Industrielle Kommunikation, 5G und Sensornetzwerke

Das produzierende Gewerbe benötigt für die industrielle Kommunikation garantierte und zuverlässige Kommunikationskanäle nach industriellen Maßstäben, die in zukünftigen Szenarien (z.B. innerhalb und zwischen Fabrikstandorten) die gewohnten und auch geforderten QoS-Kriterien erfüllen.

Für die industrielle Kommunikation wird eine hocheffiziente, skalierbare und abstrahierte Vernetzungsinfrastruktur benötigt, die automatisiert durch Anwendungen konfiguriert werden kann, sich weitgehend komplett selbst managend und mit der Datenverarbeitung, insbesondere der Datenintegration, -speicherung und –analyse, verschmilzt.

Ferner müssen zukünftige Kommunikationssysteme robust gegenüber Fehlern und äußeren Einflüssen sein (z.B. autarke Subsysteme um Safety-Anforderungen zu erfüllen). Es sind IT-Basistechnologien vorhanden, die weiterentwickelt und an die Anforderungen des industriellen Internets, insbesondere hinsichtlich echtzeitorientierter Datenverarbeitung sowie Zuverlässigkeit und Datensicherheit, angepasst werden müssen. Es ist hierbei wichtig, dass das System als Ganzes betrachtet wird und die geforderten Merkmale im Normalfall Ende-zu-Ende bereitgestellt werden müssen.

Die industrielle Kommunikation der Zukunft ermöglicht durch das Zusammenspiel aller Komponenten ein echtzeitfähiges, virtuelles Abbild des Zustandes einer kompletten Fabrik / Wertschöpfungskette und stellt damit eine zentrale Grundlage für zukünftige und innovative IT-Services und damit für neue Wettbewerbsvorteile der produzierenden Industrie dar.

Aktuell werden im Rahmen der Forschung im Kontext von 5G für Cyber Physical System (CPS) und intelligente Sensornetzwerke auch industrielle Fog Computing Architekturen untersucht, welche für eine spätere Integration von automatisiertem Monitoring und Control sowie Fehlerdetektierungsmechanismen der Daten erweiterbar sind. Das Thema der zertifizierten und sicheren Aufnahme und Übertragung von Messwerten aus drahtlosen Sensorverbünden wurde hierbei nach unserem Kenntnisstand jedoch bisher nicht ausführlich beleuchtet. Für vernetzte drahtlose Messsysteme und -verfahren zur sicheren echtzeitfähigen Zustandsüberwachung (Überwachung von Verzögerungszeiten, QoS-Parameter), zur verteilten Kalibrierung, Triggerung und Synchronisation über mehrere Knoten in 5G-basierten Funknetzen sind neue dezentrale Paradigmen und Regeln notwendig.

GEMIMEG wird auf automatisierte dezentrale sowie hybride Sensornetzwerke abzielen und damit bisherige Ansätze einer zentralisierten Datenverarbeitung in hierarchischen Aggregationsstufen für industrielle Sensornetzwerke (Projekt IC4F) erweitern. In der Kombination beider Vorhaben ergibt sich darüber hinaus eine Vielzahl von Möglichkeiten, um sicherheitsrelevante Verfahren mit einem digitalen Identitätsmanagement zu verknüpfen und effizient nutzbar zu machen:

  1. Eine Public-Key-Infrastruktur (PKI) kann mit dem Digitalen Kalibrierzertifikat (DCC) verknüpft werden, um validierte Kalibrierinformation und gerätespezifischen Schlüssel zu vereinen,
  2. Informationen über detektierte oder vermutete Angriffsvektoren können automatisiert direkt im DCC abgelegt und somit jederzeit nachvollziehbar gemacht werden und
  3. mathematische Methoden und Modelle für die Vermeidung von Störungen können mit den Informationen über die Messfähigkeit der Sensoren verbunden werden.