Energieeffiziente Sensorknoten basierend auf der Intel Edison Plattform für Industrie 4.0

Andreas Reich

Bachelorarbeit: Energieeffiziente Sensorknoten basierend auf der Intel Edison Plattform für Industrie 4.0
Betreuer: Dr. Gerold Hölzl
Datum: 12/2016

Kurzfassung

 

In den letzten Jahren erfährt die industrielle Produktion tiefgreifende Veränderungen in ihren Anforderungen. Der technische Fortschritt  erfordert immer bessere, spezialisiertere und auch personalisiertere Produkte, sodass die Wertschöpfungsketten immer länger und komplexer werden. Um dieser neuen Herausforderung gerecht werden zu können und um diesen Trend weiter zu fördern, wurden Initiativen wie Industrie 4.0 und Industrial Internet ins Leben gerufen. Sie alle streben nach einer umfangreichen Lösung, welche in der Lage ist die Aktivitäten im gesamten Lebenszyklus eines Produkts effizient und automatisch zu organisieren. Ihre Vision beinhaltet die Idee von Intelligenten Fabriken, welche sich in einem hohen Maße internen Prozessen bewusst sind und diese Informationen über eine standardisierte Schnittstelle nach außen leiten. Andere Teilnehmer in der Wertschöpfungskette können dieses Wissen nutzen, um ihre Produktion dementsprechend anzupassen. Das ermöglicht selbstorganisierende und deshalb anspruchsvollere Wertschöpfungsketten. Um die internen Prozesse der physischen Welt wahrnehmen zu können, verfügen diese Intelligenten Fabriken über große und gleichzeitig flexible Netzwerke aus Sensoren und Aktuatoren. Hierbei können viele Ideen und Konzepte aus den Forschungsfeldern der Drahtlosen Sensor Netzwerke (WSN) und der Mobilen Ad-Hoc Netzwerke (MANET) übernommen werden. Beide Bereiche wurden in den letzten zwei Jahrzehnten intensiv erforscht.

Zunächst wird der Einsatz von Opportunistischen Netzwerken im Kontext der Intelligenten Produktion untersucht. Sie verwenden ein Kommunikationsparadigma, welches ursprünglich aus dem Bereich der MANETs stammt und die Idee beschreibt, dass Nachrichten, sobald sich eine Gelegenheit bietet, von den Netzwerkknoten so lange weitergegeben werden bis sie im vorgesehenen Ziel angelangt sind. Da sie die Nachrichten zwischenspeichern wenn gerade kein Nachbar vorhanden ist, sind sie in der Lage längere Zeit ohne Verbindung auszuhalten. Im Bereich der Intelligenten Produktion könnten Opportunistische Netzwerke beispielsweise genutzt werden um sehr große Areale zu beobachten, auf denen es zu teuer oder nicht möglich ist eine durchgehende Netzwerkinfrastruktur bereitzustellen. Denkbare Szenarien sind sehr vielfältig und erfordern maßgeschneiderte Routing Protokolle. Deshalb wird in dieser Arbeit ein neuartiger Netzwerknoten vorgestellt, welcher in opportunistischer Art und Weise Wi-Fi Netzwerke erstellt oder sich ihnen anschließt, um Daten auszutauschen. Diese Datenkanäle werden weiter verbessert indem zusätzlich automatisch eine Publish-Subscribe Nachrichteninfrastruktur bereit gestellt wird. Ein solcher Knoten kann als Grundlage verwendet werden um das Entwickeln eigener opportunischer Anwendungen zu erleichtern, die optimal auf den einzelnen Anwendungsfall abgestimmt sind. Die Ergebnisse sind vielversprechend und öffnen neue Perspektiven für Netzwerke in der Intelligenten Produktion.