Drathlose Regelung Cyber-physischer Systeme
Cyber-physische Systeme, kurz CPS, verbinden physikalische Prozesse mit Algorithmen und Kommunikation. Durch diese enge Verbindung ermöglichen CPS aufkommende Anwendungen wie die Koordinierung autonomer Fahrzeuge oder die Regelung von Automatisierungsanlagen über drahtlose Netzwerke. Die Anwendung drahtloser Technologie bietet unvergleichliche Flexibilität für den Datenaustausch zwischen diesen Systemen um, zum Beispiel, die Menge gemeinsam verfügbarer Daten zu erhöhen oder um zusammenzuarbeiten. Allerdings bringt sie auch ernstzunehmende Herausforderungen mit sich. Drahtlose Netzwerke sind wesentlich weniger verlässlich als drahtgebundene Kommunikation, während die Regelung meist strikte Anforderungen an die Verlesslichkeit und Aktualität der Daten stellt.
In diesem Projekt entwicklen wir neuartige Regelungsstrategien um das volle Potenzial zukünftiger CPS zu realisieren. Dies wird hauptsächlich durch ein enges Co-design des drahtlosen, eingebetteten Systems und des Regelungssystems ermöglicht. Wir legen das drahtlose, eingebettete System so aus, dass die natürlichen Unvollkommenheiten drahtloser Netzwerke so weit wie möglich gebändigt werden. Die Regelung kompensiert dann die verbleibenden Unvollkommenheiten (Verzögerungen und Paketverluste) um stabile Reglung über energiearme Netzwerke mit mehreren Zwischenstationen zu realisieren. Diese Integration zur Designzeit ermöglicht nachweisbare stabile Reglung schneller physikalischer Systeme über energiearme Netzwerke mit mehreren Zwischenstationen, was wir auf einem neuartigen cyber-physischen Versuchsstand demonstrieren. Siehe dazu unsere Publikationen: ICCPS 2019, TCPS 2019 und CPSBench 2018.
Eine weitere Herausforderung für drahtlose CPS ist, dass sie leicht überlastet werden können, wenn viele Systeme das gleiche Netzwerk zur Kommunikation nutzen. Um dieses Problem zu lösen ergänzen wir die Integration zur Designzeit mit einer Integration zur Laufzeit: In unseren Veröffentlichungen CDC 2016, IoT-J 2019 und NecSys 2019 indem wir Regelungssysteme im Voraus über Kommunikationsbedarf entscheiden lassen ermöglichen wir dem Kommunikationssystem, Ressourcen den Systemen zuzuweisen, die sie benötigen, während es gleichzeitig geringer priorisierten Datenverkehr unterstützt und, in L-CSS 2020 wenn möglich, Energie spart.