Mit dem IoT-Bus zur digitalen Produktion

Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS entwickelt mit dem IoT-Bus einen IP-fähigen Kommunikationsbus für Anwendungen im Internet der Dinge und in der digitalen Produktion. Mit einer Forschungsbeteiligung haben Sie die Möglichkeit die Eigenschaften nach Ihren Anforderungen zu gestalten.

Wettbewerbsfähig im Internet der Dinge

Der zunehmende Wettbewerb sowie das Internet der Dinge (IoT) erfordert eine ständige Verbesserung der Produkte sowie der Fertigungs- und Produktionsprozesse. In zukünftigen Industrie 4.0 Anwendungen wird eine direkte Verbindung der Fertigungskomponenten zum IoT notwendig sein, um den Anforderungen nach individuellen und kundengestalteten Produkten gerecht zu werden und somit eine Spitzenposition sowie Wettbewerbsvorteile zu behalten. Die IP-Fähigkeit in den Endknoten gewinnt im Rahmen der zunehmenden Vernetzung und Digitalisierung in den Bereichen Internet der Energie und Internet der Dinge, aber auch Industrie 4.0 immer mehr an Bedeutung. Eine Verschmelzung von IT- und Produktionsteuerung auf Basis einer IP-fähigen Kommunikation hilft dabei die Produktionsabläufe zu optimieren und ermöglicht ein direktes und standardisiertes Eingreifen in die Produktionsabläufe und die Individualisierung der Produkte über das Internet.

Der IoT-Bus soll die Lücke zwischen schmalbandigen Kommunikationstechnologien (Sensornetze, wireless personal area networks) und Breitbandtechnologien (z. B. Ethernet, WLAN) innerhalb der Fertigung und des Energiemanagements schließen. Dafür müssen Anforderungen an Datenrate, Reichweite, Zuverlässigkeit, Kosten, Flexibilität, Interoperabilität und vor allem Datensicherheit in Einklang gebracht werden.

Warum wird IP-Fähigkeit bei Industrie 4.0 Produktion benötigt?

Vernetze Anlagen werden zunehmend zu ganzheitlichen Systemen, die automatisiert die Produktion optimieren. Vernetzte, IP-fähige Produktionstechnologien ermöglichen eine individualisierte Fertigung nach Kundenwünschen zu geringen Kosten. So können Unternehmen zusätzlich auf kurzfristige Marktentwicklungen, neue Produktanforderungen Rohstoff- und Energiepreise flexible reagieren. Bei vernetzten Anlagen können Störungen, Ausfälle und Produktionsverzögerungen schneller festgestellt, erkannt und behoben werden.

Für diese Vernetzung wird eine robuste, sichere und IP-basierte Kommunikation benötigt. Der IoT-Bus vereint die Vorteile der IP-Fähigkeit mit den Vorteilen eines Feldbusses und bringt die IP-Fähigkeit in den Endknoten. Diese Fähigkeit wird bei cloudbasierte Anwendungen häufig gefordert und bietet Vorteile wenn ein Zugriff über IP-fähige Bediengeräte (z. B. Handy, Tablet oder PC) für die Visualisierung oder Steuerung erfolgen soll. Damit stehen auch die standardisierten kryptologischen Verfahren für Authentifizierung und Verschlüsselung der Internetprotokolle zur Verfügung, wenn eine vertrauliche oder manipulationssichere Datenverbindung notwendig ist.

Funktionsweise vom IoT-Bus – Durchgängigkeit der Protokolle

Der IoT-Bus nutzt als Basis das Funkprotokoll nach dem Standard IEEE 802.15.4 und adaptiert dieses für die Verwendung auf einem Feldbus. Damit vereint er die beiden Welten der Wireless Personal Area Networks (WPAN) und die der Feldbusse. Somit können zukünftig einzelne WPAN »Inseln« mittels IoT-Bus über größere Distanzen miteinander verbunden werden. Mittels Adaption des IEEE 802.15.4 Standards können die Netzwerk- und Transportprotokolle dann auch leitungsgebunden zum Einsatz kommen, wodurch ein einfacher Wechsel des Mediums (Funk und bedrahtet) möglich ist.

Aufgrund der Standardkonformität mit der IP-Protokoll Suite können auf den höheren Protokollebenen High-Level Protokolle wie CoAP, MQTT, OPC-UA zum Einsatz kommen. Die Verwendung standardisierter Verschlüsselungs-und Sicherheitsverfahren in den jeweiligen Protokollebenen ist damit möglich.

Besonderheiten des Feldbusses mit IoT

 

Der Vorteil dieser Technologie gegenüber herkömmlichen Lösungen besteht darin, dass ohne eine Protokollumsetzung eine Kommunikation innerhalb des gesamten Netzwerks möglich ist. Mit der Schließung der Lücke im Protokoll-Portfolio ergeben sich große Potentiale für die ganzheitliche Implementierung von Systemen auf Basis des Internet Protokolls. Der IoT-Bus ist eine IP-basierte, einfache und kostengünstige Kommunikationslösung auf Basis eines Feldbusses. Aktuell erreicht der IoT-Bus eine Datenrate bis 1 Mbit/s bei einer Reichweite von bis zu 500 Metern. Die Verwendung von Bestandskabeln für das Nachrüsten in Gebäuden und Anlagen soll zukünftig als »Enabler« für das Internet der Dinge und das Internet der Energie dienen.

Der IoT-Bus ermöglicht eine durchgängige und medienübergreifende Kommunikation. Einen zusätzlichen Nutzen bietet diese Technologie bei Anwendungen die den Datenaustausch zwischen drahtgebundenen und drahtlosen Netzwerkknoten notwendig machen. Durch den Wegfall der Protokollumsetzung hat der IoT-Bus eine geringe Latenzzeit. Eine unangetastete Übernahme der Verschlüsselung der Daten auf Netzwerkprotokollebene verhindert einen externen, ungewollten Zugriff und ermöglicht eine durchgängige Verschlüsselung.

 

Möglichkeit einer Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IIS

Als unabhängiges Forschungsinstitut unterstützt das Fraunhofer IIS die deutsche Wirtschaft dabei, die beste Lösung für Ihre Probleme zu finden. Der IoT-Bus ist momentan für eine Kommunikation zwischen verschiedenen CAN-Anbindungen als Range Expander entwickelt und im Einsatz. Der nächste Schritt ist, den IoT-Bus für Anwendungen im Internet der Dinge und digitalen Produktion mit der IP-Fähigkeit auszustatten. Wir wissen, wie er die zukünftige IP-Fähigkeit erlangen kann, jedoch erahnen wir nur Ihre Anforderungen. Sie haben nun die Möglichkeit, von der ersten Entwicklungsphase, die Eigenschaften und Funktionen nach Ihren Wünschen und Bedingungen zu bestimmen. Wir freuen uns auf Ihr Feedback und eine mögliche, gute Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IIS.

Erfahren Sie mehr über unseren IoT-Bus

IoT-Bus als Range Expander