Die Verschmelzung von Berechnung und Kommunikation in drahtlosen Netzen
Das Internet der Dinge und Industrie 4.0 fußen auf der intelligenten Verknüpfung und Kommunikation verschiedenster Komponenten innerhalb eines Netzwerkes. In den nächsten Jahren werden weitere Milliarden Sensoren und Aktuatoren in Fabriken, aber auch in Lieferketten und hergestellten Produkten integriert, um wissensbasierte, selbststeuernde und sensorgestützte Mess-, Kommunikations- und Rechenumgebungen zu bilden. Die technologischen Fortschritte im Hardwaredesign erlauben bereits heute, dass Sensor- und Aktuatoreinheiten komplexe Algorithmen berechnen können. So lassen sich beispielsweise Funknetze in der Produktion wie vernetzte Computer behandeln, zu deren effizienter Nutzung jedoch eine völlig neue Netzwerkarchitektur benötigt wird.
Ziel des Vorhabens MM3 ist es, eine dezentrale Netzwerkarchitektur zu schaffen, die im Gegensatz zu bisherigen „zentralisierenden“ Architekturen, in der Lage ist, Berechnungen unmittelbar dort vorzunehmen, wo Daten generiert werden. In diesen sogenannten Vapour-Netzwerken werden Rechenleistungen also an den Rand des Funkzugangsnetzes verlagert und dort auch direkt in die Netzknoten (Sensoren und andere drahtlose Geräte) integriert. Die an Netzknoten anfallenden großen Datenmengen müssen nicht mehr zu einem oder mehreren Gateways übertragen werden, sondern können direkt im Funknetz unter Wahrung der Privatsphäre verarbeitet und verwendet werden. Dies bringt zum Beispiel für Wartungsarbeiten oder Inspektionen große Vorteile: Als vorbeugende Maßnahme zur Fehlerreduktion kann etwa eine Vibrationsanalyse an drehenden Teilen in einem Maschinenpark erfolgen. Dafür zeichnen Sensoren die Schwingungsamplituden bei verschiedenen Frequenzen an der Anlage auf und werten diese aus. Mit den im Projekt verfolgten Technologien kann die Auswertung dieser Daten direkt in den Vapour-Netzwerken erfolgen. Mögliche Unregelmäßigkeiten wie Unwuchten oder defekte Lager können so bereits im Zuge der Datenaufnahme erkannt werden, bevor es zu Fehlern oder Ausfällen von Maschinen kommt.
Die Umsetzung dieser Architektur basiert auf Erkenntnissen der Kommunikationstechnik, der Big Data Analyse und der Netzwerkinformationstheorie, die fächerübergreifend miteinander verknüpft werden. Der fundamentale Unterschied zu bekannten Lösungsansätzen ergibt sich überwiegend aus der Verschmelzung von Berechnungsprozessen mit der Kommunikation in funkbasierten Netzen.
Großes Innovationspotenzial besteht außerdem darin, dass der Betrieb im 60 GHz Funkspektrum besonders kleine Antennen ermöglicht, wodurch mehr Antennen pro Funkknoten verbaut werden können. Dies schafft völlig neue Möglichkeiten im Kontext des Vapour-Computings.
Mit den im Projekt zu entwickelnden Technologien können beispielsweise in direkter Nähe zum Produktionsprozess in Fertigungshallen zuverlässig und mit niedrigen Kosten Anomaliedetektion, Umgebungsüberwachung oder Betriebsüberwachung durchgeführt werden. Die Projektergebnisse sind ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum Internet der Dinge und zur Industrie 4.0.