich das System stabilisieren und kaskadierende Fehlerketten verhindern und zur selben Zeit eine hohe Dienstfunktion aufrechterhalten. Zweitens werden Mehr-Pfade und Mehrfach-Konnektivität für beide Ziele unter einem multi-kriteriellen Optimierungsansatz entworfen. Das Konzept der Netzwerk-Erweiterbarkeit wird auf Mehr-Pfade und Mehrfach-Konnektivität erweitert und es werden sowohl deterministische als auch statistische Optimierungsmodelle entwickelt. Drittens, nach Stabilisierung des Netzwerks, wird ein Plan für die Wiederherstellungsphase und die dazugehörige Konfiguration entwickelt, eingesetzt und aktiviert. Der Übergang zu dieser neuen Konfiguration muss nahtlos ablaufen, ohne das System anzuhalten oder Dienstausfälle zu verursachen. Schließlich wird das Projekt die entwickelten Algorithmen auf einer kleinmaßstäblichen Demonstratorplatform in einer realistischen Industrieumgebung vorführen. Eine Installation von bis zu 10 Knoten mit maximal zwei Hop-Kommunikation zu den Fusionsknoten ist geplant. In System-Level Simulationen wird die Skalierbarkeit der Ansätze und Algorithmen auch gezeigt. Insgesamt wird das Projekt signifikante Gewinne hinsichtlich Dienstverbesserungen während der Überlebensphase und Wiederherstellungsphase zeigen. (Beschreibung aus REINDEER)

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Schwerpunktprogramm (SPP) 2378

Beginn: 2023

Projektmitglieder