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Berlin, Heidelberg : Springer Berlin / Heidelberg, 2020

1 online resource (374 pages)

ISBN 9783662598955 (electronic bk.)

ISBN 9783662598948

Technologien Fur Die Intelligente Automation Ser. ; v.12

Print version: Jasperneite, Jurgen Kommunikation und Bildverarbeitung in der Automation Berlin, Heidelberg : Springer Berlin / Heidelberg,c2020 ISBN 9783662598948

Intro -- Preface -- Organisation -- Table of Contents -- Communication in Automation -- TSN basierte automatisch etablierte Redundanz fur deterministische Kommunikation -- 1 Einleitung -- 2 Mechanismen fur Quality of Service (QoS) -- 3 Industrielle Anforderungen an Echtzeitkommunikation -- 3.1 Latenz -- 3.2 Verfugbarkeit -- 4 Stream Reservation -- 5 Redundante Stream Reservierung -- 5.1 End-to-End Frame Replication and Elimination for Reliability (E2E FRER) -- 5.2 Network Frame Replication and Elimination for Reliability (Network-FRER) -- 6 Fazit -- Literatur -- Arduino based Framework for Rapid Application Development of a Generic IO-Link interface -- 1 Introduction -- 2 Framework overview -- 3 Firmware -- 4 GUI -- 5 Hardware interface -- 6 Proof of concept -- 6.1 IO-Link distance sensor -- 7 Conclusions -- References -- On the suitability of 6TiSCH for industrial wireless communication -- 1 Introduction -- 2 Overview of 6TiSCH-stack -- 2.1 Time Slotted Channel Hopping -- 2.2 Routing protocol RPL -- 2.3 6TiSCH-WG standardization activities -- 3 Challenges -- Challenge 1: Convergence on industrial concerns -- Challenge 2: Avoidance of specification implementation mismatches -- Challenge 3: Design of the management architecture scheme -- Challenge 4: Concurrence of other wireless technologies -- 4 Analysis and Improvements of the 6TiSCH minimal configuration -- 4.1 6TiSCH network formation procedure -- 4.2 Shortcomings of 6TiSCH-MC -- 4.3 Improvements of 6TiSCH-MC -- 4.4 Diagonal: Our improvement proposal for 6TiSCH-MC -- 5 Conclusions -- References -- Ein dezentraler Regelalgorithmus fur ein automatisches Koexistenzmanagement -- 1 Einfuhrung -- 2 Der Betrachtungsraum als Regelkreis -- 3 Modellierung der Regelstrecke zur Koexistenz -- 4 Modellierung eines dezentralen Regleralgorithmusses -- 5 Validierung des Modells fur die dezentrale Regelung.

3.2 Domain-based Time Aware Forwarder: Funktionsmodus fur garantierte niedrige Latenz in Linientopologien mit Geraten ohne Time Aware -- 4 Ethernet TSN-Konfigurationsmodellvarianten fur heterogene Netze -- 4.1 TSN-Funktionsmodus ohne Topologiewissen in der Konfigurationslogik -- 4.2 Spezieller TSN-Funktionsmodus fur Netzwerke mit einem zentralen Kommunikationspunkt (Single-Controller Networks) -- 4.3 Spezieller TSN-Funktionsmodus mit Topologiewissen und Sendereihenfolgeoptimierung fur Single-Controller Networks -- 4.4 Ausblick allgemeine TSN-Funktion und -konfiguration fur konvergente Netzwerke (inkl. Multi-Controller Networks, kein zentral Kommunikationspunkt) -- 5 Zusammenfassung -- Literatur -- Sichere Benutzerauthentifizierung mit mobilen Endgeraten in industriellen Anwendungen -- 1 Einleitung -- 2 OPC-UA -- 3 Nutzung einer PKI im Zusammenhang mit einem Konfigurationsund Nutzermanagementsystems -- 4 Smartcards als Schlussel zum Zugriff auf Komponenten eines Netzwerks und ihre Personalisierung -- 5 Benutzerauthentifizierung mit einem mobilen Endgerat und einer Smartcard -- 6 Sicherheitskritische Betrachtung von NFC im Kontext der Applikation -- 7 Zusammenfassung -- Literatur -- A comparative evaluation of security mechanisms in DDS, TLS and DTLS -- 1 Introduction -- 2 IT security requirements in Industrie 4.0 -- 3 Fundamentals -- 3.1 DDS Core -- 3.2 DDS Security -- 3.3 TLS and DTLS -- 4 Evaluation -- 5 Conclusion -- References -- Modeling Security Requirements and Controls for an Automated Deployment of Industrial IT Systems -- 1 Introduction -- 2 IEC 62443 Security Standard -- 3 Security extension for OASIS TOSCA -- 4 Model checking -- 5 Prototypical Evaluation in a Realistic Scenario -- 5.1 Use-case scenario: Operation and Monitoring of Automated-Guided Vehicles -- 5.2 Security Requirements Modeling based on IEC 62443.

4.4 Aufstellung industrieller 5G-Netze -- 4.5 Ende-zu-Ende-Dienste fur Kontrollanwendungen sind ein neues Feld -- 5 5G Alliance for Connected Industries and Automation (5G-ACIA -- 6 Offene Themen -- 6.1 Netzwerkanforderungen -- 6.2 Verhaltensweise der Dienste -- 6.3 „Native Einbindung" -- 6.4 Frequenzzuweisung -- 7 Wie geht es weiter? -- Literatur -- Optimierung eines Funksystems fur hybride kaskadierte Netzwerke in der Fertigungsautomation -- 1 Einleitung -- 2 Kommunikationssysteme in der Fertigungsautomation -- 2.1 Allgemeine Anforderungen von Applikationen der Fertigungsautomation -- 2.2 Zentrale Anforderungen der Fertigungsautomation an ein Kommunikationssystem -- 3 Hybride, kaskadierte Netzwerke und ihre Eigenschaften -- 3.1 Verwendbarkeit von bereits etablierten drahtlosen Technologien -- 3.2 Freiheitsgrade beim Entwurf eines Funksystems -- 3.3 Optimierter Entwurf des Funksystems -- 4 Das Projekt ParSec: Paralleles und sicheres Funksystem -- 5 Zusammenfassung und Ausblick -- Hinweis -- Literatur -- How Device-to-Device Communication can be used to Support an Industrial Mobile Network Infrastructure -- 1 Introduction -- 1.1 Related Works -- 1.2 Approach -- 2 Scenario -- 2.1 Automated services without coverage -- 2.2 Extended connectivity outside coverage -- 2.3 Low latency communication and synchronization -- 3 Handover Comparison -- 3.1 X2 based Handover -- 3.2 PC5 based Path Switch -- 3.3 X2 PC5 Comparison -- 4 Conclusion & -- Future Work -- 5 Acknowledgement -- References -- Hardwarearchitektur eines latenzoptimierten drahtlosen Kommunikationssystems fur den industriellen Mobilfunk -- 1 Einleitung -- 2 Anforderungen -- 3 Systemdesign -- 3.1 Gewahrleistung von Authentizitat, Integritat und Vertraulichkeit -- 3.2 Kanalkodierung -- 3.3 Mehrtragerverfahren OFDM -- 3.4 Frame-Design -- 3.5 RF-Frontend und AGC -- 4 Hardwarearchitektur.

6 Schlussfolgerung -- Literatur -- Untersuchung der Netzlastrobustheit von OPC UA - Standard, Profile, Gerate und Testmethoden -- 1 Einleitung -- 2 Stand der Technik OPC UA -- 2.1 OPC UA Kommunikationsmodell -- 2.2 OPC UA Transportprotokolle -- 2.3 OPC UA Profile -- 2.4 OPC UA Security Model -- 2.5 OPC UA Certification Test -- 3 Stand der Technik Security Level 1 Test bei PROFINET -- 4 Exemplarischer Netzlasttest einer OPC UA Implementierung -- 4.1 Beschreibung des zu testenden OPC UA Gerates -- 4.2 Aufbau und Durchfuhrung des Tests -- 4.3 Testergebnisse und deren Auswertung -- 5 Zusammenfassung -- Literatur -- Open-Source Implementierung von OPC UA PubSub fur echtzeitfahige Kommunikation mit Time-Sensitive Networking -- 1 Einfuhrung -- 1.1 OPC Unified Architecture -- 1.2 Time-Sensitive Networking (TSN) -- 1.3 OPC UA PubSub und OPC UA PubSub in Kombination mit TSN -- 2 Integration von OPC UA Servern mit echtzeitfahigem OPC UA PubSub -- 3 Implementierung -- 4 Evaluierung -- 5 Zusammenfassung und Ausblick -- Literatur -- Abstraction models for 5G mobile networks integration into industrial networks and their evaluation -- 1 Introduction -- 2 Mobile Network Integration -- 2.1 Integration approach on layer 3 -- 2.2 Integration approach on layer 2 -- 3 Evaluation approach -- 3.1 Metrics for the performance evaluation -- 3.2 Metrics for the usability evaluation -- 4 Conclusion -- References -- Anforderungen an die 5G-Kommunikation fur die Automatisierung in vertikalen Domanen -- 1 Einleitung -- 2 Genereller Uberblick zur 5G-Standardisierung -- 3 5G Dienstanforderungen fur uMTC im industriellen Umfeld -- 4 Erkenntnisse aus der Erarbeitung von TR 22.804 -- 4.1 Gemeinsamkeiten uber „vertikale Grenzen" hinweg -- 4.2 Kennzahlen (insbesondere Latenzzeiten) sind nicht alles -- 4.3 Industrielle 5G-Netze als nicht-offentliche Netze.

4.1 Frontend-Domane -- 4.2 Basisband-Domane -- 4.3 Applikationsdomane -- 5 Auswertung der Implementierung -- 5.1 Hardwarekomplexitat -- Forderung der Forschung -- Literatur -- Praxisbericht: Implementierung von TSN-Endpunkten im industriellen Umfeld -- 1 Einleitung -- 2 Ein industrieller Anwendungsfall -- 3 TSN-Automatisierungsprofile -- 4 TSN-Endpunkt-Architektur aus dem Profil der Avnu Alliance -- 4.1 CUC Interface -- 4.2 Time-Sensitive Stream Object -- 4.3 Network Interface -- Stream Translation. -- Time-Sensitive Queue. -- 4.4 End Station Configuration State Machine -- 4.5 Time Synchronisation -- 4.6 Topology Discovery -- 4.7 Technische Anforderungen an TSN-Endpunkte -- Stream Translation: -- Time-Sensitive Queue: -- Integrierter Switch bei 2-Port-Endgerat: -- 5 Verfugbare Losungen und Umsetzung -- 5.1 Hilscher NetX 51 -- 5.2 Xilinx 100M/1G TSN Subsystem IP -- 5.3 Vergleich der Losungen -- 5.4 Umsetzung -- Time-Synchronisation -- Stream-Translation -- Time Sensitive Queue -- 6 Auswertung -- 6.1 Messung der Zeitsynchronisation -- 6.2 Prufung der Ubersetzung von Datenstromen -- 6.3 Prufung der Sendemechanismen Time Sensitive Queue. -- Time Sensitive Queue. -- Per-Stream Scheduling. -- Literatur -- Ethernet TSN Nano Profil - Migrationshelfer vom industriellen Brownfield zum Ethernet TSN-basierten IIoT -- 1 Entwicklungstendenzen von Ethernet TSN im Applikationsfeld industrielle Automation und Motivation fur ein Ethernet TSN Nano Profil -- 2 Heterogenitat von Ethernet TSN in Profilen, Systemen und Geraten -- 3 Ethernet TSN Nano-Profil - Skalierung von Ethernet TSN fur die Feldebene und Retrofitting von IEC Echtzeit Ethernet-Hardware und -Anlagen -- 3.1 Time Aware Forwarder: Funktionsmodus fur den Time Aware Shaper fur Bridged Endstations mit eingeschrankter Weiterleittabelle und.

4.4 Aufstellung industrieller 5G-Netze -- 4.5 Ende-zu-Ende-Dienste fur Kontrollanwendungen sind ein neues Feld -- 5 5G Alliance for Connected Industries and Automation (5G-ACIA -- 6 Offene Themen -- 6.1 Netzwerkanforderungen -- 6.2 Verhaltensweise der Dienste -- 6.3 „Native Einbindung" -- 6.4 Frequenzzuweisung -- 7 Wie geht es weiter? -- Literatur -- Optimierung eines Funksystems fur hybride kaskadierte Netzwerke in der Fertigungsautomation -- 1 Einleitung -- 2 Kommunikationssysteme in der Fertigungsautomation -- 2.1 Allgemeine Anforderungen von Applikationen der Fertigungsautomation -- 2.2 Zentrale Anforderungen der Fertigungsautomation an ein Kommunikationssystem -- 3 Hybride, kaskadierte Netzwerke und ihre Eigenschaften -- 3.1 Verwendbarkeit von bereits etablierten drahtlosen Technologien -- 3.2 Freiheitsgrade beim Entwurf eines Funksystems -- 3.3 Optimierter Entwurf des Funksystems -- 4 Das Projekt ParSec: Paralleles und sicheres Funksystem -- 5 Zusammenfassung und Ausblick -- Hinweis -- Literatur -- How Device-to-Device Communication can be used to Support an Industrial Mobile Network Infrastructure -- 1 Introduction -- 1.1 Related Works -- 1.2 Approach -- 2 Scenario -- 2.1 Automated services without coverage -- 2.2 Extended connectivity outside coverage -- 2.3 Low latency communication and synchronization -- 3 Handover Comparison -- 3.1 X2 based Handover -- 3.2 PC5 based Path Switch -- 3.3 X2 PC5 Comparison -- 4 Conclusion & -- Future Work -- 5 Acknowledgement -- References -- Hardwarearchitektur eines latenzoptimierten drahtlosen Kommunikationssystems fur den industriellen Mobilfunk -- 1 Einleitung -- 2 Anforderungen -- 3 Systemdesign -- 3.1 Gewahrleistung von Authentizitat, Integritat und Vertraulichkeit -- 3.2 Kanalkodierung -- 3.3 Mehrtragerverfahren OFDM -- 3.4 Frame-Design -- 3.5 RF-Frontend und AGC -- 4 Hardwarearchitektur.

5.3 Security Capabilities Modeling based on IEC 62443.

6 Schlussfolgerung -- Literatur -- Untersuchung der Netzlastrobustheit von OPC UA - Standard, Profile, Gerate und Testmethoden -- 1 Einleitung -- 2 Stand der Technik OPC UA -- 2.1 OPC UA Kommunikationsmodell -- 2.2 OPC UA Transportprotokolle -- 2.3 OPC UA Profile -- 2.4 OPC UA Security Model -- 2.5 OPC UA Certification Test -- 3 Stand der Technik Security Level 1 Test bei PROFINET -- 4 Exemplarischer Netzlasttest einer OPC UA Implementierung -- 4.1 Beschreibung des zu testenden OPC UA Gerates -- 4.2 Aufbau und Durchfuhrung des Tests -- 4.3 Testergebnisse und deren Auswertung -- 5 Zusammenfassung -- Literatur -- Open-Source Implementierung von OPC UA PubSub fur echtzeitfahige Kommunikation mit Time-Sensitive Networking -- 1 Einfuhrung -- 1.1 OPC Unified Architecture -- 1.2 Time-Sensitive Networking (TSN) -- 1.3 OPC UA PubSub und OPC UA PubSub in Kombination mit TSN -- 2 Integration von OPC UA Servern mit echtzeitfahigem OPC UA PubSub -- 3 Implementierung -- 4 Evaluierung -- 5 Zusammenfassung und Ausblick -- Literatur -- Abstraction models for 5G mobile networks integration into industrial networks and their evaluation -- 1 Introduction -- 2 Mobile Network Integration -- 2.1 Integration approach on layer 3 -- 2.2 Integration approach on layer 2 -- 3 Evaluation approach -- 3.1 Metrics for the performance evaluation -- 3.2 Metrics for the usability evaluation -- 4 Conclusion -- References -- Anforderungen an die 5G-Kommunikation fur die Automatisierung in vertikalen Domanen -- 1 Einleitung -- 2 Genereller Uberblick zur 5G-Standardisierung -- 3 5G Dienstanforderungen fur uMTC im industriellen Umfeld -- 4 Erkenntnisse aus der Erarbeitung von TR 22.804 -- 4.1 Gemeinsamkeiten uber „vertikale Grenzen" hinweg -- 4.2 Kennzahlen (insbesondere Latenzzeiten) sind nicht alles -- 4.3 Industrielle 5G-Netze als nicht-offentliche Netze.

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