Elektrotechnik / Informationstechnik Master

Neue Schwerpunkte ab Sommersemester 2024: Automatisierungstechnik & Elektromobilität sowie Embedded Systems & Kommunikationstechnik
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EMI Department

Modulhandbuch

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Embedded und industrielle Netzwerke

Empfohlene Vorkenntnisse

-gutes Verständnis von IP-basierten Kommunikationsprotokollen

-grundlegendes Verständnis von Automatisierungsanwendungen
Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele / Kompetenzen

Die Studierenden erlangen einen vertieften Einblick in den internen Aufbau von Kommunikationsprotokollen, wie sie für Anwendungen des Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) unter Nutzung von Embedded Systemen und für industrielle Anwendungen (Industrial IoT, IIoT) eingesetzt werden.
Auf diese Weise lernen sie auch die wichtigsten Entwurfsparadigmen auf den unterschiedlichen Ebenen kennen und sind auf diese Weise in der Lage, nicht nur das für die Anwendung optimale Kommunikationsprotokoll auszuwählen und einzusetzen, sondern auch, entsprechende Anpassungen und Erweiterungen selbst zu entwerfen.
Dauer 1
SWS 6.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 90h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 120h
Workload 210h
ECTS 7.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Embedded und industrielle Netzwerke: K60. Die Modulnote entspricht der Note der Klausur K60. Das Labor ist unbenotet, muss aber bestanden werden.
Modulverantwortlicher

Prof. Dr. Axel Sikora
Empf. Semester 1
Haeufigkeit jedes Jahr (SS)
Verwendbarkeit

Die Studierenden können die erworbenen Kenntnisse sowohl in der Entwicklung als auch in der Umsetzung von embedded und industriellen Netzwerken einbringen.
Veranstaltungen

Embedded und industrielle Netzwerke

Art Vorlesung
Nr. EMI2205
SWS 2.0
Lerninhalt

Learning content:
1) Introduction
1.1) Reference models
1.2) Service models
2) Real time capability
2.1) Requirements
2.2) Channel access protocols
3) Examples of protocols
3.1) Ethernet
3.2) Industrial Ethernet
3.3) Profinet
3.4) TSN Ethernet
4) Application programming
4.1) Socket interfaces
4.2) Embedded Web Programming
4.3) Best Practices for Embedded Implementation of Network Protocols
4.4) IoT Application Protocols - Introduction
4.5) IoT Application Protocols - Examples
4.6) IoT Application Protocols - OPC UA
4.7) Device descriptions
Literatur

Cirani, S., Ferrari, G., Picone, M., Veltri, L. „Internet of Things: Architectures, Protocols and Standards“, Wiley, 2018.

Jeschke, S., Brecher, C., Song, H. Rawat, D.B., „Industrial Internet of Things: Cybermanufacturing Systems”, Springer Verlag, 2016.

Schleipen, M., „Praxishandbuch OPC UA: Grundlagen - Implementierung - Nachrüstung – Praxisbeispiele“, Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, 2019

Schnell, G., Wiedemann, B., Bussysteme in der Automatisierungs- und Prozesstechnik: Grundlagen, Systeme und Trends der industriellen Kommunikation, Vieweg+Teubner Verlag, 2008

Sikora, A., Technische Grundlagen der Rechnerkommunikation: Internet-Protokolle und Anwendungen, Carl Hanser Verlag, 2003

Lab Embedded und Industrial Networks

Art Labor
Nr. EMI2206
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Praktische Nutzung von Schnittstellen an Embedded Systemen anhand ARM Cortex-M3 Plattform durch Parametrierung, Programmierung und Analyse der Netzwerkkommunikation
  • Messung von Kommunikationsparametern in industriellen Netzwerkprotokollen PROFINET und Real Time Ethernet
  • Verwendung von Anwendungsprotokoll HTTP über TCP/IP anhand eines Embedded Webservers

Laborversuche:

  1. Ethernet-Programmierung
  2. Socket-Programmierung mit UDP
  3. Socket-Programmierung mit TCP
  4. Embedded Webserver Programmierung zur Nutzung von HTTP
  5. Programmierung von OPC UA-Server-Anwendungen
  6. Real-Time & TSN-Ethernet

 

 
Literatur
  • wie in der Vorlesung,
  • sowie einschlägige Datenblätter, die auf dem Entwicklungsserver bereitgestellt werden.

 

 

Internet of Things

Art Vorlesung
Nr. EMI419
SWS 2.0
Lerninhalt

Introduction to IoT

-Broader IoT context

  • The beginnings of the IoT
  • The promise of IoT - defining IoT as a concept
  • Market potential of IoT
  • The current state of the market

-Scope of IoT system

  • What technologies does IoT encompass?
  • How does IoT relate to existing enterprise IT/OT systems and businessprocesses?
  • IoT value chain

-Overview of typical IoT use cases IoT

 

Technical deep dive

-IoT system architecture

  • End-to-end system architecture
  • IoT service pattern
  • Deployment considerations and challenges

-IoT connectivity

•  Overview of existing IoT connectivity landscape

  • Short range (BT, Wifi, Zigbee)
  • Long range (LoRaWAN, Sigfox, NB-IoT, LTE-M)

•  Emerging technologies

  • Satellite IoT

•  Analysis of capabilities of connectivity options

•  Strategies for the right IoT connectivity choice

•  Geo-location services

•  Towards sub $1 devices

 

IoT platforms

•  Overview of existing IoT platform landscape

•  Analysis of typical IoT platform capabilities

•  Examples of leading commercial IoT platforms

 

 
Literatur

Wird in der Vorlesung bekanntgegeben/siehe auch Skript
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