Vorlesung Kommunikationsnetze Einführung, Motivation Prof. Dr. H. P. Großmann mit B. Wiegel sowie A. Schmeiser und M. Rabel | Sommersemester 2011 | Institut für Organisation und Management von Informationssystemen
Vorlesung KommunikationsnetzeEinführung, Motivation
Prof. Dr. H. P. Großmann mit B. Wiegel sowieA. Schmeiser und M. Rabel | Sommersemester 2011 |Institut für Organisation und Management von Informationssystemen
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Inhalt
• Einführung
• Motivation: Anwendungsbeispiele– Daten-/Rechnernetzwerk
(Beispiel Campusnetz Uni Ulm)– TK-Anlagenverbund Uni Ulm
– Automatisierungsnetzwerke• Pumpspeicherkraftwerk• Synchronisation von Antrieben
– Fahrzeugnetzwerk (Intra-Fahrzeug Netz)– Kommunikation zwischen mobilen Systemen
(Beispiel Inter-Fahrzeug Netz)
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Einführung I
• Wozu Kommunikationsnetze?– Sprachkommunikation– Datenkommunikation– ...
• Zweck?– Nachrichtenaustausch– Datenaustausch– Fernsprechen/Videokonferenzen– Überwachung/Steuerung (Sensor-/Aktor-Netze)– ...
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Einführung II
• Räumliche Ausdehnung– 0.01 m ... 1 m Prozessorboards, (Multi-)Prozessorsysteme– 1 m ... 10 m PAN (Personal Area Network)– 10 m … 1 km LAN (Local Area Network), Feldbusse – einige 10 km MAN (Metropolitan Area Network)– 100 km ... 1000 km WAN (Wide Area Network)– global Netzverbünde
• Anwendungsorientierung (unterschiedliche Anforderungen)– (klassische) Rechnernetze– Verbindungsnetze in Rechnerclustern– Feldbus-Systeme– Ad-hoc Netze– ...
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Anwendungsbeipiel Daten-/Rechnernetzwerk
• Campusnetz Uni Ulm
Stand 2000
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Anwendungsbeipiel Daten-/Rechnernetzwerk
• Campusnetz Uni Ulm
Stand 2000
G r ü n e r H o f
A n i n s t i t u t e ,B W K , R K U
M i c h e l s b e r g , S a f r a n b e r g ,
H o c h s t r ä ß , W i b l i n g e n , e t c .
Z e n t r a l v e r t e i l e r
Z e n t r a l v e r t e i l e r
V e r w a l t u n g U R Z
U n i O s t , U R Z
S c i e n c e P a r k 1O 2 7
B a u s t u f e n B , C , K l i n i k e n O E , B W K
U n i W e s t , T F Z
A u s s e n a n b i n d u n g
. 2 4 0
. 2 4 0
. 2 4 0
S C P 1 &M a t h . O 2 7
. 1 5
. 6 6
. 6 7
. 8 5. 1 6 6
. 2 4 012
9.1
43
.87
.8/2
9
. 2 4 0
T F Z . 3 3
R K UB u r r i I n s t .
D R K & I L MZ S W
F A W
R e k t o r a m t &D e k a n a t
S e m i n a r f ü r P ä d . &B i b l i o . O E 1 &
T B A & B a u a m t
B W K
K l i n i kN e t z
. 8 9 | . 1 0 8 | . 1 0 9 | . 1 1 0
V e r w a l t u n g. 9 0 | . 9 1 | . 9 5
G r ü n h o f g a s s e
T B AP r ü f . A m t &S t u d . S e k r .
W o h n h . H e i l m e y e r s t . . 2 2 0
T S N e t z . . 2 0 0
. 1
U R Z - G S 1. 2 4 1 . 2 4 0
U R Z - G W 2. 1
. 1.1
. 2 4 1 . 9 9
.24
0.9
9
N 2 5 - G W 4. 2 4 1 . 1 0 2
P e e r i n gp e e r - g a t e
1 2 9 . 1 4 3 . 8 7 . 1 1
T e s i o nS w i t c h
B e l W üu l 1 . b e l w u e . d e
12
9.1
43
.87
.9
S c h u l e n , B k u p .
D a i m l e r C h r y s l e r
N 2 6 - S W 1. 2 4 0 . 1 1 1
10
.1
3.1
3.2
1 0 . 2
2 . 1
O 2 5 - G W 1. 1 0
N 2 6 - G W 3. 4 | . 1 4 | . 6 3
.24
0.8
9
N 2 5 - G W 2
.89
|.108
|.1
09|.1
10
.24
0.1
02
. 7
. 4 5. 2 0 3 | . 2 0 4
U R Z - V - G W 1
.90|
.91
|.95
. 9 6 . 9 9
. 9 2
. 9 4
G H - V - S W 1. 9 1 . 9 8
H O - G W 1
.9|.
88
I S D Nf r e e w a y
O 2 7 - G W 1
. 6 8 | . 7 0
.24
0.9
6
. 7 1 | . 7 2
. 7 3 | . 7 4. 1 2 | . 7 5 | . 2 0 7
. 7 7 | . 2 0 9. 6 9 | . 7 6
N 2 6 - G W 4. 2 4 0 . 1 0 6
.5|.1
11
N 2 6 - A S 1. 2 0 0 . 2 3 8
I N - U L M
M 2 3 - S T 2
2.2
. 1 1 | . 5 5 | . 6 0
. 5 5
. 4 3
. 4 3
. 4 1
. 6 4. 1 1 | . 5 5 | . 6 0
. 1 1 | . 5 5 | . 6 0
U R Z - G W 1. 2 4 0 . 1 0 4
. 2 0 0
. 6
O 2 6 - G W 1.24
0.9
7
. 4 2 .46|
.47
s e v e r i n
H I C O MT e l e f o n a n l a g e
S C P - 2 2 - S W 1. 1 5 . 9 8
S C P - 2 0 - S W 2. 8 5 . 9 7
S C P - 2 0 - S W 1
S C P - 1 8 - S W 1. 6 6 . 9 8
. 8 5 . 9 8
o r i o n
l y r a
w e g a
d e v - n u l l
U R Z - S W 81 3 4 . 6 0 . 1 . 2 4 4
U R Z - C X 2
U R Z - S W 1
U R Z - S W 3
U R Z - C X 4
U R Z - C X 3
U R Z - C X 1
U R Z - S W 4. 2 4 0
D F NW i N S h u t t l e
D F Nu n i - u l m 1 . w i n - i p . d f n . d e
B e l W üu l 2 . b e l w u e . d e
F & L F Wt o r
1 2 9 . 1 4 3 . 8 7 . 1 0
. 2 4 0 . 1 0 8
F W B a c k u pu l m - i n
1 2 9 . 1 4 3 . 8 7 . 1 0
. 2 4 0 . 1 0 9
U 2 - 4 1 - G W 1. 2 | . 2 5 | . 2 7 | . 2 9 | . 1 2 0 | . 2 0 2 . 2 4 0 . 4 1
U 2 - 4 3 - G W 1. 2 4 | . 2 6 | . 2 8 | . 3 0 | . 1 2 1 . 2 4 0 . 4 3
U 2 - 4 5 - G W 1. 2 0 | . 2 1 | . 1 2 2 . 2 4 0 . 4 5. 2 2. 2 3
U 2 - 4 7 - G W 1. 3 7 | . 3 8. 3 1 - . 3 6 | . 1 2 3 . 2 4 0 . 4 7
M 2 3 - G W 1. 1 6 | . 5 0 | . 8 0. 1 9 3
. 2 4 0 . 9 2
M 2 4 - G W 1. 2 4 0 . 9 1. 1 7
. 4 8
. 6 2
M 2 5 - G W 1. 2 4 0 . 9 0. 4 9
. 6 5
. 8 4
N 2 4 - G W 1. 2 4 0 . 9 0
. 1 8
. 4 4
. 6 1
. 1 9 6
Z I K - F W .50
.3
O 2 7 - 2 - S W 1. 1 6 6 . 9 8
N 2 6 - G W 2. 1 5 | . 6 6 | . 6 7 | . 8 5 | . 1 6 6. 2 4 0 . 1 0 5
N 2 6 - G W 1 .24
0.9
8
.10
0.9
9.9
8.9
7.8
2
M I C H - S W 1.10
9.9
7
K F G - S W 1.110
.98
V - F W. 9 6 . 9 8
. 2 4 3 . 2
.24
0
. 9 | . 8 8
W o h n h . F r a u e n s t e i g e . 1 0 9
W o h n h . S p r o l l . 1 0 5W o h n h . W u r m . 1 0 6
W i b l i n g e n F & LW i b l i n g e n V e r w .
P a r k s t r a s s e . 8 9B i o m e t r i e . 1 0 9
B i b l i o . M i c h . . 1 0 9V i l l a F l e i n e r . 1 0 9
B i b l i o . S a f r a n b g . 1 0 9
V i l l a E b e r h . . 1 0 8P s y c h . I I I . 1 0 8
H e r z c h i r u r g i e . 1 0 8
H O - S W 1 .9.9
8
F H - U l m
F H - B i b e r a c hH a y i n g e n
G e i s l i n g e n
M u l t i C h a n n e l
u l m a t h o m e. 8 . 2 5 4 . 8 . 2 5 3
8 x
S2
M
T e s i o n
. 8 . 2 5 4
N 2 6 - C X 1
. 3 | . 1 3 | . 7 9 | . 8 3. 1 0
. 2 1 7
. 3 | . 8 3
. 1 3 | . 7 9. 2 4 1 . 9 5
c a s t o r
t i n g e r. 2 4 0
U R Z - G S 2. 2 4 1 . 2 4 1
11
2
U R Z - S W 91 3 4 . 6 0 . 1 . 2 4 6p o 2 5
S u b n e t z 8 u n d u l m a t h o m e h ä n g e nv o r ü b e r g e h e n d a n N 2 5 - g w 2
g a , O k t . 9 9
T e l e k o m
. 2 4 5 . 1
. 2 4 3 . 1
R e s e r v . f . S e k r e t a r i a t
N 2 5 - G S 1. 2 4 1 . 2 3 9
N 2 6 - G S 1. 2 4 1 . 2 3 8
G l a s f a s e rA U I / T h i c k w i r eT h i n w i r eT w i s t e d P a i rS o n s t i g e
A T M S w i t c h
B r i d g e / S w i t c h
E n d g e r ä t
H u b / R e p e a t e r
R o u t e rG i g a b i t E t h .F a s t E t h .
A T M
E t h e r n e t
F D D I
S o n s t i g e
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 7
Anwendungsbeipiel Daten-/Rechnernetzwerk
• Campusnetz Uni Ulm
Stand 2007
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 8
Anwendungsbeipiel Daten-/Rechnernetzwerk
• Campusnetz Uni Ulm
Stand 2007
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 9
Anwendungsbeipiel Daten-/Rechnernetzwerk
• Campusnetz Uni Ulm
Stand 2007
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 10
Anwendungsbeipiel Daten-/Rechnernetzwerk
• TK-Anlagenverbund Uni Ulm
Stand 2008
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 11
Anwendungsbeipiel Daten-/Rechnernetzwerk
• TK-Anlagenverbund Uni Ulm
Stand 2008
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 12
Anwendungsbeispiel Pumpspeicherkraftwerk
Energie muss entsprechend dem Verbrauch bereitgestellt werden:
• Grundlast– Kernkraftwerke– Braunkohlekraftwerke– Laufwasserkraftwerke
• Mittellast– Steinkohlekraftwerke
• Spitzenlast– Gaskraftwerke– Pumpspeicherkraftwerke
• Stromeinspeisung– Blockheizkraftwerke– Regenerative Energiequellen:
Windenergieanlagen, Solarenergieanlagen
Quelle: http://de.wikipedia.org; Kraftwerksmanagement
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 13
Prinzip eines Pumpspeicherkraftwerks I
Turbinenbetrieb Pumpbetrieb
0 bis 150 MW -150 MW
Quelle: Hamburgische Electricitäts-Werke AG, 40 Jahre Pumpspeicherwerk Geesthacht
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 14
Prinzip eines Pumpspeicherkraftwerks II
Hydraulischer Kurzschluss am Beispiel Kopswerk II im Montafon
Quelle: Vorarlberger Illwerke AG; http://www.kopswerk2.at/
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 15
Zu jedem Zeitpunkt (auch während eines laufenden Betriebs-überganges) kann eine andere Betriebsart angewählt werden
Übersicht Betriebsarten und Betriebsübergänge
Quelle: Voith Hydro, Heidenheim
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 16
Kavernenkraftwerk mit 3 Maschinen
Quelle: Vorarlberger Illwerke AG; http://www.kopswerk2.at/
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 17
• Maschinenkaverne:– Länge: ca. 88 m– Breite: max. ca. 30,5 m– Höhe: max. ca. 60,5 m
• Gesamthöhe einesMaschinensatzes:rd. 38 m
• Nenndrehzahl: 500 U/min
• Nennleistung je Turbine:150 MW
• Antriebsleistung je Pumpe:150 MW
• Fallhöhe: rd. 800 m
Maschinenkaverne Querschnitt
Quelle: Vorarlberger Illwerke AG; http://www.kopswerk2.at/
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 18
CAM Modell
MMI – Mensch-Maschine-InterfaceSPS – SpeicherProgrammierbare Steuerung
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 19
Leitsystem
• Allgemeine Kraftwerksleittechnik• Maschinenleittechnik• Visualisierung der Leittechnik-Prozesse• Fernsteuerung durch Anbindung ans Illwerke Control Center
Quelle: Vorarlberger Illwerke AG; http://www.kopswerk2.at/
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 20
Maschinenleittechnik
• Steuert und schützt die Maschinensätze
• Besteht pro Maschinensatz aus„Hardwareinseln“ für:
– Automatik (dezentrale SPS)– Mechanischen Schutz (zentrale SPS)– Mechanischen Notschutz (Relaistechnik)
• Dezentrale Peripherie:Sensoren (z.B. Druck, Strömung,Temperatur) werden je Geschossin den zugehörigen Vor-Ort-Schrankverkabelt
• Im Kraftwerk:– 176 Schaltschränke– 4.800 Kabel; gesamt ca. 217 km Länge– Insgesamt etwa 8.500 Datenpunkte
Quelle: Vorarlberger Illwerke AG; http://www.kopswerk2.at/
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 21
Zeitverhalten eines verteilten Systems
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 22
Anwendungsbeipiel Synchronisation von Antrieben
• Synchronisation von Stellelementen– (z.B. Klappenanstellung bei Flugzeugen)
• CNC Maschinensteuerung– Abstimmen der Achsen z.B. beim Drehen von Kugeln, Ellipsen,
Gewinden, ...• Ersatz der „Königswelle“ bei Druckmaschinen oder Maschinen zur
Papierherstellung
Quelle: Siemens AG, http://www.automation.siemens.com/download/internet/cache/3/1456741/pub/de/ ...… 02_Usecase_4_Erweiterte_Mengengerueste_und_Performance_d.pdf
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 23
Echtzeit-Kommunikationssysteme
• Lösungsmöglichkeit– Einfache Bussysteme wie TTP– Strukturiertes Echtzeitnetzwerk auf Basis von „Echtzeit“-Ethernet
• Architekturanforderungen– harte / weiche Echtzeit muss sein– Bei sicherheitskritischen Anwendungen ist Redundanz erforderlich– Meist Forderung: Kompatibilität zum bisherigen Feldbus
• Nachteile ff.
– IP Traffic soll ermöglicht werden
– Die üblichen Regler-modelle sollen ver-wendet werden können
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 24
Anforderungen an die Echtzeit
• ausreichend Bandbreite• spezifizierte Verzögerungszeit
– weiche Echtzeit – Ankunft der Daten innerhalb einer Zeitspanne– harte Echtzeit – Ankunft der Daten genau nach t [µs … ms]
RT – RealtimeIRT – Isochronous Realtime
Quelle: Siemens AG, http://www.automation.siemens.com/download/internet/cache/3/1456741/pub/de/ ...… 02_Usecase_4_Erweiterte_Mengengerueste_und_Performance_d.pdf
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 25
Synchrones / isochrones Netzwerk
• Synchrone Netzwerke– besitzt einen netzweit synchronen Bittakt
• separate Taktleitung
• teuer, früher üblich
– Bittakt wird über eine PLL rekonstruiert• billig, aber schlechter skalierbar
– einen Timing Master– über eine Bustopologie
• Isochrone Netzwerke– verfügt über Software PLLs synchronisierte Uhrzeiten– erlaubt einen Multimaster-Betrieb (Master wird ernannt/gewählt)
– erlaubt eine freie Topologiewahl
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 26
TDMA – als Rahmenprotokoll
• TDMA ist üblich bei synchronen und isochronen Netzen– Realtime Ethernet erfordert Modifikation des CSMA/CD Protokolls– IEEE 1394 Bedarf keiner Modifikation
• findet nur gelegentlich Verwendung, meist im Zusammenhang mit Kameras
• isochron / asynchron
– FDDI basiert (Macro-Bus von Delta-Tau)• Time Token Rotation Protocol (TTRP)
• synchron / asynchron
• Implementierung in– Hardware, erlaubt harte Echtzeit– Software, erlaubt weiche Echtzeit
TDMA – Time Division Multiple AccessCSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access / Collision DetectionFDDI – Fiber Distributed Data Interface
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 27
Ethernet – Unterstützende Protokolle
• Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1d)– erlaubt redundante Verdrahtung
• Zeitsynchronisation (IEEE 1588)– NTP ähnlich– Uhrensynchronisation besser als 1µs– ein zentraler Timing Master für den TDMA Rahmen kann entfallen– Verwaltungsinstanz zur Bandbreiteneinteilung dennoch notwendig– im letzten Segment eines Zyklus, kann die übliche IP basierte
Datenkommunikation stattfinden
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 28
Objektorientierung im Maschinenbau
• Mechanische Bauelemente sind heute– hochgradig modular– Objektorientierung ist umgesetzt
• Steuerungstechnik– Nach wie vor meist zentral (linkes Bild)– Objektorientierung ist nur selten oder in großen Anlagen umgesetzt
Quelle: Ethernet POWERLINK Standardization Group, http://www.ethernet-powerlink.org/index.php?id=16&L=0
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 29
Echtzeit Ethernet – frei verfügbar
• Software Echtzeit Ethernet und virtuelles Ethernet– Beispiel: RTnet
– Einbau einer Zwischenschicht• erlaubt TDMA Rahmen
• hier: erlaubt keine unmodifizierten Netzwerkteilnehmer
Quelle: Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Institut für Systems Engineering, http://www.rtnet.org/
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 30
Standardisierung – nein - es gibt nicht den einen Standard
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 31
Standardisierung – ja?
• Seit 1999 werden Feldbusse für industrielle Anwendungen in der Norm IEC 61158 ("Digital data communication for measurement and control – Fieldbus for use in industrial control systems") weltweit standardisiert.
• Die einzelnen Feldbusse werden in der Norm IEC 61784-1 als Communication Profile Families (CPF) geführt.
• Die neuen echtzeitfähigen Ethernet-basierten Feldbusse sind in der Norm IEC 61784-2 zusammengestellt.
• Jede Protokollfamilie kann weitere Feldbusse definieren.
• Nachteil:– die meisten Firmen müssen rückwärts kompatibel bleiben
– dies führt, entgegen der ursprünglichen Absicht zu einer Vielzahl neuer Netze und nicht zu einer Reduzierung
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 32
Anwendungsbeispiel Fahrzeugnetzwerk
• Konventionelles Bordnetz bis in die 1980er Jahre– Stromversorgung (Batterie, Generator)– Startanlage– Zündung– Beleuchtung– Sicherheits- und
Komfortelektronik
• SteigenderFunktionsumfangerfordert mehrVerkabelung
Quelle: Bosch; Autoelektrik Autoelektronik am Ottomotor
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 33
Komplexe Funktionen in modernen Fahrzeugen
• Antriebstrang– Motormanagement, Abgasnachbehandlung– Automatikgetriebe
• Fahrsicherheit– Elektronisches Stabilitäts-Programm (ESP)– Adaptives Kurvenlicht, Abbiegelicht– Adaptive Cruise Control (AAC)– Nachtsichtgerät
• Komfortfunktionen– Klimatisierungsautomatik, Standheizung– Fensterheber, Schiebedach– Sitz-, Spiegelverstellung
• Infotainment– Radio, TV, CD, DVD, MP3– Navigation– Online-Dienste– …
Quelle: http://de.wikipedia.org; Abstandsregeltempomat
Quelle: http://www.mercedes-benz.de; Nachtsichtassistent
Quelle: http://www.bmw.de; Navigationssystem
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 34
Gesamtvernetzung S-Klasse (BR 221)
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 35
Netzwerkstruktur eines typischen Mittelklassewagens
Quelle: http://www.tomshardware.com/de/bmw-x5-flexray-datenbus-neu,testberichte-1546-5.html
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 36
Automotive Feldbusse
• Historisch gewachseneAnforderungen
– Fahrrelevante Funktionen– Sicherheit– Komfort– „Wohnung/Büro auf Rädern“
• Spezialisierte Netzwerke– Steuerungen– Regelungen– Automatisierungsaufgaben– Audio/Video
• Embedded Systemumgebung– Begrenzte Ressourcen
LIN
FlexRay
CAN
MOST150 Ethernet
Bandbreite[Bit/s]
20k500k
10M
100M
1G
MOST
LIN – Local Interconnect NetworkCAN – Controller Area NetworkMOST – Media Oriented Systems Transport
Latenzzeit?
Zyklische oder ereignisgesteuerte Signale?
Jitter?
Redundanz? Sicherheit?
Zentrale oder verteilte Anwendung?
Topologie?
Nutzdatengröße?
EMV?
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 37
Heterogene Netzwerkumgebung am Beispiel Automotive
• Keine Konsolidierung– Divergente Anforderungen
an QoS– Konservative
Vorgehensweise– Kostendruck
⇒ Komplexe Systemebenötigen aufwändigeapplikationsspezifischeGateways
LIN – Local Interconnect NetworkCAN – Controller Area NetworkTTP – Time Triggered ProtocolMOST – Media Oriented Systems Transport
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 38
Kommunikation zwischen mobilen Systemen –Beispiel Fahrzeuge
• Austausch von Information zwischen den Fahrzeugen– Was haben sich Fahrzeuge zu erzählen ?– Welche Applikationen sind möglich ?– Wie soll Information verbreitet werden ?– Für wen ist welche Information interessant ?
• Kommunikationsmedium ist drahtlose Funktechnologie– Welche Anforderungen bestehen an die Funktechnologie ?– Können bereits entwickelten Technologien diese Anforderungen erfüllen
und für Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation eingesetzt werden ?– Welche Probleme müssen berücksichtigt / gelöst werden?
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 39
Was haben sich Fahrzeuge zu erzählen ?
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 40
Mögliche Applikationen – Safety of Life
Safety of Life – Sicherheit im Straßenverkehr
• Lokale Warnungen vor Unfällen, schlechtem Wetter (Straßenglätte,Nebel, ... ), Hindernissen (liegengebliebenen Fahrzeugen, verlorenem Transportgut, ...)
• Elektronisches Bremslicht: Bei Not- oder starkem Bremsvorgang wird eine Warnung an nachfolgende Fahrzeuge geschickt
• Senden einer Warnung von langsamen Fahrzeugen (Stauende)
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 41
Mögliche Applikationen – Kooperatives Fahren
Kooperatives Fahren – Autonome Fahrzeuge
• Kommunikation über geplante Fahrmanöver(Abbiegen, Überholen, ...)
• Kooperative Umfelderkennung(Austausch von Objektinformationenim Umfeld der Fahrzeuge;Erweiterung des Sichtbereichesder Sensoren)
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 42
Mögliche Applikationen – Dezentrale Serviceinformation
• Verbreitung lokaler Verkehrsinformation– Stausituation– Parkplatzsuche– blockierte Straßen
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 43
Anforderungen an die Netztechnologie
Die Kriterien • Zuverlässigkeit• Delay (Latenz) der Nachrichten• Echtzeitanforderungen
KRITERIEN SAFETY OF LIFE
KOOPERIERENDES FAHREN #1
KOOPERIERENDES FAHREN #2
DEZENTRALE SERVICE-INFORMATION
Zuverlässigkeit Hoch Hoch Hoch Hoch
Delay der Information
Hoch Hoch Hoch wenig Relevanz
Echtzeit-anforderungen
Nein Nein Ja Nein
Verbreitung der Information
Teilnehmer in best. Bereich
Teilnehmer inbest. Bereich
Teilnehmer inbest. Bereich
Interessierte Teilnehmer in bestimmten Bereich
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 44
Auswahl der Netztechnologie – Mobiles Infrastrukturnetz (GSM/GPRS/UMTS) ?
UMTS, GSM/GPRS sind Infrastruktur basierende Technologien
• Entwickelt für mobile Umgebung (+)
• Hohe Verfügbarkeit (+)
• Hohe Investitionskosten, da Infrastruktur für Services ausgebaut werden muß (-)
• Großer Overhead wegen zentralisierter Struktur (-)
• Adressierung der Information an best. Teilnehmer schwierig (-)
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 45
Auswahl der Netztechnologie – Ad-Hoc-Netz ?
Ad-Hoc Netz • Netz bildet sich spontan (+)• Teilnehmer übernehmen Aufgaben der aktiven
Netzkomponenten (+)• Keine Infrastruktur notwendig (+)
Bluetooth• Langer inquiry Prozess
⇒ große Verzögerungen beim Datenaustausch (--)
IEEE 802.11 (WLAN)• Kein Setup Prozess benötigt (+)• Nicht entwickelt für mobile Umgebungen (-)
Vorlesung Kommunikationsnetze | Einführung, Motivation | Sommersemester 2011Seite 46
VANET
Vehicular Ad-Hoc Network• Vorbild WLAN• Broadcast-Netzwerk• Berücksichtigung der Mobilität
Fragestellungen / zu lösende Aufgaben:• Medienzugriff• Weiterleitung / Verbreitung der Information
(Routing, Data Dissemination)• Zuverlässigkeit• Priorisierung von Anwendungen• Authentifizierung / Privacy