GEMIMEG-II

GEMIni | MEtrology | Global

Sichere, adaptive Konnektivität in drahtlosen, sensorbasierten Messnetzwerken

Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Dauer: August 2020 - Juli 2023

Die immer schneller voranschreitende digitale Transformation verlangt nach immer größeren Datenmengen und präziseren Information zur Beschreibung der Welt. Um präzise Information zu erhalten, ist insbesondere die Qualität der gewonnenen Daten, unter anderem von Sensoren und Aktoren, sowie die Belastbarkeit der davon abgeleiteten Aussagen und Schlüsse von zentraler Bedeutung. Die verlässliche Feststellung und Sicherung der Datenqualität ist somit die Voraussetzung, um Daten tatsächlich für eine genaue Beschreibung der Welt in insbesondere der Industrie einsetzen zu können.

Im Projekt „Sichere und robuste kalibrierte Messsysteme für die digitale Transformation“ – GEMIMEG-II (GEMIni | MEtrology | Global) soll eine sichere, durchgängige, rechtsgemäße und rechtsverträgliche Ende-zu-Ende Verfügbarkeit von Informationen für die Umsetzung von zuverlässigen, vernetzten Messsystemen entwickelt werden. Die Umsetzung der Vision baut auf fünf zentralen Forschungsfeldern auf: 1. Robuste digitale Kalibrierinformationen, 2. Zuverlässige multiX-Sensoren, 3. Verbesserung der Datenqualität, 4. Sichere Datenorchestrierung und 5. Zukunftsfähige Kommunikationsinfrastruktur. Diese Forschungsfelder werden im GEMIMEG-II Projekt eingehend untersucht, wobei die Ergebnisse in den Anwendungsfeldern 1. vernetzte Kalibriereinrichtungen, 2. Industrie 4.0, 3. Pharma- / Prozessindustrie und 4. autonomes Fahren exemplarisch demonstriert werden. Begleitet wird die Untersuchung und Umsetzung durch einer juristischen Simulationsstudie um rechtliche Fragestellungen zu untersuchen.

Innerhalb des GEMIMEG-II Projekts beschäftigt sich die Abteilung Drahtlose Kommunikation und Netze des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts mit der funktionalen Orchestrierung und sicheren adaptiven drahtlosen Vernetzung von massiven Sensornetzen und verteilten Messsystemen.

In zukünftigen Industrieanlagen wird es eine gewaltige Zahl an vernetzten, in die Industrieumgebung eingebettete Sensoren und Messgeräten geben, die hohe Volumina heterogener Maschinen- und Produktionsdaten generieren. Diese Daten müssen effizient und schnell übertragen, sowie strukturiert, gefiltert, verknüpft und klassifiziert werden. Durch die lokale Vorverarbeitung der Daten im Bereich der Sensoren werden verteilte Messsysteme in der Lage sein, den Antwortzeitanforderungen industrieller Anwendungen gerecht zu werden.

Darüber hinaus sollen Selbstüberwachung und -konfiguration der Sensoren (z.B. Energieverbrauch und Datenübertragungsvolumen) auch bei sich ändernden Umgebungsbedingungen sowie dynamischen Änderungen der Sensorik-Vernetzung ermöglicht werden. Eine Grundvoraussetzung hierfür wird eine, effiziente, flexible und resiliente Funkkommunikation sein, mit deren Hilfe verschiedene Komponenten in die Lage versetzt werden, sich (unter Berücksichtigung der Abhängigkeit zwischen Messprozess und Kommunikation) flexibel, bedarfsgerecht, latenzarm und eigenständig zu einem größeren Gesamtsystem zu vernetzen. 

5G-basierte Technologien bieten bzgl. wichtiger Parameter wie kurzer Latenzzeiten und erhöhter Kommunikationssicherheit einen vielversprechenden Ansatz für GEMIMEG-II. Zur Sicherung der Kommunikationsgüte müssen die entwickelten Vernetzungslösungen (auch privat betriebene 5G-Netze) in der Lage sein Netzwerkparameter (z.B. durch maschinelles Lernen) selbstständig an veränderliche Umgebungsbedingungen, Topologien und Anforderungen anzupassen. In Kombination mit sicheren und latenzarmen Kommunikationsprotokollen sollen Protokolle zur verteilten Triggerung und Synchronisation über mehrere Knoten entwickelt werden. Die so ermöglichte nachweisbare Synchronität in Netzen schafft neue Ansätze für hochperformante industrielle Messsysteme, z.B. zur Messung von Verzögerungszeiten in Kommunikations-/Sensornetzen oder zur verteilten und echtzeitfähigen Analyse hochdimensionaler Probleme.