Reinhard German

Prof. Dr.-Ing. Reinhard German

Lehrstuhlinhaber

Department Informatik (INF)
Lehrstuhl für Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme)

Raum 06.155
Martensstr. 3
91058 Erlangen

Telefon: +49913185-27916
Faxnummer: +49913185-27409
E-Mail: reinhard.german@fau.de
Webseite: https://www.cs7.tf.fau.de/person/german/

Sekretariat

Sekretariat (Erika Hladky)
- Telefon: +49 9131 85-27411
- Mobil: +491734711393
- Faxnummer: +49 9131 85-27409
- E-Mail: sekretariat@i7.informatik.uni-erlangen.de
Sprechzeiten: Dienstags (Vorlesungszeit):10-14:00 Uhr, Raum 06.156
oder Mo-Fr 10-15:00 Uhr telefonisch/E-Mail.

Kurzvita

Reinhard German studierte Elektrotechnik und Informatik an der TU Brauschweig und an der TU Berlin, danach erfolgten Promotion und Habilitation an der TU Berlin. Seit 2000 ist er Professor an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), zunächst
als Professor für Systemsimulation und seit 2004 als Inhaber des Lehrstuhls für Rechnernetze und Kommunikationssysteme. Er war
Sprecher des Departments Informatik und Dekan der Technischen Fakultät.
Er ist Kontaktprofessor von INI.FAU (eine Kooperation zwischen der Audi AG und der FAU), leitet Projekte zur Simulation von
Energiesystemen am Energie Campus Nürnberg (EnCN) und ist wissenschaftlicher Sprecher der Themenplattform Vernetzte Mobilität
im Zentrum Digitalisierung Bayern (ZD.B).
2019 erhielt er einen Ruf als Full Professor an die Monash University, Melbourne, Australien für „IT in Energy“ und ist seit Juli 2020
Adjunct Professor dort. Seine Forschungsinteressen bestehen in der Modellierung, Simulation, Analyse und dem Test
komplexer vernetzter Systeme. Anwendungsfelder bestehen in den Bereichen Vernetzte Mobilität, intelligente Energiesysteme
sowie Gesundheit.

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Nationale Forschungsdateninfrastruktur für die interdisziplinäre Energiesystemforschung

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

Laufzeit: 2023-03-01 - 2028-02-28
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Abstract

Die Energiewende und die zunehmende Sektorkopplung stellen die Energiesystemforschung vor große Herausforderungen. In diesem Zusammenhang erleichtern Digitalisierungsprozesse hin zu cyber-physischen Energiesystemen (CPES) den Wandel in vielerlei Hinsicht und wirken sich gleichermaßen auf technische, soziale und gesellschaftliche Themen, aber auch auf den Forschungsprozess selbst aus. Die Forschungsbemühungen zu CPES stützen sich in hohem Maße auf modell- und (co-) simulationsbasierte Ansätze. Hierbei stellt die Nachverfolgung von Daten und Modellen eine komplexe Herausforderung dar, die in jedem Forschungsprojekt neu bearbeitet werden muss. Diesen Herausforderungen begegnet nfdi4energy über den gesamten Forschungs- und Transferzyklus von Projekten in der Energiesystemforschung: Von der Identifizierung von Partnern mit relevanten Kompetenzen und Wissen für ein Projekt, über die Formulierung von Forschungsvorhaben und Experimenten, der Identifizierung und Kopplung von Methoden, Modellen und Daten, der Vorbereitung von Ergebnissen zur Veröffentlichung bis hin zur Identifizierung von Folgeaktivitäten.

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QUICOPTSAT

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2022-12-01 - 2024-12-01
Mittelgeber: andere Förderorganisation

Abstract

The TCP performance over satellite communications has become a well-known problem, following significant experimentation with Internet services over satellite since the '90s. Several tailored TCP optimisations have been introduced (mainly implementing changes at the sender side, but also at the receiver side in some proposals). In parallel, given the challenge of installing tailored TCP versions directly in the end user system, a set of architectural extensions have been introduced culminating in the concept of a Performance Enhancing Proxy (PEP, RFC 3135), whereby a native end-to-end TCP connection is now commonly split into a series of multiple connection (a split TCP concept). This allows a tailored TCP to be deployed on the satellite link (i.e., between the satellite terminals and gateways to be optimised). Though largely used since the early 2000's, PEPs have always been unable to enhance non-TCP protocols or VPN connections traversing the satellite network segment. Application-layer compression and acceleration was also provided in some PEPs.

Since 2000, there has been a continued effort to evolve the protocol stack for Internet web services, with several updates to the protocols for HTTP-based services. A design of HTTP by Google, known as SDPY, was standardised as HTTP/2. This provided significant improvements in download speed of satellite, but at the same time deployed application-layer encryption and compression – making application-layer acceleration dependent on using an authenticated proxy and impossible within a PEP.

A more recent Google proposal (known as gQUIC) sought a transport other than TCP that uses a UDP substrate with transport encryption. This effort evolved in standardisation by the Internet Engineering Task Force (IETF) and was finally published as IETF QUIC (RFC 9000) in 2021. QUIC is specified for use with HTTP/3, a replacement for HTTP2/TCP. The main leap from classical HTTP services over TCP is in that QUIC uses encrypted datagram connections, with congestion control, flow control, NAT-rebinding and migration algorithms directly implemented within the QUIC protocol. Following standardisation, QUIC and HTTP/3 have been implemented and have been rapidly deployed to the Internet.

Hence, the design rationale of QUIC intrinsically prevents using a classical PEP solution for the optimisation of performance over a satellite system. Whilst the application-layer performance of HTTP/3 resembles or improves on that of HTTP/2, and the transport design has been shown to operate correctly over satellite with respect to initialisation, protocol timers, and other core functions, experiments have shown that performance of QUIC operated end-to-end over paths comprising a satellite network segment can be lower than offered by TCP using a PEP. This has motivated the scientific community and the satellite industry to think of alternative solutions for QUIC congestion control (CC) to accelerate with the QUIC performance degradation, which is still now at the early stages. QUIC has also been suggested for other applications.

The German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt), University of Aberdeen, and Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg have built a consortium that is committed to thoroughly analyse the existing approaches and options to improve the performance of TCP over satellite network segment and apply the most appropriate concepts to QUIC congestion control mechanisms as well as understanding the implications of deploying the new approaches as a part of a secure end-to-end architecture. As a result, a novel algorithm will be defined and then verified against the relevant technical requirements. Finally, the resulting new QUIC specifications will be validated using real satellite trials in exemplar scenarios.

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Simulation der Energieflüsse in der Metropolregion zur Verbebesserung der Entscheidungsfindung im Kontext der Energiewende

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: Klimapakt2030plus - Energiewende in der Metropolregion Nürnberg
Laufzeit: 2022-12-01 - 2027-11-30
Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt

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Adaptives Quality-of-Service-Management für einen effizienten und resilienten Betrieb intelligenter Verteilnetze

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2022-07-01 - 2026-06-30
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Abstract

In Übertragungsnetzenermöglicht eine dedizierte und leistungsfähige Kommunikationsinfrastruktur einegleichzeitige Ausführung kommunikationsintensiver Funktionen und Dienste. Durchden Ausbau erneuerbarer Energieanlagen auf Nieder- und Mittelspannungsebene undder dadurch notwendigen Verlagerung der Systemverantwortung hin zu diesenAnlagen und deren Betreibern müssen vergleichbare Funktionen und Dienste –sogenannte Smart Grid Services (SGSs) – auf Verteilnetzebene umgesetztwerden. In diesem Projekt werden Methoden zur Online-Rekonfiguration desKommunikationsnetzes auf Verteilnetzebene erforscht, die auf einem zweistufigenAnsatz für QoS-Bereitstellung basieren: Im ersten Schritt wird eine diskreteOptimierung verwendet, um auf der Basis einer topologischen Sicht auf dieRechen-, Speicher- und Kommunikationsressourcen eine Zuordnung von SGSs aufverfügbare Server und eine Flow Allocation im Kommunikationsnetzwerk zu finden.Im zweiten Schritt wird Network Calculus genutzt, um analytischsicherzustellen, dass alle kritischen SGSs ihre QoS-Anforderungen erfüllenkönnen. Der Effekt des zweistufigen Ansatzes für QoS-Bereitstellung wird dann simulativevaluiert.

Die FAU konzentriert sich in derKooperation vorwiegend aus die Kommunikations- und QoS-Aspekte, während die UniversitätOldenburg in enger Zusammenarbeit überwiegend die Auswirkungen auf dasEnergienetz und die Rekonfiguration der Smart Grid Services betrachtet.

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Traffic Engineering für resiliente Quality-of-Service Anforderungen

(FAU-externes Projekt)

Laufzeit: seit 2022-05-02

Abstract

Die Bundesanstalt für den Digitalfunk der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BDBOS) ist die Netzbetreiberin des Bundes. Unter anderem verantwortet sie die Netze des Bundes und entwickelt diese im Zuge der Digitalisierung weiter. Mit der Netzstrategie 2030 verfolgt die BDBOS u.a. das strategische Ziel, einen einheitlichen, zukunftsfähigen, resilienten und leistungsfähigen Informationsverbund der öffentlichen Verwaltung zu schaffen.
In Kooperation mit der BDBOS und auf Basis einer externen Promotion soll dieses strategische Ziel wissenschaftlich untersucht und die daraus resultierenden Ergebnisse evaluiert werden. Das Ergebnis sollte ein resilientes und qualitätsgewährleistendes Modell/Framework sein (resilient QChain of a System – resQoSystem, ausgesprochen: rescue of a system), welches die Leistungsfähigkeit des Informationsverbundes öffentliche Verwaltung in den unterschiedlichsten Lagen sicherstellt und gewährleistet.

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Simulation KI-unterstützter automobiler Szenarien und Protokoll-Optimierung

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: Optimierung der Konnektivität für automobile Anwendungen in hybriden Satelliten / terrestrischen 5G Netzwerken mittels künstlicher Intelligenz
Laufzeit: 2022-02-01 - 2025-01-31
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

Abstract

Die Kooperation bestehend aus Airbus Defence and Space GmbH, Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen, Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg und der ZF Friedrichshafen AG hat das gemeinsame Ziel, die Konnektivität für automobile Anwendungen in hybriden Satelliten und terrestrischen 5G Netzwerken mittels künstlicher Intelligenz zu erforschen und optimieren.

Die FAU arbeitet hierzu schwerpunktmäßig an Konzepten zur Integration automobiler Anwendungen, der Erstellung eines Simulationsmodells zur Kombination von Fahrzeug- und Satellitenkommunikation, der Einbindung von KI-Algorithmen, der Leistungsbewertung und Optimierung von Quality-of-Service relevanten Netzwerk- und Protokollaspekten sowie der Umsetzung in einem Echtzeit-Demonstrator. Ergebnisse sollen bei wissenschaftlichen Konferenzen vorgestellt werden und in die Standardisierung von 5G und zukünftigen 6G Netzwerken eingebracht werden.

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Neue Protokollentwicklungen für schnelles Internet über Satellit

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2021-10-01 - 2024-09-30
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

Abstract

Die Kooperation der Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg mit der ND SatCom GmbH hat im Vorhaben QUICSAT das gemeinsame Ziel, Internetprotokolle und Anwendungen für geostationäre Satellitenverbindungen zu verbessern.

Hierzu soll das Potenzial neuer Technologien (AQM, ECN, BBR und insbesondere QUIC) untersucht werden. Ultimatives Ziel ist es, dass Internet über Satellit eine ähnliche Performance wie terrestrische Internetanschlüsse aufweist.

Die hohe Latenz bei Internet mit geostationären Satelliten, die momentane Architektur von Internetprotokollen sowie die stets steigende Komplexität von Internetanwendungen (insbesondere bei Webseiten) sind der Grund dafür, dass die Performance von Satelliteninternet geringer als die Performance von terrestrischen Internetanschlüssen ist, auch wenn die Datenraten vergleichbar sind. Neuere Quality of Service-Mechanismen (QoS), wie sie für das Internet entwickelt wurden, finden bei der Satellitenkommunikation momentan noch keine Anwendung. Bei QUIC (potenzieller Nachfolger für TCP) besteht zudem die Gefahr, dass sich aufgrund der Nichtanwendbarkeit von PEPs die Performance von Satelliteninternet sogar verschlechtert.

Das Projekt liefert einen Beitrag zur Protokollerforschung, Standardisierung und bei begleitenden Referenz-Implementierungen.

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MBPLE4Mobility - Durchgehend modellbasierte Entwicklung und Produktlinienentwicklung für Steuerungssystem in der Fahrzeugtechnik

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2021-07-01 - 2024-06-30
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

Abstract

Als Teil eines großen Konsortiums befasst sich der Lehrstuhl Informatik 7 im Rahmen des Projekts mit dem modellbasierten Systementwurf der Fahrzeug-Kommunikationssysteme unter Einbezug von Variantenvielfalt. Hierfür wird zum einen eine Optimierung für die Konfiguration und die Ressourcenauslegung der Netzwerkarchitektur für verschiedene Kommunikationsprotokolle und -mechanismen realisiert. Zum anderen werden Safety-Analysen unter Verwendung von Fehlerbäumen und Erweiterung dieser für Produktlinien durchgeführt.

Für den formalen Nachweis der erforderlichen Echtzeiteigenschaften wird Network Calculus herangezogen. Dafür müssen geeignete Ansätze für die in den Vernetzungstechnologien verwendeten Scheduling-Verfahren (z.B. TAS, prioritätsbasiert, CBS, usw.) formuliert werden.

Für eine automatisierte und beschleunigte Erstellung der Netzwerkoptimierungen und der Safety- und Echtzeit-Analysen werden Modell- und Codegeneratoren entwickelt. Die Ergebnisse dieser Auswertungen werden in die Modellierung des Gesamtsystems zurückgeführt.

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Mehrsektorale gekoppelte Energiesystemmodellierung auf regionaler Ebene

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

Laufzeit: 2021-05-01 - 2024-04-30
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www.esm-regio.de

Abstract

Die Reduktion des Primärenergieeinsatzes und der Treibhausgase sind zentrale Ziele der Energiewende. Allerdings reicht die Umstellung von fossilen auf regnerative Energieträger nicht aus, um sie zu erreichen. Eine übergreifende Betrachtung und Optimierung der unterschiedlichen Sektoren des Energiesystems - Elektrizität, Gas, Wärme und Verkehr - kann die Weiterentwicklung des Energiesystems in Deutschland wesentlich vorantreiben. Potenziale bestehen vor allem auf der regionalen Ebene.
Ziel des Projekts ESM-Regio - kurz für "Mehrsektorale gekoppelte Energiesystemmodellierung auf regionaler Ebene" - ist es, ein zeitlich hochaufgelöstes Energiesystemmodell in der Größenordnung von Landkreisen zu erstellen, das die vier Sektoren Elektrizität, Gas, Wärme und Verkehr sowie die benötigten Schnittstellentechnologien berücksichtigt. Ein wesentliches Merkmal des Vorhabens besteht in einer sektorübergreifenden Modelllogik. Geeignete Simulationsverfahren ermöglichen eine ganzheitliche Analyse und Optmierung des Systembetriebs unter Betrachtung der vier maßgeblichen Sektoren des Energiesystems.

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Bewertung der Leistungsfähigkeit von Internet über Satellit

(FAU-externes Projekt)

Laufzeit: 2021-01-01 - 2021-04-30
Mittelgeber: andere Förderorganisation
URL: https://www.cs7.tf.fau.de/forschung/quality-of-service/forschungsprojekte/sat-internet-performance/
Abstract
In dieser Arbeit wird die Leistungsfähigkeit verschiedener Anwendungen über verschiedene Internetzugänge bewertet, mit Fokus auf den Internetzugang über Satellit.

Konkret wurden folgende Zugangstechnologien ausgewählt:
- Geostationäre Satelliten (Konnect/Eutelsat, skyDSL/Eutelsat, Bigblu/Eutelsat, Novostream/Astra)
- Satelliten-Megakonstellation in niedriger Umlaufbahn (Starlink)
- Terrestrische Systeme als Referenz (o2 DSL, Congstar LTE)
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Heterogene Fahrzeugnetzwerke zur Datenübertragung im Feld

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2020-04-01 - 2023-09-30
Mittelgeber: andere Förderorganisation

Abstract

Fahrzeuge werden mehr und mehr zur mobilen Datenplattform. Neben der Mobilität als Hauptaufgabe nimmt der Anspruch an Unterhaltung, Konnektivität und aktueller Software im Fahrzeug deutlich zu. Neben der Datenaktualisierung in der Werkstatt wird bereits heute ein Mobilfunkmodul im Fahrzeug verbaut, über das Kartenupdates, Verkehrsinformationen und Entertainmentanwendungen betrieben werden. Der Mobilfunk hängt allerdings stark von der vorhandenen Netzinfrastruktur ab und kann in einigen Bereichen ausfallen. Zudem muss dem Netzbetreiber für die Verwendung ein meist datenvolumenabhängiges Entgelt entrichtet werden. In diesem Projekt sollen daher weitere Technologien evaluiert werden, um auch in Zukunft effektive Kommunikation zu ermöglichen. Potenzial bieten hier öffentlich verfügbare WLAN Hotspots, die auch im Straßenbereich zur Verfügung stehen und zumeist kosteneffektiv genutzt werden können. Zudem benötigen die Fahrzeuge ähnliche Informationen, da beispielsweise ein Kartenupdate auf viele Fahrzeuge im Feld gebracht werden soll. Daher bietet sich auch die direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen in 5G als Möglichkeit, Informationen im Feld auszutauschen und die Verwendung des Mobilfunknetzes zu reduzieren. Ziel ist es die Kombination verschiedener Technologien zu einem komplexen heterogenen Fahrzeugnetz zu testen und die Verwendbarkeit opportunistischer Netze zu evaluieren. Dabei sollen Vorschläge für zukünftige Standardisierungen erarbeitet werden. Aus wissenschaftlicher Sicht sind geeignete Koordinations- und Routingmechanismen notwendig, da die Verbindungszeiten im Feld sehr gering ausfallen, Fahrzeuge als Zwischenspeicher und Quelle fungieren und eine effektive Nutzung der Übertragungswege relevant ist.

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Zuverlässigkeitsbewertung für Multi-Sensorsysteme

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2020-01-01 - 2023-06-30
Mittelgeber: andere Förderorganisation

Abstract

Zukünftige Fahrfunktionen benötigen Multi-Sensorsysteme, deren Zuverlässigkeit durch Methoden der Sensordatenfusion (Aggregation, Filterung, Mehrheitsentscheidung und weitere Mechanismen zur Fehlervermeidung) gesteigert werden müssen. Dadurch treten Fehler sehr selten auf, es existieren jedoch Abhängigkeiten der Fehler von aufeinanderfolgenden Sensorwerten („Fehlerbursts“) und auch Abweichungen zwischen Sensoren (z.B. bei schlechten Umgebungsbedingungen).

Für eine Auslegung hinsichtlich der Sicherheit müssen Fehlerwahrscheinlichkeiten von Multi-Sensorsystemen bestimmt werden. Sowohl ein bestehendes analytisches Modell basierend auf Markov-Ketten als auch ein Simulationsmodell für Multi-Sensorsysteme ausgebaut werden, um die zu bestimmen.

In diesem Projekt soll auf den Vorarbeiten des INI.FAU-Projekts aufgebaut werden und sowohl das bestehende analytische Modell basierend auf Markov-Ketten als das Simulationsmodell für Multi-Sensorsysteme ausgebaut werden. Die angestrebten wissenschaftlichen Erkenntnisse bestehen in der Weiterentwicklung des analytischen Markov-Modells, das bereits Fehlerbursts einzelner Sensoren sowie Abhängigkeiten zwischen zwei Sensoren berücksichtigt, dem Ausbau auf mehr Sensoren, der Berücksichtigung weiterer Fehlervermeidungsstrategien und einer Werkzeugumsetzung. Weiterhin sollen Erkenntnisse beim Einsatz von Rare-Event-Simulation erzielt werden, um detailliertere Simulationsmodelle von Multi-Sensorsystemen in praktikablen Laufzeiten auszuführen und damit statistisch gesicherte Ergebnisse abzuleiten. Die Simulation erlaubt eine noch realistischere Systemnachbildung und eine Validierung der analytischen Modellierung. Es entsteht eine wissenschaftlich fundierte Methodik zur Ermittlung der Zuverlässigkeit von Multisensorsystemen.

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Optimierung von Multi-Access Edge Computing (MEC) für Netzwerk-abhängige Dienste

(FAU-externes Projekt)

Laufzeit: 2019-10-01 - 2024-12-31

Abstract

Perspektivisch wird Datenverkehr nicht mehr ausschließlich zwischen Cloud bzw. einem Server in einem Rechenzentrum und einem mobilen Endgerät stattfinden. Kommunikation zwischen Geräten wird vielmehr auf Basis von Anwendungsbeziehungen direkt aufgebaut werden, um immersive Anwendungen, automatisiertes Fahren oder Virtual Reality zu realisieren. Hierzu folgen der 5G Mobilfunkstandard und zukünftige Netzwerktechnologien in ihrem Design zunehmend dem Data-Centric Paradigma, in dem unter anderem auch die steigende Relevanz von direkter Gerätekommunikation eine Berücksichtigung findet. Eine weitere elementare Entwicklung trägt ebenfalls dazu bei: Rechen- oder Informationsressourcen werden nicht länger ausschließlich von Cloud-Servern zur Verfügung gestellt.

Multi-Access Edge Computing (MEC) ist Bestandteil aktueller Forschung und beschäftigt sich mit der Bereitstellung von Ressourcen auf verteilen Edge Knoten. MEC Instanzen können beispielsweise nah an Basisstationen angesiedelt sein, um Anwendungen mit besonderen Anforderungen, wie geringe Latenz, geringvarianter Jitter, hohe Bandbreiten oder Datenschutzanforderungen nah am Endgerät zu bedienen. Mit der Zeit werden Services enstehen, deren Komponenten buchstäblich überall und verteilt bereitgestellt werden können - ohne dass eine zwingend hierarchische Netztopologie berücksichtigt werden muss. Neben einer Cloud-Instanz kann ein Service demnach auch auf der Edge-Instanz in der Nähe, also z.B. einer Mobilfunk-Basisstation, einem Verkehrsleitsystem oder sogar einem benachbarten User Equipment (UE), betrieben werden. Auch Multi-Level MEC Konstellation sind möglich. Ein homogener Technologie-Stack, der das Cloud-Computing erweitert, ermöglicht eine Daten-zentrische Architektur, die gleichzeitig strenge Service-Anforderungen berücksichtigen kann.

Die enstehende Architektur kann dabei aus zwei Perspektiven betrachtet werden. Mit Blick auf die Netzwerkkommunikation sind MEC Resourcen über nur wenige Links bzw. Hops erreichbar. Durch diese geographische bzw. topologische Nähe werden die Links nicht überlastet, was in den genannten Performance-Vorteilen resultiert. Mit Blick auf die bereitgestellten Services, kann ein MEC-Orchestrator dynamisch Service Deployments auf Rechenknoten auf die jeweils aktuelle Situation anpassen und Ressourcen in die Topologie einbinden oder beispielsweise zur Einsparung von Energie entfernen. Neben Orchestrationsentscheidungen führt auch die Fortbewegung von Teilnehmern zu einer Änderung der Netzwerktopologie. Um das volle Potential von MEC auszuschöpfen und somit auch Dienste betreiben zu können, die auf MEC Resourcen angewiesen sind, müssen beide Perspektiven sinnvoll miteinander kombiniert werden.

In statisch aufgebauten Umgebungen lassen sich MEC Resourcen meist gut vorausplanen. Eine Herausforderung wird es insbesondere, wenn die genannten dynamischen Topologieänderungen oder Mobilität der UEs das Gesamtsystem beeinflussen. Eine der Kernfragen, die sich stellt, ist: Können die Kommunikationsanforderungen von MEC-abhängigen Diensten, die zur reibungslosen Umsetzung des Dienstes nötig sind, zu jedem Zeitpunkt eingehalten werden?

Das Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der Auswahl der besten MEC-Resourcen, zum Beispiel aus UE Sicht, sowie den, aus Netzwerksicht, besten Lokationen für Orchestratoren, um die Dienste bereitzustellen. Der Fokus liegt hierbei insbesondere auf der aktuellen Netzwerk- und Topologiesituation in Kombination mit den strengen Kommunikationsanforderungen von Diensten, die MEC-Resourcen benötigen. Es werden Strategien und Algorithmen, beispielweise auf Basis von Graphen, entwickelt, implementiert und evaluiert. Eine Verifikation findet durch system-level Simulationen und realen Einsatz statt.

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Performance Evaluation of Hardware-in-the-Loop Test Systems for Autonomous Driving Functions

(FAU-externes Projekt)

Laufzeit: 2019-06-03 - 2024-12-03

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Dezentrale Bereitstellung von Systemdienstleistungen mit Elektrofahrzeugen

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2019-04-01 - 2020-12-31
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
URL: https://zentrum-digitalisierung.bayern/initiativen-fuer-die-wissenschaft/graduate-program/graduate-fellowships/

Abstract

Im Rahmen der Energiewende werden zunehmend konventionelleKraftwerke, welche derzeit für die Stabilität im Stromnetz verantwortlich sind,vom Netz genommen. Um auch zukünftig Systemstabilität zu gewährleisten sindneue Konzepte notwendig. Dazu wird im Projekt ein Modell zur Beschreibung derFlexibilität von Ladevorgängen von Elektrofahrzeugen entwickelt. Anhand vonSimulationen werden die Fähigkeit, die Zuverlässigkeit, die Grenzen und dieKosten der Erbringung von Systemdienstleistungen wie Regelleistung und Engpassmanagementmit Elektrofahrzeugen sowie Kombinationen teils konkurrierender Ziele fürdiverse Szenarien erforscht. Enger Kooperationspartner ist das StartUpChargingLedger, das Konzepte von der Simulation in die Anwendung bringt.

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Synchronisation und Echtzeitfähigkeit in verteilten Simulationen für die virtuelle Entwicklung und Absicherung von automatisierten Fahrfunktionen

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2018-10-01 - 2021-09-30
Mittelgeber: andere Förderorganisation

Abstract

Verteilte Simulationen werden häufig zur Verbesserung der Leistung oder zur Kopplung von unterschiedlichen Simulatoren verwendet. Für die Simulation von autonomen Fahrfunktionen ist diese Kopplung sehr wichtig, denn so können wiederverwendbare Simulationskomponenten für das nähere und weitere Umfeld des Fahrzeugs, für Ego- und Fremdfahrzeuge, für die Sensorik, für Abläufe in den Steuergeräten, für die Fahrzeugdynamik und für ähnliche Aspekte erstellt und gemeinsam in einer Simulation ausgeführt werden. Weiterhin bietet eine solche verteilte Simulation einen Ausgangspunkt für die Kopplung mit echten Software- oder Hardwarekomponenten (SIL bzw. HIL). Die Synchronisation in der verteilten Simulation muss die Kausalität sicherstellen: wenn es Abweichungen der Zuordnung von Simulationszeit zur Echtzeit in den Komponenten gibt, kann es zu Verletzungen der Kausalität kommen. Ein Beispiel sind kooperative Sicherheitsfunktionen, bei denen Aktionen in sehr schneller Abfolge verlaufen. Gründe für Kausalitätsverletzungen können beispielsweise nicht synchronisierte Uhren oder Verzögerungen bei der Nachrichtenauslieferung sein. Eine weitere Aufgabe der Synchronisation ist die Gewährleistung der Reproduzierbarkeit der Simulationsergebnisse. Durch Jitter in der Ausführungszeit von einzelnen Komponenten oder bei der Nachrichtenübertragung entsteht ein Nichtdeterminismus in der Ausführungsreihenfolge, der zu einem unterschiedlichen Ergebnis der Simulation führen kann.

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Simulation und Modellierung aus Messdaten von Fahrzeugen

(FAU-externes Projekt)

Laufzeit: 2018-10-01 - 2021-09-30

Abstract

Die Funktionssicherheit von Fahrerassistenzsystemen sowie automatisierter und vernetzter Funktionen ist vom Automobilhersteller in jeder denkbaren Verkehrssituation sicherzustellen. Im Entwicklungs- und Absicherungsprozess ist dazu eine erhebliche Zahl von Verkehrssituationen, sog. Szenarien, abzuprüfen. Dieser umfangreiche Prüfumfang lässt sich in Zukunft eigentlich nur noch durch den massiven Einsatz von Computersimulation sinnvoll bewältigen. Um in diesen Simulationen eine entsprechende Validität und Praxisrelevanz zu erzeugen, müssen Modelle des eigenen Fahrzeugs, der Strecken und –Umgebung sowie des umgebenden Verkehrs adäquat modelliert werden.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen Fahrsituationen, sogenannte Fahrszenarien, realer Versuchsfahrzeuge sensorisch erfasst und aufgezeichnet werden. Aus diesen Datenaufzeichnungen soll das aufgezeichnete Fahrszenario in einer Fahrsimulation nachgebildet und eine aktivierte automatisierte Fahrfunktion darin betrieben werden. Dadurch kann die Exaktheit des Simulationsmodells mit den aufgezeichneten Messdaten verglichen und validiert werden. Darüber hinaus werden so anspruchsvolle Fahrszenarien für einen Prüfkatalog gesammelt und das Fahrszenario kann mit vielen Variationen der zu simulierenden automatischen Fahrfunktion durchgespielt und verglichen werden.

Aufbauend auf einem funktionierendem Verfahren der Szenariengenerierung aus Messdaten soll ein Verfahren für gezielte Datenanalyse relevanter Szenarien aus Massendaten hinsichtlich Kategorien, Definitionen, Trajektorien zur Erzeugung von parametrierbarer Manöverklassen systematisch erarbeitet werden.

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Engineering von zukünftigen Zugsteuer- und Managementsystemen

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2018-10-01 - 2021-09-30
Mittelgeber: Siemens AG

Abstract

Mit den sich entwickelnden Technologien und Methoden im Bereich der Echtzeitkommunikation und der stetig steigenden, zu übertragenden Datenmenge ist die Bahnindustrie auf den Zug der Modernisierung ihrer Prozesse aufgesprungen.
Bei den Bahnanwendungen liefern verschiedene Hersteller bis heute unterschiedliche und meist nicht kompatible Lösungen. Diese Lösungen werden für eine bestimmte Konstellation eines Zuges spezifiziert, sind in den meisten Fällen aber nicht in der Lage, bei einer Veränderung der Zugkonstellation die korrekte Funktionalität zu bieten. Um sicherheits- und zeitkritische Bereiche von unkritischen Bereichen zu trennen, die z. B. Dienstleistungen für Fahrgäste wie Wireless LAN anbieten, müssen darüber hinaus getrennte Netze mit einer eigenen Infrastruktur aufgebaut werden, die für den Zug und seine Hersteller mehr Gewicht und Kosten bedeuten.

Im Bereich der Echtzeitkommunikation hat sich Time-Sensitive Networking (TSN) als mögliche Lösung zur Überwindung der oben genannten Probleme herausgestellt. Es stellt Verfahren und Mechanismen für die Ethernet-Technologie bereit, die sie mit Aspekten des Determinismus und der Zuverlässigkeit bereichern.

Mit Time-Sensitive Networks (TSN) können die sicherheits- und zeitkritischen Domänen mit unkritischen Bereichen zusammengeführt werden, so dass den sicherheitskritischen und zeitsensiblen Domänen noch genügend Zuverlässigkeit und Determinismus garantiert werden kann und die Bedürfnisse der Passagiere befriedigt werden.

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, die Eignung von TSN im Bahnbereich zu testen. Vorrangiges Ziel des Projekts ist es, zu analysieren, ob die Anforderungen der sicherheits- und zeitkritischen Anwendungen in Bezug auf eine deterministische Netzwerkkommunikation und beschränkte Latenzen im Netzwerk erfüllt werden können und gleichzeitig nachzuweisen, dass die Erfüllung der Ansprüche der kritischen Anwendungen nicht zu einer signifikanten Beeinträchtigung unkritischer Anwendungen führt.

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Network Calculus für Time-Sensitive Networking

(Projekt aus Eigenmitteln)

Laufzeit: seit 2018-10-01

Abstract

Dieses Forschungsprojekt beschäftigt sich mit Anwendungsmöglichkeiten von Dienstgütegarantien in Time-Sensitive Networking, insbesondere mithilfe von Network Calculus. Echtzeit-Systeme werden zunehmend in der Industrie, z.B. der Automobil-, Automatisierungs- oder Unterhaltungsbranche benötigt. Klassisches Ethernet garantiert jedoch keine Echtzeitfähigkeit, weshalb die Time-Sensitive Networking Task Group (IEEE 802.1) Standards für die Echtzeitübertragung von Daten über Ethernet-Netzwerke entwickelt. Diese Standards werden unter dem Begriff Time-Sensitive Networking (TSN) zusammengefasst. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird nun die Anwendung von Network Calculus für TSN untersucht. Network Calculus (NC) ist eine Systemtheorie zur deterministischen Leistungsbewertung. Dabei werden mathematische Methoden verwendet, um Leistungsgarantien für Kommunikationssysteme zu bieten. NC kann dabei helfen, Echtzeit-Eigenschaften von TSN zu bewerten, erforderliche Latenz-Grenzen einzuhalten und Aufschlüsse über die optimale Konfiguration der Netzwerke liefern. Außerdem ermöglicht es die Dimensionierung der Puffer und kann existierende oder neue Scheduling-Algorithmen bewerten.

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Entwicklung einer Absicherungsmethodik für automatisiertes Fahren durch Fahr-/Funktionssimulation

(FAU-externes Projekt)

Laufzeit: 2018-09-01 - 2021-08-31

Abstract

Die Funktionssicherheit von Fahrerassistenzsystemen sowie automatisierter und vernetzter Funktionen ist vom Automobilhersteller in jeder denkbaren Verkehrssituation sicherzustellen. Im Entwicklungs- und Absicherungsprozess ist dazu eine erhebliche Zahl von Verkehrssituationen, sog. Szenarien, abzuprüfen. Dieser umfangreiche Prüfumfang lässt sich in Zukunft nur noch durch den massiven Einsatz von Computersimulation sinnvoll bewältigen. Um in diesen Simulationen eine entsprechende Validität und Praxisrelevanz zu erzeugen, müssen Modelle des eigenen Fahrzeugs, der Strecken und –Umgebung sowie des umgebenden Verkehrs adäquat modelliert werden.
Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Methodik zur Absicherung von Systemen und Funktionen des automatisierten und vernetzten Fahrens mittels Computersimulation auf virtuellen Streckenmodellen konzipiert und prototypisch entwickelt werden. Aspekte, die dabei Berücksichtigung finden sollen, sind Qualitätsanforderungen an das Streckenmodell hinsichtlich unterschiedlicher Sensor- und Reglerfunktionen, erforderliche Parameter/Dimensionen für die darzustellenden (Verkehrs-)Szenarien, Klassifizierung der Ähnlichkeit/Genauigkeit von digitalen Zwillingen (Simulation und Versuchsfahrzeug) oder auch eine Validierungssystematik für solch ein virtuelles Umfeldmodell.
Aufbauend auf die Anforderungen an die Simulation und den Spezifikationen an das virtuelle Streckenmodell soll ein systematisches und belastbares Verfahren zur simulationsbasierten Absicherung von automatisierten Fahrfunktion erarbeitet werden.

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Dezentrale Organisation von zukünftigen Energiesystemen basierend auf der Kombination von Blockchains und dem zellularen Ansatz

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2018-01-01 - 2019-03-31
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)

Abstract

Das Ziel des Projekts ist es ein Energieinformationssystem zu designen, welches dezentral und lokal (teil-)autonom funktioniert sowie eine beliebig skalierbare Anzahl an Akteuren integrieren kann. Durch eine Dezentralisierung der Systemverantwortung soll es ein stabiles Energiesystem auf der Basis von erneuerbaren Energien und Speichern ermöglichen.

Der Lösungsansatz basiert auf einer Kombination des zellularen Ansatzes und der Blockchain Technologie. Die vernetzte IT Infrastruktur kann genutzt werden um durch variable Preise das Stromnetz auf allen Ebenen zu stabilisieren. Darüber hinaus kann virtuelles Trägheitsmoment generiert werden, welches die zunehmend reduzierten rotierenden Massen im System ersetzen kann, sowie automatisiertes Engpassmanagement durch Förderung eines lokalen Ausgleiches von Einspeisung und Nachfrage betrieben werden.

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Hybrides Co-Simulations Framework

(Projekt aus Eigenmitteln)

Laufzeit: seit 2017-11-01

Abstract

Simulation ist ein adäquates Mittel, welches erlaubt neuartige Technologien und Algorithmen zu untersuchen, zu evaluieren und zu validieren. Um zu realistischen Ergebnissen zu gelangen, ist es erforderlich diverse Herausforderungen zu meistern. Eine dieser Herausforderungen stellt die Durchführbarkeit der Berechnung von ganzheitlichen Simulationszenarien dar. Dies gilt vor allem, wenn Szenarien betrachtet werden sollen, die beispielsweise eine ganze Stadt, oder gar ein ganzes Land modellieren. Neben Betrachtungen der Performanz, bedarf die angemessene Modellierung von Szenarien der echten Welt meist der Kombination verschiedener Simulationswerkzeuge. Oft stammen die kombinierten Werkzeuge aus verschiedenen Domänen. Das führt dazu, dass ihre Kombination im Allgemeinen auch die Verbindung unterschiedlicher Modellierungsparadigmen erfordert. Zwei weitere Herausforderungen stellen die Zeitsynchronisation beteiligter Tools und der Datenaustausch zwischen den Tools dar.
Um diese Problemstellungen zu lösen, wird im Rahmen dieses Projekts ein hybrides Co-Simulations Framework entwickelt. Das Framework nutzt eine Implementierung der High Level Architecture (HLA, IEEE1516) als Middleware und erlaubt die dynamische Komposition eines Simulations-Setups, welches den bestehenden Anforderungen entspricht. Die Komposition erfolgt in zwei Dimensionen. In einer vertikalen Dimension gestattet Multi-Level Unterstützung die Simulation zu verschiedenen Detailgraden. Dies erfolgt je nach Anforderungen bezüglich Performanz, bestehender Datengrundlage und den formulierten Fragestellungen. In einer horizontalen Dimension erfolgt die Modellierung der domänenübergreifenden Kopplung von Simulationswerkzeugen. Der Fokus auf Erweiterbarkeit stellt sicher, dass die nachträgliche Eingliederung benötigter Simulationstools in das Framework ermöglicht wird.

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Simulation und Modellierung verschiedener 5G-Mechanismen im Kontext vernetzter Mobilität

(Projekt aus Eigenmitteln)

Laufzeit: 2017-10-01 - 2022-08-31

Abstract

Die Vernetzung von Fahrzeugen mit anderen Verkehrsteilnehmen bzw. der Infrastruktur (Vehicle-to-Everything (V2X)) ist eine der Schlüsseltechnologien für das autonome Fahren und Smart Cities. Der hierfür entwickelte WLAN-Standard IEEE 802.11p ist bereits seit einem Jahrzehnt Schwerpunkt der Forschung. Bislang hat sich diese Kommunikationstechnologie in der Automobilbranche jedoch nicht als Kommunikationsstandard durchsetzen können. Ein möglicher Grund hierfür ist die nicht vorhandene stationäre Infrastruktur (Basisstationen am Straßenrand oder an Ampeln), welche hohe Investitionen erfordern würden.

Viele Automobilhersteller fokussieren ihren Forschungsschwerpunkt deshalb auf Mobilfunktechnoligen der neuesten Generation. Die benötigte Infrastruktur ist aufgrund anderer Mobilfunkteilnehmer flächendeckend vorhanden. Bei LTE wurden bereits Spezifikationen für die direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen sowie die Kommunikation über eine Basisstation verabschiedet. Die neueste Mobilfunkgeneration (5G), welche ab dem Jahr 2020 eingeführt werden soll, berücksichtigt hier von Beginn an Anwendungsfälle und Kriterien für die V2X-Kommunikation. Hierbei sollen bei 5G die Virtualisierung der Mobilfunkkomponenten per Network Slicing in Verbindung mit SDN und NFV eine entscheidende Rolle zur Einhaltung von Dienstgüteparametern gegenüber LTE und WLAN spielen.

Für die Simulation von Szenarien der V2X-Kommunikation per WLAN IEEE 802.11p ist das am Lehrstuhl entwickelte Framework Veins bei zahlreichen Studien eingesetzt worden. Um Vergleiche zwischen WLAN und Mobilfunk per Simulation zu evaluieren, ist eine Weiterentwicklung von Veins um die Mobilfunktechnologien LTE/5G von großem Interesse. Der Fokus liegt hier insbesondere bei Fragestellungen zur Dienstgüte und den angedachten V2X-Anwendungsfällen. Im Rahmen der Dissertation wird das Veins-Framework auf die 5G Technologie erweitert. Der Schwerpunkt liegt hier auf Mechanismen der unteren Netzwerkschichten und der angedachten QoS (Quality of Service) und Network Slicing Ansätze.

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Modellierung und Simulation von dreidimensionalen Fahrzeug-Ad-Hoc-Netzwerken

(Projekt aus Eigenmitteln)

Laufzeit: 2017-10-01 - 2022-09-30

Abstract

Die Möglichkeiten und Herausforderungen der Fahrzeug-zu-X-Kommunikation (Vehicle-to-X- bzw. V2X-Kommunikation) werden bereits seit vielen Jahren erforscht. Ein beliebtes Mittel, das bei relativ hoher Detailtreue ausreichend Flexibilität bei den Untersuchungen zulässt, ist die Simulation solcher Netzwerke, welche sowohl den Verkehrs- als auch den Kommunikationsaspekt berücksichtigen muss. Mit dem am Lehrstuhl entwickelten Framework Veins konnten hierbei bereits große Erfolge erzielt werden.
Eine Einschränkung aktueller V2X-Simulationsframeworks ist die Annahme einer quasi-zweidimensionalen Umgebung. Die verschiedenen Einflüsse der Geländeform, anderer Verkehrsteilnehmer oder auch die Kommunikation über mehrere Straßenebenen hinweg bleiben üblicherweise unberücksichtigt. Viele reale Verkehrsszenarien und somit Fahrzeugnetzwerke haben aufgrund der genannten Aspekte jedoch einen dreidimensionalen Charakter, weshalb angenommen werden muss, dass diese somit nur eingeschränkt mit bisherigen Simulatoren analysiert werden können.

In diesem Projekt soll untersucht werden, ob die oben genannte Annahme zutreffend ist. Hierfür bedarf es einer Erweiterung der klassischen paketbasierten V2X-Simulation, um die Problemstellungen solcher Szenarien mit vielen Fahrzeugen simulieren zu können. Dabei sind auch neue Kanalmodelle zu entwickeln, die den dreidimensionalen Charakter komplexer Szenarien unter begrenztem Aufwand möglichst realistisch abbilden können. Zur Sicherstellung korrekter Ergebnisse bedarf es dabei entsprechender Feldtests zur Validierung der neuen Simulationsmodelle. Des Weiteren soll mithilfe geeigneter Methoden und ggf. KI-Verfahren der Aufwand bei der Betrachtung komplexer Simulationsszenarien beherrschbarer gemacht werden.

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Multi Battery Systems - Hybrid and New Storage Simulation Tool

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2017-05-01 - 2020-04-30
Mittelgeber: Siemens AG

Abstract

Mit dem Ausbau stark fluktuierender Erneuerbarer Energien, der Einführung elektrischer Fahrzeuge oder der Sicherstellung suffizienter Energieversorgung portabler Elektronik gewinnen elektrochemische Batteriesysteme jedweder Art und deren Dimensionierung eine immer größere Bedeutung in vielen Bereichen des alltäglichen Lebens. Für eine kosten- und zeiteffiziente Analyse zur Systemauslegung und Projektplanung ist der Einsatz leistungsfähiger Modelle unabdingbar, welche das Verhalten dieser Batteriesysteme simulieren. Im Projekt Multi Battery Systems Hybrid and New Storage Simulation Tool" im Rahmen des FAU Campus Future Energy Systems (FES) entwirft der Lehrstuhl für Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme) detaillierte Simulationsmodelle verschiedener elektrochemischer Batteriespeicher. Ziel des Projekts, das in Kooperation mit der Siemens AG Erlangen durchgeführt wird, ist neben der Abbildung geläufiger Speichertechnologien, wie Lithium-Ionen- und Blei-Batterien, auch die Betrachtung von Systemen, welche bisher keine weitläufige Anwendung finden, also beispielsweise von Redox-Flow-Batterien oder Thermalbatterien. Die entworfenen Simulationsmodelle erweitern auf diese Weise auch die modulare Modell-Bibliothek der Software i7-AnyEnergy, um künftig noch differenziertere Analysen verschiedener Speicherszenarien zu ermöglichen.

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Transparent Multichannel IPv6

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2017-04-01 - 2020-12-31
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

Abstract

Satellite communication is a way to provide broadband internet access all over the world. However, with geostationary satellites the propagation delay leads to very high delays in the magnitude of several hundred milliseconds. In order to improve the interactivity and responsiveness of communication systems, utilizing a second communication link can be highly beneficial.
The Transparent Multichannel IPv6 (TMC-IPv6) Project aims to combine the advantages of multiple heterogeneous communication links. An illustrative example is the combination of a rural DSL connection with low data rate/low latency and a satellite connection with high data rate but high latency, which results in a user internet access with high data rate and low latency providing a better Quality of Experience (QoE).

Satellite-based internet access from different operators is provided by our project partners in order to experience realistic satellite communication environment and test potential solutions. The outdoor unit (parabolic antenna) is mounted on the roof of the Wolfgang-Händler-Hochhaus.

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Kommunikation in Energieinformationsnetzen

(Projekt aus Eigenmitteln)

Laufzeit: seit 2017-04-01

Abstract

Das elektrische Energienetz befindet sich durch Digitalisierung und Integration dezentraler Energiequellen im Wandel. Die Durchdringung und informationstechnische Vernetzung mit Sensorik und Aktorik lassen komplexe virtuelle Steuerungssysteme entstehen.
Liegt dem ein leistungsfähiges Kommunikationsnetz zugrunde, können innovative Dienste und Anwendungen eine ökologische, ökonomische, stabile und hochwertige Energieversorgung ermöglichen. Die vielfältigen, teils echtzeitkritischen, Anforderungen und Verkehrsmuster der gegebenenfalls großräumig verteilten Anwendungen stellen dabei eine besondere Herausforderung dar.
Untersuchungsgegenstand dieses Forschungsprojekts ist der Ersatz proprietärer Lösungen durch ein programmierbares Kommunikationsnetz mit Standardkomponenten. Diese ermöglichen einen wirtschaftlichen Betrieb und hohe Kompatibilität, individuellen Anforderungen werden durch Software erfüllt. Übergeordnetes Ziel ist dabei, die Infrastruktur der Energie- und Kommunikationsnetze gleichermaßen optimal zu nutzen und Überdimensionierung zu minimieren.

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Pal-Grid: Ein Umfassendes Simulationsframework für das Palästinensische Stromnetz

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2017-03-01 - 2019-02-28
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Abstract

Das Hauptziel dieses Kooperationsprojekts ist die Entwicklung eines umfassenden Simulationsframeworks für das palästinensische elektrische Energieversorgungssystem mit einem Fokus auf eine bestimmte Region (z.B. das Westjordanland). Das Simulationsframework soll in der Lage sein, die verschiedenen Aspekte der zukünftigen Energieversorgung zu erfassen.

Die zu entwickelnden Simulationsmodelle werden zwei Abstraktionsebenen beinhalten. Auf der Makroebene soll das palästinensische Energieversorgungssystem in abstrakter Weise nachgebildet werden, um mittels Simulation Aussagen zur Entwicklung des Strombedarfs und der Stromerzeugungsbilanzen tätigen zu können. Auf der feingranularen Mikroebene soll eine detailliertere Modellierung der verschiedenen Komponenten eines Energiesystems erfolgen, so dass auch ICT—fähige Anwendungen implementiert werden. Dadurch soll beispielsweise untersucht werden, inwiefern Lastspitzen reduziert werden können.

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SP1-1 Aufwertung von Niedertemperaturwärme mit reversiblen HP-ORC-Systemen

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg
Laufzeit: 2017-01-01 - 2021-12-31
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/energie-campus-nuernberg-teilprojekt-grosse-spei

Abstract

Das Teilprojekt beschäftigt sich konkret mit der Realisierung eines reversiblen Wärmepumpen-ORC Prozess in Kombination mit einem großen Niedertemperatur-Speicher. Überschussstrom aus Wind und PV soll zur Aufwertung geothermischer Wärme oder industrieller Abwärme mittels einer Wärmepumpe verwendet werden. Wärmepumpen ermöglichen bei gleichem Stromeinsatz im Vergleich zu klassischen Tauchsiedern ein deutlich höheres Temperaturniveau. Zur Reduktion der Investitionskosten wird ein Großteil der Komponenten der Wärmepumpe zur Rückverstromung als ORC-Prozess eingesetzt.Der Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik beschäftigt sich in diesem Projekt mit einer technischen und wirtschaftlichen Machbarkeitsstudie für die Modellregion Wunsiedel. Für die Leistungsbereiche von 100 kW bis 10 MW sind anhand von Marktstudien die vielversprechendsten Anbieter und Technologien für die Umsetzung eines Demonstrationsprojektes im Rahmen einer Machbarkeitsstudie zu ermitteln.

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Hybride Simulation vernetzter Energiesysteme

(Projekt aus Eigenmitteln)

Laufzeit: seit 2017-01-01

Abstract

Der Zubau von erneuerbaren Energieträgern und der wachsende Anteil dezentraler und stark fluktuierender Energieerzeuger stellen moderne Energiesysteme vor komplexe Herausforderungen. Auch Speichersysteme wie KWK-Anlagen mit Wärmespeichern, reine Stromspeicher oder weitere Technologien, spielen eine entscheidende Rolle. Des Weiteren ist Kommunikation zwischen den Erzeugern, Verbrauchern und Speichern sowie die intelligente Steuerung der Stromerzeuger und Verbraucher für die Stabilität und Effizienz des Energiesystems entscheidend.
Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Methoden und Werkzeugen zur umfassenden Analyse der zunehmend auf erneuerbaren Energien basierenden Energiewirtschaft auf der Ebene einzelner Häuser und Hausverbünde. Im Rahmen des Teilprojekts entsteht der Simulationsbaukasten i7-AnyEnergy der die schnelle Entwicklung hybrider Simulationsmodelle vernetzter intelligenter Energiesysteme ermöglicht. Dazu werden Methoden wie die diskrete Ereignissimulation (z.B. für Verbraucher-, Wetter- und Steuermodelle) und System Dynamics Modelle (z.B. für Energie- und Kostenflüsse) in einem Simulationsmodell verbunden. Aus den Basiskomponenten für den Energiebedarf (elektrisch und thermisch), für die Energieerzeugung (z.B. Gasheizung, Kraft-Wärme-Kopplung mit Brennstoffzellen), für erneuerbare Energien (Photovoltaik), für die Energiespeicherung (Batterien, chemische Speicher wie z.B. basierend auf LOHC), sowie für die Steuerung können Hausmodelle erstellt und zu Verbünden mit einem gemeinsamen Wettermodell und einem Kommunikationsnetz gekoppelt werden.

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Dynamische Simulation der Energieflüsse und Speicherung der Abwärme von Rechenzentren und der Integration großer Speicher in Nahwärmenetze

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg 2
Laufzeit: 2017-01-01 - 2019-12-31
Mittelgeber: Bayerische Staatsministerien

Abstract

Der Anteil an Strom aus Photovoltaik am Strommix in Deutschland wurde in den letzten Jahren stark ausgebaut. Auch in naher Zukunft wird die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien und damit auch der solar erzeugte Strom weiter steigen. Bei hoher Sonneneinstrahlung führt dies schon heute zu einem lokalen Überangebot im Stromnetz, während die Photovoltaik in der Nacht naturgemäß nicht zur Stromversorgung beitragen kann. Die Sicherstellung der nächtlichen Grundlast bei Nacht wird daher zu einem großen Teil durch fossile Erzeugung aus Kohle und Braunkohle mit entsprechender CO2-Emission gewährleistet.
Durch den Einsatz grundlastfähiger Speichersysteme mit Niedertemperatur-Speichern soll der Einsatz umweltbelastender thermischer Kraftwerke reduziert werden. Tagsüber wird mit überschüssigem Strom aus der Photovoltaik mittels Wärmepumpen (HP) Wärme aus Geothermie oder industriellen Prozessen aufgewertet und in einem Niedertemperatur-Speicher gespeichert. Zur Erzeugung von nächtlichem Grundlaststrom wird dann diese Wärmeenergie über einen Organic Rankine Cycle (ORC)-Prozess dem Speicher entzogen.

Ziel des Projekts ist die dynamische Simulation der Energieflüsse von HP-ORC-Wärmespeichern, die in das Energiesystem integriert sind und überschüssige Wärme und Strom nutzen. Mit den Simulationsmodellen sollen die Dimensionierung und geeignete Betriebsweisen für den wirtschaftlichen Betrieb von Niedertemperatur-Speichern untersucht werden.

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Kombinierte Optimierung, Simulation und Netzanalyse des elektrischen Energiesystems im europäischen Kontext

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

Laufzeit: 2016-10-01 - 2019-09-30
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

Abstract

Mit den Beschlüssen der deutschen Bundesregierung zur Energiewende wird die deutsche Energieversorgung nachhaltig umgestaltet. Ein Hauptziel ist dabei, eine der umweltschonendsten und energiesparendsten Volkswirtschaften bei gleichzeitig wettbewerbsfähigen Energiepreisen zu werden. Hierfür bedarf es der Unterstützung von erweiterten Analysesystemen, die sowohl die technischen als auch marktregulatorischen und rechtlichen Rahmenbedingungen gleichermaßen berücksichtigen. Gerade auf technischer Seite wird in existierenden Energiesystemanalysemodellen die Modellierung des Übertragungs- und Verteilnetzes häufig vernachlässigt oder stark vereinfachend durchgeführt.Dies motivierte die an der FAU Erlangen-Nürnberg durchgeführten Vorarbeiten der vergangenen Jahre (Energiesystemanalyse Bayern"), mit denen ein ganzheitlicher systemorientierter Modellierungsansatz für das elektrische Energieversorgungssystem Deutschlands zunächst mit Fokus auf den Freistaat Bayern entwickelt wurde. In dieser Modellierung wurden das Hoch- und Höchstspannungsnetz mit konventionellen Kraftwerken und Einspeisungen aus regenerativen Energieanlagen unter den bisherigen Marktmechanismen in Deutschland abgebildet. Mit Hilfe der erstellten Modelle wurden für das Bundesland Bayern Aussagen, u.a. über einen kostenoptimalen Kraftwerks-, Netz- und Speicherausbau oder die Entwicklung von CO2 -Emissionen abgeleitet. Das Gesamtmodell beinhaltet Teilmodelle zur Optimierung (Ermittlung von kostenminimalen Ausbauszenarien), zur Simulation (stochastische Simulation von unterschiedlichen Szenarien mit hoher zeitlicher Auflösung und hoher Detailtiefe) und zur Netzsystemanalyse (quasistationäre AC-Lastflussberechnungen) zur Überprüfung der erforderlichen Netzplanungskriterien und eines sicheren Systembetriebs.
Im Rahmen des vom BMWi geförderten Vorhabens KOSiNeK wird basierend auf den geleisteten Vorarbeiten das elektrische Energieversorgungssystem Deutschlands und seiner europäischen Nachbarstaaten abgebildet. Dies führt zu Modellen von hoher Komplexität. Um dieser Komplexität Rechnung zu tragen, sind neue methodische Ansätze sowie die Weiterentwicklung bestehender Ansätze aus der Mathematik, Informatik und Netzanalyse notwendig, welche zudem iterativ gekoppelt werden. Durch diese iterative Kopplung der Modelle ist es zum einen möglich, technische und wirtschaftliche Aspekte hinsichtlich der Steuerung von Kraftwerken sehr detailliert abzubilden, zum anderen ist es auch möglich, netzregulatorische Vorgaben exakt zu berücksichtigen und somit die Systemsicherheit zu gewährleisten. Darüber hinaus können Energiemärkte einschließlich ihrer regulatorischen Rahmenbedingungen im europäischen Kontext untersucht werden. Durch den flexiblen und komponentenbasierten Modellaufbau können die Einflüsse neuer Marktmechanismen wie z.B. die Aufteilung Deutschlands in Preiszonen oder sich ändernde Börsen- bzw. Fördermechanismen mit einem detaillierten, agentenbasierten Marktmodell studiert werden. Dies ist durch die zu entwickelnden Mehrpunktmodellansätze und die Abbildung einzelner, jeweils optimiert handelnder Marktakteure möglich. Für die integrierte Netzanalyse wird das kontinentaleuropäische Verbundnetz in Form von Netzäquivalenten nachgebildet. Zur Bewertung der Netzausbauszenarien wird ein neuartiger probabilistischer Ansatz entwickelt.

Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung beim Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms für das Projekt KOSiNeK (Förderkennzeichen: 03ET4035).

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Modellierung und Analyse komplexer Systeme

(Projekt aus Eigenmitteln)

Laufzeit: seit 2016-01-01

Abstract

Die heutige Computertechnologie unterstützt Forscher und Wissenschaftler bei der Entwicklung ihrer komplexen Ideen und innovativen Technologien. Der Einsatz solcher neuen Ideen und Technologien in einem immer komplexer werdenden technischen und ökologischen Gesamtsystem wird in diesem Projekt untersucht. Dabei kann es sich um Produktionssysteme, Transportsysteme, Computernetzwerke, Smart Grids oder auch eine Kombination solcher Systeme handeln.
Die Modellierung und Analyse solcher komplexen Systeme wird durch leistungsfähige Datenstrukturen und Algorithmen unterstützt, welche erst den Einsatz gängiger PCs für die Berechnungen ermöglichen. Dabei werden zum Beispiel Datenstrukturen wie Multi-Valued Decision Diagrams (MDDs), analytische Verfahren aus der Warteschlangentheorie, hybride Simulation, gemischt-ganzzahlige lineare Programmierung und auch auf das System zugeschnittene Kombinationen eingesetzt.

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Koordinierte Kleinspeicher im Verteilnetz der N-ERGIE Aktiengesellschaft - Storage With Amply Redundant Megawatt (SWARM)

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2015-01-01 - 2017-12-31
Mittelgeber: Industrie

Abstract

Im Rahmen des Kooperationsprojektes SWARM der N-ERGIE AG und dem Energie Campus Nürnberg (EnCN) beschäftigt sich unter anderem der Lehrstuhl für Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme) mit den Fragestellungen, unter welchen Bedingungen Privathaushalte in innovative Stromspeicher investieren, wie sich diese Speicher auf die Stabilität des Stromnetzes auswirken und welchen ökonomischen Nutzen sie aus Sicht des Netzbetreibers bzw. der Privathaushalte schaffen.
Übergeordnetes Ziel der Untersuchungen ist es, Erkenntnisse über vernetzte Speicher zu gewinnen und zu vertiefen.Das von der Caterva GmbH entwickelte Energiespeichersystem (ESS) mit einer Gesamtleistung von 20 kW und einer Bruttokapazität von 21 kWh richtet sich an Privathaushalte, die deutlich mehr als die durchschnittlich üblichen 30 Prozent ihres selbst erzeugten PV-Stroms nutzen möchten, da das ESS eine hohe Deckung des individuellen Strombedarfs aus Eigenerzeugung ermöglicht.

Die Innovation des Systems liegt jedoch in seiner zweiten Funktion: Die Energiespeichersysteme können sich zu einem virtuellen Großspeicher vernetzen, der am Primärregelleistungsmarkt teilnimmt und damit eine Stabilisierungsfunktion im Stromnetz übernimmt. Der virtuelle Großspeicher speichert Strom bei einem Überangebot im Netz und speist umgekehrt bei Strombedarf in das Netz ein.Der Lehrstuhl für Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme) entwickelt ein Simulationsmodell eines Kleinspeicher-Verbunds. Ziel des Modells ist es, die technischen Auswirkungen der Speicher auf die Netze zu ermitteln, sowie den ökonomischen Nutzen sowohl für die beteiligten Privathaushalte als auch für das gesamte Energiesystem zu identifizieren.

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Formale Verifikation und Validierung der virtuellen Absicherung komplexer Fahrzeugsicherheitsfunktionen

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2014-08-01 - 2017-08-01
Mittelgeber: Industrie

Abstract

Integrale Sicherheitsfunktionen leisten schon heute durch die Vernetzung aktiver und passiver Sicherheits- und Assistenzsysteme einen signifikanten Beitrag zum Schutz von Insassen und Verkehrsteilnehmern. Während der Entwicklung dieser komplexen, vernetzten Funktionen kommt besonders der Absicherung gegenüber Systemausfällen und ungewünschten Verhalten eine große Bedeutung zu. Fehlfunktionen, z.B. ein unbegründeter Bremseingriff bei hohen Geschwindigkeiten, können dramatische Auswirkungen haben und sind deswegen entwicklungsseitig angemessen zu berücksichtigen, insbesondere bei der Auswahl der Prüfplätze, der abzusichernden System- und Funktionsanforderungen und der zeitlichen Einplanung der Testläufe im Entwicklungsprozess. Andererseits erhöhen immer kürzere Entwicklungszyklen und steigende Funktionsumfänge den Zeitdruck auf allen Prüfplätzen. Ein Entwicklungszyklus beinhaltet das Modellieren eines Systems und das Spezifizieren seines Testmodells, sowie die Codegenerierung und dessen Validierung sowohl auf dem Entwicklungscomputer als auch auf dem Zielprozessor. Die wesentliche Anforderung an die Validierung ist, dass sie so realitätsnah wie möglich erfolgen muss, so dass das Systemverhalten in Interaktion mit den anderen Steuergeräten eines Fahrzeugs überprüft werden kann. Dazu wird ein HiL-Simulator eingesetzt, welcher die Steuergeräte sowie die Sensoren als auch die Aktuatoren eines Fahrzeuges emuliert, so dass die Absicherung in einer virtuellen Umgebung durchgeführt werden kann. Es soll ein Framework erstellt werden, welches die Absicherung von Sicherheitselektronik in virtuellen Umgebungen mit formalen Methoden verifizieren und validieren soll.

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GRK 1773: Heterogene Bildsysteme

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

Laufzeit: 2012-10-01 - 2017-03-31
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)

Abstract

Systeme zur Verarbeitung, Erzeugung und übertragung digitaler Bilder (Bildsysteme) unterliegen sehr oft harten Anforderungen an Rechenleistung, Latenz, Durchsatz und Kosten. Typische Beispiele sind die medi-zinische Bildverarbeitung, Computerspiele oder die Videokompression in Camcordern. Um diese Anforde-rungen zu erfüllen, werden oft dedizierte Hardware-Beschleuniger eingesetzt als auch Grafikprozessoren (GPUs) oder digitale Signalprozessoren (DSPs). Die entstehenden Bildsysteme sind in zweierlei Hinsicht heterogen. Zum einen ist innerhalb eines Systems die Berechnung auf mehrere verschiedenartige Kompo-nenten verteilt, zum anderen gibt es eine große, heterogene Menge an Architekturen, auf denen unter-schiedliche Bildanwendungen laufen können und sollen. Beide Arten von Heterogenität führen nun zu sehr interessanten und wichtigen Forschungsfragestellungen, die in dem Graduiertenkolleg erforscht werden sollen. Dies betrifft im Wesentlichen drei Bereiche: dedizierte Hardware-Architekturen für Bildsysteme, Werkzeuge und Methoden für die Programmierung heterogener Bildsysteme, sowie Anwendungen und Algorithmen für heterogene Bildsysteme. Bildsysteme haben in Forschung und Praxis eine große Bedeutung. Ihre Planung, Entwicklung und Reali-sierung erfordert themenübergreifendes und interdisziplinäres Wissen zu Soft- und Hardware, Methoden- und Werkzeugentwurf, sowie zur Algorithmenentwicklung. Das Thema eignet sich daher hervorragend für ein Graduiertenkolleg, gerade am Standort Erlangen. Die Doktoranden des Kollegs erhalten in ihrem Studienprogramm eine breit gefächerte Ausbildung, die anschließend in der Dissertation in speziellen Problemstellungen vertieft wird. Postdoktoranden mit größerem fachlichen überblick bilden eine fachliche Klammer. Sie qualifizieren sich interdisziplinär, sammeln aber vor allem auch Lehrerfahrung. Die bereits bestehende tiefe Verankerung der Thematik in der Lehre ermöglicht die Einbeziehung begabter Studenten in das Forschungsprogramm. Schließlich bietet Erlangen ein industrielles Umfeld, das durch eine direkte Beteiligung am Graduiertenkolleg wichtige Impulse für die Forschung liefern wird, aber auch von neuen Ideen aus dem Graduiertenkolleg sowie hochqualifizierten Absolventen profitieren wird.

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Hybride Simulation intelligenter Energiesysteme

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg
Laufzeit: 2011-10-01 - 2016-12-31
Mittelgeber: Bayerische Staatsministerien

Abstract

Entwicklung des Simulationsbaukastens i7-AnyEnergy für vernetzte intelligente Energiesysteme. Dazu werden Methoden wie die diskrete Ereignissimulation (z.B. für Verbraucher-, Wetter- und Steuermodelle) und System Dynamics Modelle (z.B. für Energie- und Kostenflüsse) in einem Simulationsmodell verbunden. Er stellt vorgefertigte Komponenten zur Verfügung, aus denen komplexere Energiesystemmodelle flexibel zusammengesetzt werden. Aus den Basiskomponenten für den Energiebedarf (elektrisch und thermisch), für die Energiewandlung (z.B. Gasheizung, Kraft-Wärme-Kopplung mit Brennstoffzellen), für erneuerbare Energien (Photovoltaik), für die Energiespeicherung (Batterien, chemische Speicher), sowie für die Steuerung können Hausmodelle erstellt und zu Verbünden mit einem gemeinsamen Wettermodell und einem Kommunikationsnetz gekoppelt werden.

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ProHTA – Prospective Health Technology Assessment

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: Spitzencluster Medical Valley, Verbund Horizontale Innovationen
Laufzeit: 2011-01-01 - 2015-03-31
Mittelgeber: BMBF / Spitzencluster

Abstract

Ziel des Vorhabens ‚Prospective Health Technology Assessment Medical Valley EMN' (ProHTA) ist die Einrichtung einer wissenschaftlichen Dienstleistungsplattform zur Bewertung innovativer Gesundheitstechnologien bereits im Vorfeld ihrer Markteinführung. ProHTA beschreibt 1.) die Wirkung neuer Technologien und Produkte auf die Qualität der Versorgung und die Versorgungskosten; 2.) Effizienzpotentiale innerhalb der Versorgungsketten, die mit Hilfe neuer Technologien und Produkten gehoben werden können. Die Medizintechnik zeichnet sich durch eine hohe Innovationsgeschwindigkeit aus. Für Unternehmen ist es deshalb wichtig, bereits in der Frühphase des Innovationsprozesses zu verstehen, welche Wirkung die Einführung neuer technologischer Innovationen auf den Gesundheitsversorgungsprozess hat und welche Implikationen sich für das Gesundheitssystem als Ganzes ergeben. Dazu wird ProHTA das für das prospektive Einschätzung notwendige Wissen über Akteure, Prozesse, Effekte und Vergütungen bündeln und formalisieren sowie Werkzeuge zur Simulation als Basis weitergehender Analysen schaffen. Durch Integration zwischen Technologie und Prozessen in modellierten Szenarien können die resultierenden Effekte auf die einzelnen Akteure im Gesundheitssystem aus der Kosten und Nutzenperspektive dargestellt und bewertet werden. Daraus können Schlussfolgerungen u.a. für die Weiterentwicklung der Innovationen und für den regulativen Anpassungsbedarf (z.B. Versorgungslücken, Vergütungssituation, Anreizmechanismen) der Rahmenbedingungen im Gesundheitssystem getroffen werden.

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Requirements oriented testing with Markov chain usage models in the automotive domain

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 2008-11-01 - 2011-10-31
Mittelgeber: Industrie

Abstract

As a result of the integration of increasingly elaborate and distributed functionality in modern automobiles the amount of installed electronic and software continuously grows. The associated growth in system complexity makes it inevitable that the test methods used for verification and validation keep pace with this development. Nowadays the test routine in industry usually requires each test case to be crafted manually by a test designer. The test case execution itself and test result evaluation usually are performed in an automated manner. This procedure has many drawbacks, as the crafting of single test cases is apparently awkward and error-prone and it is impractical to calculate test management criteria such as test coverage. Within this project a method is developed that overcomes these drawbacks. Markov chain usage models (MCUM) constitute the central role within this project. MCUMs are employed to describe the possible usage of the System-under-test and to derive test cases from them. On the one hand the integration of MCUMs makes it possible to develop methods to integrate test requirements formally, as to improve traceability. On the other hand they provide the basis to incorporate algorithms or strategies that allow the generation of test cases fitting to various test requirements in the automotive domain. These comprise e.g. different coverage criteria under usage or system oriented aspects. Moreover established methods exist that allow the calculation of dependability measures based on results obtained from test cases automatically generated from MCUMs. Also the test planning can be supported by indicators that are derived during the test process. The project aims for developing a method to describe test requirements formally by building a model. This model allows the derivation of test suites considering various testing aims and constraints. The tools themselves should form a part of the ITF (Integrated Testing Framework) and the process extend the current one described by EXAM and employed within the Volkswagen AG.

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WinPEPSY-QNS - Performance Evaluation and Prediction System for Queueing Networks

(Projekt aus Eigenmitteln)

Laufzeit: 2004-11-01 - 2005-12-31

Abstract

In einer Kooperation mit dem Lehrstuhl 4 (Verteilte Systeme und Betriebssysteme) wird das Warteschlangenanalysetool WinPEPSY-QNS (Windows Performance Evaluation and Prediction System for Queueing Networks) entwickelt. Als Analyseverfahren dienen u.a. die Mittelwertanalyse (MVA) und die Methode von Marie. Zur Validierung und zur Analyse von Nichtproduktformnetzen wird eine Simulationskomponente in WinPEPSY-QNS integriert. Außerdem wird zur Analyse von offenen Produktformnetzen die Jacksonmethode und für offene Nichtproduktformnetzen eine Dekompositionsmethode implementiert. Hervorzuheben ist die Möglichkeit, die Ergebnisse tabellarisch oder in graphischer Form sehr übersichtlich darzustellen und in einfacher Weise auch umfangreiche Experimente für ein gegebenes Warteschlangennetz durchzuführen.
Die im Projekt Analysemethoden für nicht-Markowsche Modelle entwickelten Analysemethoden für Warteschlangennetze mit allgemeinen Verteilungen sollen in WinPEPSY-QNS integriert werden. Sie erlauben die approximative Analyse von Nichtproduktformnetzen auf Grundlage der Methode der zusätzlichen Variablen oder der Modellierung durch Phasentypverteilungen und vermeiden das Problem der Zustandsraumexplosion. Wartesysteme mit beliebigen Verteilungen der Bedienzeiten und Zwischenankunftszeiten können so analysiert werden. Ein Schwerpunkt soll dabei auf Heavy-tailed-Verteilungen und die deterministische Verteilung gelegt werden. Damit soll es möglich sein, den Einfluss von Verfahren und Systemen zur Geheimhaltung, zur Authentifizierung, Gewährleistung der Integrität, sowie zur Anonymisierung auf die Leistung (Durchsatz und Verzögerung) durch Wartesysteme zu untersuchen.

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Analysemethoden für nicht-Markowsche Modelle

(Projekt aus Eigenmitteln)

Laufzeit: 2001-11-01 - 2004-10-30

Abstract

Traditionelle Ansätze zum Lösen nicht-Markowscher Modelle nutzen Phasentyperweiterungen, wenden das Verfahren der zusätzlichen Variablen an oder konstruieren eine eingebettete Markow-Kette. Alle drei Ansätze wurden auch im Zusammenhang mit Warteschlangennetzwerken und stochastischen Petri-Netzen untersucht. Der Ansatz der Phasentyperweiterung leidet unter der Vergrößerung des Zustandsraums, während die Methode der zusätzlichen Variablen und die der Konstruktion der eingebetteten Markow-Kette grundsätzlich erfordern, dass nicht-exponentiell zeitgesteuerte Aktivitäten nicht gleichzeitig auftreten können. Treten diese gleichzeitig auf, so hat dies mehrdimensionale Differentialgleichungssysteme zur Folge, die schwer zu lösen sind. Um diese Probleme zu vermeiden müssen effizientere Techniken zur Leistungsbewertung von Computernetzwerken, wie Web-Server oder Netzwerke von eingebetteten Systemen, entwickelt werden. In solchen Systemen können für Aktivitäten Zeitdauern mit großen Varianzen (Dateiübertragungen) sowie deterministische Zeitdauern (Sicherheitsaspekte) auftreten.
Wir haben zwei neue Ansätze entwickelt, um die Modelle zur Leistungsbewertung solcher Systeme näherungsweise auszuwerten zu können. Der erste Ansatz basiert auf dem Verfahren der zusätzlichen Variablen, der zweite auf den Phasentyperweiterungen. Derzeit verbessern wir diese Ansätze und es ist geplant, sie für die Lösung großer nicht-Markowscher Modelle kombinieren. In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl 4 (Verteilte Systeme und Betriebssysteme) wurde das Werkzeug WinPEPSY für die Leistungsbewertung und Vorhersage mittels Warteschlangennetzwerken entwickelt. Es enthält bekannte Analyseverfahren für offene und geschlossene Produktform und nicht-Produktform Netze (Mittelwert Analyse, Jackson Methode, Dekompositionsmethode, Simulation) und auch die neuen zustandsraumbasierten Analyseverfahren wurden integriert. In einer Kooperation mit der Telekommunikationslabor, Kommunikation, Elektronik und Informationstechnik Abteilung der Nationalen Technischen Universität von Athen wurden Simulationsmodelle für eingebettete Netzwerkprozessoren entwickelt. Das Ziel ist es, die oben erwähnten Verfahren zu verbessern, so dass auch die Leistungsbewertung für solche großen Modelle möglich ist.

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Reinhard German

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Nationale Forschungsdateninfrastruktur für die interdisziplinäre Energiesystemforschung

QUICOPTSAT

Simulation der Energieflüsse in der Metropolregion zur Verbebesserung der Entscheidungsfindung im Kontext der Energiewende

Adaptives Quality-of-Service-Management für einen effizienten und resilienten Betrieb intelligenter Verteilnetze

Traffic Engineering für resiliente Quality-of-Service Anforderungen

Simulation KI-unterstützter automobiler Szenarien und Protokoll-Optimierung

Neue Protokollentwicklungen für schnelles Internet über Satellit

MBPLE4Mobility - Durchgehend modellbasierte Entwicklung und Produktlinienentwicklung für Steuerungssystem in der Fahrzeugtechnik

Mehrsektorale gekoppelte Energiesystemmodellierung auf regionaler Ebene

Bewertung der Leistungsfähigkeit von Internet über Satellit

Heterogene Fahrzeugnetzwerke zur Datenübertragung im Feld

Zuverlässigkeitsbewertung für Multi-Sensorsysteme

Optimierung von Multi-Access Edge Computing (MEC) für Netzwerk-abhängige Dienste

Performance Evaluation of Hardware-in-the-Loop Test Systems for Autonomous Driving Functions

Dezentrale Bereitstellung von Systemdienstleistungen mit Elektrofahrzeugen

Synchronisation und Echtzeitfähigkeit in verteilten Simulationen für die virtuelle Entwicklung und Absicherung von automatisierten Fahrfunktionen

Simulation und Modellierung aus Messdaten von Fahrzeugen

Engineering von zukünftigen Zugsteuer- und Managementsystemen

Network Calculus für Time-Sensitive Networking

Entwicklung einer Absicherungsmethodik für automatisiertes Fahren durch Fahr-/Funktionssimulation

Dezentrale Organisation von zukünftigen Energiesystemen basierend auf der Kombination von Blockchains und dem zellularen Ansatz

Hybrides Co-Simulations Framework

Simulation und Modellierung verschiedener 5G-Mechanismen im Kontext vernetzter Mobilität

Modellierung und Simulation von dreidimensionalen Fahrzeug-Ad-Hoc-Netzwerken

Multi Battery Systems - Hybrid and New Storage Simulation Tool

Transparent Multichannel IPv6

Kommunikation in Energieinformationsnetzen

Pal-Grid: Ein Umfassendes Simulationsframework für das Palästinensische Stromnetz

SP1-1 Aufwertung von Niedertemperaturwärme mit reversiblen HP-ORC-Systemen

Hybride Simulation vernetzter Energiesysteme

Dynamische Simulation der Energieflüsse und Speicherung der Abwärme von Rechenzentren und der Integration großer Speicher in Nahwärmenetze

Kombinierte Optimierung, Simulation und Netzanalyse des elektrischen Energiesystems im europäischen Kontext

Modellierung und Analyse komplexer Systeme

Koordinierte Kleinspeicher im Verteilnetz der N-ERGIE Aktiengesellschaft - Storage With Amply Redundant Megawatt (SWARM)

Formale Verifikation und Validierung der virtuellen Absicherung komplexer Fahrzeugsicherheitsfunktionen

GRK 1773: Heterogene Bildsysteme

Hybride Simulation intelligenter Energiesysteme

ProHTA – Prospective Health Technology Assessment

Requirements oriented testing with Markov chain usage models in the automotive domain

WinPEPSY-QNS - Performance Evaluation and Prediction System for Queueing Networks

Analysemethoden für nicht-Markowsche Modelle

Lehre

Sommersemester 2025

Quality of Service in Communications (QoSiC)

Rechnerkommunikation (RK)

Modellierungs-AG

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