Fakultät IuI
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Management of agricultural processes is often troubled by disconnections and data transfer failures. Limited cellular network coverage may prevent information exchange between mobile process participants.
The research projects KOMOBAR and ISOCom designed, implemented und field-tested a delay tolerant platform for robust communication in rural areas and challenging environments. An adaptable combination of infrastructure-based cellular networks and infrastructure-free multihop ad hoc communication (WLAN) leads to a variety of new communication opportunities. Temporal storage and forwarding of data on mobile farm machinery as well as dynamic platform configurations during process runtime strongly enhance reliability and robustness of data transfers.
Process modeling languages help to define and execute processes and workflows. The Business Process Model and Notation (BPMN) 2.0 is used for business processes in commercial areas such as banks, shops, production and supply industry. Due to its flexible notation, BPMN is increasingly being used in non-traditional business process domains like Internet of Things (IoT) and agriculture. However, BPMN does not fit well to scenarios taking place in environments featuring limited, delayed, intermittent or broken connectivity. Communication just exists for BPMN - characteristics of message transfers, their priorities and connectivity parameters are not part of the model. No backup mechanism for communication issues exists, resulting in error-prone and failing processes. This paper introduces resilient BPMN (rBPMN), a valid BPMN extension for process modeling in unreliable communication environments. The meta model addition of opportunistic message flows with Quality of Service (QoS) parameters and connectivity characteristics allows to verify and enhance process robustness at design time. Modeling of explicit or implicit, decision-based alternatives ensures optimal process operation even when connectivity issues occur. In case of no connectivity, locally moved functionality guarantees stable process operation. Evaluation using an agricultural slurry application showed significant robustness enhancements and prevented process failures due to communication issues.
Auf vielen Landmaschinen wird der CAN-Bus zur Übertragung von Daten zwischen Sensoren, Aktoren und Steuergeräten genutzt. Anwendungen wie Rückfahrkameras und Bird-ViewAnzeigen erfordern in der Regel zusätzliche, breitbandige Kommunikationskanäle. Dieser Beitrag untersucht, inwieweit ein gemeinschaftliches Kommunikationsmedium auf Basis von Ethernet zur Realisierung aktueller und zukünftiger Anwendungen auf Landmaschinen genutzt werden kann. Zusätzlich wird der Einsatz aktueller Technologien wie Audio/Video Bridging, Time-Sensitive Networking und Wifi auf einem Landmaschinengespann untersucht und bewertet.
Ein modulares Framework zur Modellierung, Konfiguration und Regelung von kooperativen Agrarprozessen
(2016)
Die Komplexität vieler Agrarprozesse nimmt aufgrund von technischem Fortschritt, steigenden rechtlichen Anforderungen und Nachweispflichten beständig zu. Prozessketten werden in Kooperation verschiedener Akteure (Landwirt, Lohnunternehmer, Dienstleister, digitaler Vermittler, Behörde) gemeinsam bearbeitet, dokumentiert und geprüft. Ein ökonomisch und ökologisch ressourceneffizientes Management der Prozessausführung stellt eine Herausforderung für alle Akteure dar. Dynamische Prozessveränderungen führen vielfach zu manuellen Eingriffen in die Prozessregelung, die kostenintensive Verzögerungen verursachen. Das Forschungsvorhaben OPeRAte entwirft und evaluiert neu gestaltete Konzepte und Mechanismen zur durchgehenden Organisation und Regelung kooperativer Agrarprozesse. Es werden konfigurierbare und wiederverwendbare Module identifiziert, die sich an Prozessparameter anpassen und in artverwandten Prozessen erneut verwenden lassen. Das OPeRAte-Framework ermöglicht die Zusammenführung aller beteiligten Akteure und Ressourcen (Maschinen, Sensoren, Aktoren, Endgeräte, Server, Daten, etc.) über offene Schnittstellen. Prozessinhaber sollen durch autonome Prozesskonfigurationen und -adaptionen entlastet und durch Visualisierungen zu effizienten Entscheidungen befähigt werden. Die Konzepte dieses Beitrags dienen als Diskussionsgrundlage zur Formulierung von flexiblen und erweiterbaren Lösungsstrategien für die Landtechnik.
For Delay-Tolerant Networks (DTNs) many routing algorithms have been suggested. However, their performance depends heavily on the applied scenario. Especially heterogeneous scenarios featuring known and unknown node movements as well as different kinds of data lead to either poor delivery ratios or exhausted network resources.
To overcome these problems this paper introduces Data-Driven Routing for DTNs. Data is categorized according to its requirements into priority queues. Each queue applies an appropriate DTN routing algorithm that fits the data requirements best. Simulation results show that Data-Driven Routing allows high delivery ratios for time-critical data while saving network resources during the transfer of less time-critical data at the same time.
In der Agrartechnik steht Landwirten und Lohnunternehmern eine steigende Anzahl digitaler Dienste zur Verfügung. Eine Modellierung, Ausführung und Steuerung von kooperativen Agrarprozessen ist aufgrund der verschiedenen, zueinander inkompatiblen IT-Lösungen nur eingeschränkt möglich. Es fehlt ein einheitlicher Standard zur Beschreibung dieser Prozesse. Der Beitrag stellt die Beschreibung von Agrarprozessen mit der Business Process Model and Notation (BPMN) dar. Domänenexperten (z.B. Landwirte, Lohnunternehmer, digitale Dienstanbieter) können kooperative Prozessabläufe plattformübergreifend gestalten, ohne dabei Prozessinterna mit anderen Akteuren teilen zu müssen. Als Brücke zwischen der kooperativen Prozessebene und der ausführenden Maschinenebene wird im Beitrag Message Queue Telemetry Transport (MQTT) eingesetzt: Mittels MQTT können Anweisungen und Informationen (z.B. Arbeitsaufträge, Statusdaten) zwischen beiden Ebenen in Echtzeit vermittelt und verarbeitet werden.
Aufgrund der Folgen des Klimawandels bekommen klimaanpassende Maßnahmen immer mehr Bedeutung. Durch versiegelte Flächen und Starkregen können einerseits Überschwemmungen entstehen, anderseits führen Hitze und wenig Niederschlag zu Trockenheit und Wassermangel. Deswegen ist es wichtig, klimaanpassende Maßnahmen zu fördern und diese den Bürgern näher zu bringen.
Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist, eine Webanwendung zu entwickeln, die die Bürger zur Nutzung von Regenwasser und zu Entsiegelungen als klimaanpassende Maßnahmen motiviert, indem Nutzern eine individuelle Berechnung der Kosten und des Nutzens angeboten wird. Dafür folgt die Entwicklung der Webanwendung dem menschzentrierten Gestaltungsprozess, um eine hohe Benutzerfreundlichkeit zu erreichen. Es werden Usability-Tests als Evaluation durchgeführt.
Die Ergebnisse der Evaluation zeigen, dass die entwickelte Webanwendung die Nutzer zufriedenstellt und die Anforderungen erfüllt. Der menschzentrierte Gestaltungsprozess ist für das betrachtete Themenfeld ein wirksames und zielführendes Vorgehen bei der Entwicklung interaktiver Systeme.
Today's development of client-side web applications is based on one of the JavaScript-frameworks, such as Angular or React. The excessive dependencies that arise in the ecosystem from the Node-Package-Manager increase the security risk and the dependency of your own web application on third-party packages. Moreover, the frameworkless approach proposes a renaissance of classic web development, because it strives to avoid external dependencies as far as possible and to fall back on the standards. Whether the implementation achieves maintainability and security of frameworks is questionable. Therefore, it makes sense to research which core concepts of the frameworks meet the requirements for maintainability and security and how these are implemented. The novelty is that the concepts to be explored are moved to a standard in order to ensure the developer efficiency, security, performance and maintainability in the long term. This allows existing approaches to focus on other essential features.
The 3GPP release 16 integrates TSN functionality into 5G and standardizes various options for TSN time synchronization over 5G such as transparent mode and bridge mode. The time domains for the TSN network and the 5G network are kept separate with an option to synchronize either of the networks to the other. The TSN time synchronization over 5G is possible either by using the IEEE 1588 generalized Precision Time Protocol (gPTP) based on UDP/IP multicast or via IEEE 802.1AS based on Ethernet PDUs. The INET and Simu5G simulation frameworks, which are both based on the OMNeT++ discrete event simulator, are widely used for simulating TSN and 5G networks. The INET framework comprises the 802.1AS based time synchronization mechanism, and Simu5G provides the 5G user plane carrying IP PDUs. We modified the 802.1AS-based synchronization model of INET so that it works over UDP/IP. With that, it is possible to synchronize TSN slaves (connected to 5G UEs), across a 5G network, with a TSN master clock, present within a TSN network, that is connected to the 5G core network. Our simulation results show that 500 microseconds of synchronization accuracy can be achieved with the corrected asymmetric propagation delay of uplink and downlink between the gNodeB (gNB) and the User Equipment (UE). Furthermore, the synchronization accuracy can be improved if the delay difference between uplink and downlink is known.
Recent real-time networking developments have enabled ultra reliability, very low latency and high data rates in wired networks. Wireless networking developments have also shown that they can achieve very high data rates with consistency, but they still lack in providing ultra reliability and extremely low latency. Time Sensitive Networking (TSN) developments have brought these capabilities in Industry automation and Automotive industry too. Although TSN is standardized for wired networks for a long time, for wireless networks it will be standardized within the IEEE 802.11be standard for Wi-Fi and 3GPP Release 17 for 5G in the near future. This paper provides an overview of TSN in wired and wireless networks with the aim of comparing different simulators and presenting their offered functionality and shortcomings. These tools can be used to make oneself familiar with TSN algorithms, standards, and for the development and testing of time sensitive networks. Afterwards, the paper discusses open research questions for using TSN over wireless networks.