Kommunikation und Bildverarbeitung in der Automation: Ausgewählte Beiträge der Jahreskolloquien KommA und BVAu 2018

Preface\nOrganisation\nTable of Contents\nCommunication in Automation\n	TSN basierte automatisch etablierte Redundanz für deterministische Kommunikation\n		1 Einleitung\n		2 Mechanismen für Quality of Service (QoS)\n		3 Industrielle Anforderungen an Echtzeitkommunikation\n			3.1 Latenz\n			3.2 Verfügbarkeit\n		4 Stream Reservation\n		5 Redundante Stream Reservierung\n			5.1 End-to-End Frame Replication and Elimination for Reliability (E2E FRER)\n			5.2 Network Frame Replication and Elimination for Reliability (Network-FRER)\n		6 Fazit\n		Literatur\n	Arduino based Framework for Rapid Application Development of a Generic IO-Link interface\n		1 Introduction\n		2 Framework overview\n		3 Firmware\n		4 GUI\n		5 Hardware interface\n		6 Proof of concept\n			6.1 IO-Link distance sensor\n		7 Conclusions\n		References\n	On the suitability of 6TiSCH for industrial wireless communication\n		1 Introduction\n		2 Overview of 6TiSCH-stack\n			2.1 Time Slotted Channel Hopping\n			2.2 Routing protocol RPL\n			2.3 6TiSCH-WG standardization activities\n		3 Challenges\n			Challenge 1: Convergence on industrial concerns\n			Challenge 2: Avoidance of specification implementation mismatches\n			Challenge 3: Design of the management architecture scheme\n			Challenge 4: Concurrence of other wireless technologies\n		4 Analysis and Improvements of the 6TiSCH minimal configuration\n			4.1 6TiSCH network formation procedure\n			4.2 Shortcomings of 6TiSCH-MC\n			4.3 Improvements of 6TiSCH-MC\n			4.4 Diagonal: Our improvement proposal for 6TiSCH-MC\n		5 Conclusions\n		References\n	Ein dezentraler Regelalgorithmus für ein automatisches Koexistenzmanagement\n		1 Einführung\n		2 Der Betrachtungsraum als Regelkreis\n		3 Modellierung der Regelstrecke zur Koexistenz\n		4 Modellierung eines dezentralen Regleralgorithmusses\n		5 Validierung des Modells für die dezentrale Regelung\n		6 Schlussfolgerung\n		Literatur\n	Untersuchung der Netzlastrobustheit von OPC UA - Standard, Profile, Geräte und Testmethoden\n		1 Einleitung\n		2 Stand der Technik OPC UA\n			2.1 OPC UA Kommunikationsmodell\n			2.2 OPC UA Transportprotokolle\n			2.3 OPC UA Profile\n			2.4 OPC UA Security Model\n			2.5 OPC UA Certification Test\n		3 Stand der Technik Security Level 1 Test bei PROFINET\n		4 Exemplarischer Netzlasttest einer OPC UA Implementierung\n			4.1 Beschreibung des zu testenden OPC UA Gerätes\n			4.2 Aufbau und Durchführung des Tests\n			4.3 Testergebnisse und deren Auswertung\n		5 Zusammenfassung\n		Literatur\n	Open-Source Implementierung von OPC UA PubSub für echtzeitfähige Kommunikation mit Time-Sensitive Networking\n		1 Einführung\n			1.1 OPC Unified Architecture\n			1.2 Time-Sensitive Networking (TSN)\n			1.3 OPC UA PubSub und OPC UA PubSub in Kombination mit TSN\n		2 Integration von OPC UA Servern mit echtzeitfähigem OPC UA PubSub\n		3 Implementierung\n		4 Evaluierung\n		5 Zusammenfassung und Ausblick\n		Literatur\n	Abstraction models for 5G mobile networks integration into industrial networks and their evaluation\n		1 Introduction\n		2 Mobile Network Integration\n			2.1 Integration approach on layer 3\n			2.2 Integration approach on layer 2\n		3 Evaluation approach\n			3.1 Metrics for the performance evaluation\n			3.2 Metrics for the usability evaluation\n		4 Conclusion\n		References\n	Anforderungen an die 5G-Kommunikation für die Automatisierung in vertikalen Domänen\n		1 Einleitung\n		2 Genereller Überblick zur 5G-Standardisierung\n		3 5G Dienstanforderungen für uMTC im industriellen Umfeld\n		4 Erkenntnisse aus der Erarbeitung von TR 22.804\n			4.1 Gemeinsamkeiten über „vertikale Grenzen“ hinweg\n			4.2 Kennzahlen (insbesondere Latenzzeiten) sind nicht alles\n			4.3 Industrielle 5G-Netze als nicht-öffentliche Netze\n			4.4 Aufstellung industrieller 5G-Netze\n			4.5 Ende-zu-Ende-Dienste für Kontrollanwendungen sind ein neues Feld\n		5 5G Alliance for Connected Industries and Automation (5G-ACIA\n		6 Offene Themen\n			6.1 Netzwerkanforderungen\n			6.2 Verhaltensweise der Dienste\n			6.3 „Native Einbindung“\n			6.4 Frequenzzuweisung\n		7 Wie geht es weiter?\n		Literatur\n	Optimierung eines Funksystems für hybride kaskadierte Netzwerke in der Fertigungsautomation\n		1 Einleitung\n		2 Kommunikationssysteme in der Fertigungsautomation\n			2.1 Allgemeine Anforderungen von Applikationen der Fertigungsautomation\n			2.2 Zentrale Anforderungen der Fertigungsautomation an ein Kommunikationssystem\n		3 Hybride, kaskadierte Netzwerke und ihre Eigenschaften\n			3.1 Verwendbarkeit von bereits etablierten drahtlosen Technologien\n			3.2 Freiheitsgrade beim Entwurf eines Funksystems\n			3.3 Optimierter Entwurf des Funksystems\n		4 Das Projekt ParSec: Paralleles und sicheres Funksystem\n		5 Zusammenfassung und Ausblick\n		Hinweis\n		Literatur\n	How Device-to-Device Communication can be used to Support an Industrial Mobile Network Infrastructure\n		1 Introduction\n			1.1 Related Works\n			1.2 Approach\n		2 Scenario\n			2.1 Automated services without coverage\n			2.2 Extended connectivity outside coverage\n			2.3 Low latency communication and synchronization\n		3 Handover Comparison\n			3.1 X2 based Handover\n			3.2 PC5 based Path Switch\n			3.3 X2 PC5 Comparison\n		4 Conclusion & Future Work\n		5 Acknowledgement\n		References\n	Hardwarearchitektur eines latenzoptimierten drahtlosen Kommunikationssystems für den industriellen Mobilfunk\n		1 Einleitung\n		2 Anforderungen\n		3 Systemdesign\n			3.1 Gewährleistung von Authentizität, Integrität und Vertraulichkeit\n			3.2 Kanalkodierung\n			3.3 Mehrträgerverfahren OFDM\n			3.4 Frame-Design\n			3.5 RF-Frontend und AGC\n		4 Hardwarearchitektur\n			4.1 Frontend-Domäne\n			4.2 Basisband-Domäne\n			4.3 Applikationsdomäne\n		5 Auswertung der Implementierung\n			5.1 Hardwarekomplexität\n		Förderung der Forschung\n		Literatur\n	Praxisbericht: Implementierung von TSN-Endpunkten im industriellen Umfeld\n		1 Einleitung\n		2 Ein industrieller Anwendungsfall\n		3 TSN-Automatisierungsprofile\n		4 TSN-Endpunkt-Architektur aus dem Profil der Avnu Alliance\n			4.1 CUC Interface\n			4.2 Time-Sensitive Stream Object\n			4.3 Network Interface\n				Stream Translation.\n				Time-Sensitive Queue.\n			4.4 End Station Configuration State Machine\n			4.5 Time Synchronisation\n			4.6 Topology Discovery\n			4.7 Technische Anforderungen an TSN-Endpunkte\n			Stream Translation:\n			Time-Sensitive Queue:\n			Integrierter Switch bei 2-Port-Endgerät:\n		5 Verfügbare Lösungen und Umsetzung\n			5.1 Hilscher NetX 51\n			5.2 Xilinx 100M/1G TSN Subsystem IP\n			5.3 Vergleich der Lösungen\n			5.4 Umsetzung\n			Time-Synchronisation\n			Stream-Translation\n			Time Sensitive Queue\n		6 Auswertung\n			6.1 Messung der Zeitsynchronisation\n			6.2 Prüfung der Übersetzung von Datenströmen\n			6.3 Prüfung der Sendemechanismen Time Sensitive Queue.\n				Time Sensitive Queue.\n				Per-Stream Scheduling.\n		Literatur\n	Ethernet TSN Nano Profil – Migrationshelfer vom industriellen Brownfield zum Ethernet TSN-basierten IIoT\n		1 Entwicklungstendenzen von Ethernet TSN im Applikationsfeld industrielle Automation und Motivation für ein Ethernet TSN Nano Profil\n		2 Heterogenität von Ethernet TSN in Profilen, Systemen und Geräten\n		3 Ethernet TSN Nano-Profil – Skalierung von Ethernet TSN für die Feldebene und Retrofitting von IEC Echtzeit Ethernet-Hardware und -Anlagen\n			3.1 Time Aware Forwarder: Funktionsmodus für den Time Aware Shaper für Bridged Endstations mit eingeschränkter Weiterleittabelle und\n			3.2 Domain-based Time Aware Forwarder: Funktionsmodus für garantierte niedrige Latenz in Linientopologien mit Geräten ohne Time  Aware\n		4 Ethernet TSN-Konfigurationsmodellvarianten für heterogene Netze\n			4.1 TSN-Funktionsmodus ohne Topologiewissen in der Konfigurationslogik\n			4.2 Spezieller TSN-Funktionsmodus für Netzwerke mit einem zentralen Kommunikationspunkt (Single-Controller Networks)\n			4.3 Spezieller TSN-Funktionsmodus mit Topologiewissen und Sendereihenfolgeoptimierung für Single-Controller Networks\n			4.4 Ausblick allgemeine TSN-Funktion und -konfiguration für konvergente Netzwerke (inkl. Multi-Controller Networks, kein zentral Kommunikationspunkt)\n		5 Zusammenfassung\n		Literatur\n	Sichere Benutzerauthentifizierung mit mobilen Endgeräten in industriellen Anwendungen\n		1 Einleitung\n		2 OPC-UA\n		3 Nutzung einer PKI im Zusammenhang mit einem Konfigurationsund Nutzermanagementsystems\n		4 Smartcards als Schlüssel zum Zugriff auf Komponenten eines Netzwerks und ihre Personalisierung\n		5 Benutzerauthentifizierung mit einem mobilen Endgerät und einer Smartcard\n		6 Sicherheitskritische Betrachtung von NFC im Kontext der Applikation\n		7 Zusammenfassung\n		Literatur\n	A comparative evaluation of security mechanisms in DDS, TLS and DTLS\n		1 Introduction\n		2 IT security requirements in Industrie 4.0\n		3 Fundamentals\n			3.1 DDS Core\n			3.2 DDS Security\n			3.3 TLS and DTLS\n		4 Evaluation\n		5 Conclusion\n		References\n	Modeling Security Requirements and Controls for an Automated Deployment of Industrial IT Systems\n		1 Introduction\n		2 IEC 62443 Security Standard\n		3 Security extension for OASIS TOSCA\n		4 Model checking\n		5 Prototypical Evaluation in a Realistic Scenario\n			5.1 Use-case scenario: Operation and Monitoring of Automated-Guided Vehicles\n			5.2 Security Requirements Modeling based on IEC 62443\n			5.3 Security Capabilities Modeling based on IEC 62443\n			5.4 Model Checking Evaluation\n		6 Conclusion\n		Acknowledgments\n		References\n	Self-Configuring Safety Networks\n		1 Introduction\n		2 Functional Safety in Cyber-Physical Systems\n			2.1 Discrete Wiring Solution\n			2.2 Ethernet-Based Real-Time Safety Control Networks\n			2.3 Safety Connectivity in Production Lines\n		3 Requirements for Self-Configuring Safety Networks\n			3.1 Communication Network\n			3.2 Machine-to-Machine Communication\n			3.3 Functional Safety\n		4 Building Block Technologies\n			4.1 Time-Sensitive Networking\n			4.2 OPC Unified Architecture\n			4.3 openSAFETY\n		5 Self-Configuring Safety Machine-to-Machine Communication\n			5.1 Concept\n			5.2 Re-Configuration Procedure\n			5.3 Requirements Matrix\n			5.4 Integrated Architecture\n			5.5 Prototype Implementation\n		6 Conclusion and Outlook\n		Acknowledgment\n		References\n	Plug&Produce durch Software-defined Networking\n		1 Einleitung\n		2 Stand der Technik\n			2.1 Autokonfiguration\n			2.2 Software-defined Networking\n			2.3 OpenFlow\n		3 Theoretisches Konzept\n			3.1 Gesamtarchitektur\n		3.2 Rollen der Netzwerkteilnehmer und auszutauschende Informationen\n		3.3 Anforderungen an die SDN-Komponenten\n		4 Umsetzung\n			4.1 Informationsmodell\n			4.2 Integrierungsmechanismus\n			4.3 Umrüstvorgang\n				Vorbedingungen.\n				Umrüstung.\n			4.4 Diskussion\n		5 Zusammenfassung und Ausblick\n		Literatur\n	Anforderungstaxonomie für industrielle Cloud Infrastrukturen durch Internet of Thingsund- Big Data-Applikationen\n		1 Industrial Internet of Things und die Notwendigkeit einer Anforderungstaxonomie\n		2 Stand der Technik: IoT, Big Data und Cloud Computing\n		3 Herleitung einer Anforderungstaxonomie\n			3.1 Taxonomie\n		4 Cloud-Beispiele aus der industriellen Produktion und der Smart City und Einordnung in die Taxonomie\n			4.1 Auftragssteuerung im IIC-Testbed Smart Factory Web\n			4.2 Beispiel eines Use Case der Smart City im Cloud und IoT-Anwendungsbereich\n		5 Zusammenfassung und Ausblick\n		Literatur\n	Aspects of testing when introducing 5G technologies into industrial automation\n		1 Topic test in 5G-ACIA\n		2 Types of tests and test objectives\n			2.1 Test within a product life cycle\n			2.2 Validation\n			2.3 Prototype demonstration\n			2.4 Test of conformance\n			2.5 Test of application requirements\n		3 Test objects and interfaces\n			3.1 System under test\n			3.2 Concept, method or algorithm\n			3.3 Wireless communication solution\n			3.4 Communication link\n			3.5 Wireless device\n			3.6 Wireless communication module\n		4 Test of application requirements of communication links\n			4.1 Characteristic parameter values and interfaces\n			4.2 Characteristic parameters\n			4.3 Jitter is out\n			4.4 Timeliness\n			4.5 Accuracy, earliness and tardiness\n			4.6 Survival time\n		5 Tasks for IT and OT\n		References\n		Acknowledgement\nImage Processing in Automation\n	Deep Learning as Substitute for CRF Regularization in 3D Image Processing\n		1 Introduction\n		2 Role of the Depth Hypotheses Cost Volume and its Regularization\n		3 A Practical Problem with CRF and a Possible Solution with a ”3D-CRF-CNN”\n		4 Feasibility Experiments\n			4.1 Results for Experiment 1 ”Basic Feasibility”\n			4.2 Results Experiment 2 ”Generalization capabilities”\n		5 Conclusion\n		References\n	A Low-Cost Multi-Camera System With Multi-Spectral Illumination\n		1 Introduction\n		2 Approach\n			2.1 Hardware\n			2.2 Software\n		3 Experiments and Results\n		4 Conclusion and Outlook\n		Acknowledgements\n		References\n	Domain Adaptive Processor Architectures\n		1 Introduction\n		2 Design-Time Reconfigurable Architectures\n			2.1 Ultra-Low Power Microcontrollers for Real-Time Applications\n			2.2 The Tensilica XTensa Processor\n			2.3 RISC-V Cores\n			2.4 Many-Core Vision Processor\n			2.5 FGPU\n		3 Run-Time Reconfigurable Architectures\n			3.1 GPP/ASICs/ASIPs\n			3.2 VCGRA Approach\n			3.3 Dynamic Cache Reconfiguration\n			3.4 Run-Time Reconfiguration in Machine Learning and ANN Implementations\n			3.5 Dynamic Partial Reconfiguration\n		4 Conclusion\n		5 Future Research\n		References\n	Bildverarbeitung im industriellen Umfeld von Abfüllanlagen\n		1 Motivation\n		2 Bildverarbeitungsalgorithmen zur Analyse von Getränkeabfüllprozessen\n			2.1 Verfahren zur Bestimmung der Füllhöhe\n			2.2 Verfahren zur Bestimmung der Schaumhöhe\n			2.3 Verfahren zur Bestimmung der Blasenbildung\n		3 Untersuchungen und Ergebnisse\n			3.1 Ergebnisse der Füllhöhenbestimmung\n			3.2 Ergebnisse der Schaumhöhenbestimmung\n			3.3 Ergebnisse der Beurteilung der Turbulenz\n		4 Zusammenfassung und Ausblick\n		Danksagung\n		Literatur\n	Kosmetische Inspektion von Glaskörpern mittels Mehrzeilen-Scantechnik\n		1 Einführung\n		2 Anforderung an die Prüfung zylindrischer Glaskörper\n		3 Realisierung der Mehrzeilen-Scantechnik mit einer Matrixkamera\n		4 Rissdetektion im Glas mittels Mehrzeilen-Scantechnik\n		5 Zusammenfassung und Ausblick\n		Literatur\n	Die Spectral Illumination (SIL) Methode: Eine Versuchsreihe\n		1 Einführung\n		2 Stand der Technik\n		3 Die Spectral Illumination (SIL) Methode\n		4 Praktische Versuche\n		5 Ergebnisse\n		6 Diskussion\n		7 Zusammenfassung\n		Danksagung\n		Literatur\nAuthor Index