Grenzüberschreitende Forschung zur Interoperabilität heterogener Funksysteme –
Wie können Funksysteme wirtschaftlicher genutzt werden?

Hintergrund des Projekts

Prognosen besagen einen steten Anstieg von mobilen, drahtlosen Geräten in den kommenden Jahren. Parallel dazu gewinnen netzbasierte Technologien wie„Internet of Things“ Anwendungen und „Industry 4.0“ Applikationen zusehends an Bedeutung. Auch die Anforderungen der NutzerInnen an die Datenübertragungsrate steigen beständig. Dies bedeutet eine wachsende Zugriffsrate auf bestimmte Übertragungskanäle bzw. Luftschnittstellen.

Funkstandards sichern zwar die Interoperabilität zwischen Herstellern für ein und dasselbe System, nicht jedoch die Interoperabilität mit anderen, heterogenen Funksystemen auf der gleichen oder benachbarten Frequenz. Durch die daraus resultierende gesteigerte und unkoordinierte Auslastung der Netze nehmen Interferenzeffekte zu, das heißt es kommt zu wechselseitigen Störungen zwischen Geräten. Dies kann zu Übertragungsfehlern und Verbindungsabbrüchen führen.

Projektinhalt

Mobile Funkübertragung gehört zu den technologischen Grundlagen der Geschäftsmodelle zahlreicher Unternehmen, auch in der österreichisch-tschechischen Grenzregion. Das Projekt InterOP widmet sich daher der Interoperabiltität, sprich der besseren Nutzbarkeit heterogener Funksysteme aus betrieblicher Sicht. Im grenzüberschreitenden InterOP-Forschungsteam werden zuerst relevante Funkszenarien definiert (z.B. Lagerhalle, Bürobereich etc.). Basierend darauf werden Messungen und Analysen durchgeführt, um Interferenzeffekte im jeweiligen Setting zu erfassen.

In einem weiteren Schritt werden Modelle entwickelt, um Störszenarien zu simulieren. Darauf aufbauend werden innovative Werkzeuge für die Planung und Testung neuer Funksysteme unter Berücksichtigung typischer Störungen erarbeitet. Zwei realitätsnahe Szenarien werden zur Validierung der Werkzeuge, der Simulationen und der Messverfahren in Kooperation mit Firmen im Rahmen von Pilotstudien getestet. Schließlich werden die erarbeiteten Werkzeuge regionalen Betrieben und MultiplikatorInnen zur Verfügung gestellt. So soll es Unternehmen ermöglicht werden, Funksysteme entsprechend ihres spezifischen Bedarfs wirtschaftlicher zu nutzen.

Highlights

Es können bereits die ersten Projektergebnisse präsentiert werden:

1) Toolkit für Bluetooth Low Energy (BLE) Systeme und Analyse der Interferenzsituation: Hier wurde eine Matlab (Industriestandard)-basierte Bibliothek an Funktionen zur Erzeugung und Demodulation von BLE-Signalen geschaffen, welche um Programmcodes zur Interferenzsimulation ergänzt wurde. Die auf der Projektwebseite frei verfügbaren Programmcodes erlauben es einem Nutzer, die Auswirkungen verschiedener Arten von Interferenzsignalen auf einzelne BLE-Pakete zu bestimmen, um so abzuschätzen, wie kritisch eine Interferenz zu bewerten ist. Diese Analysen wurden exemplarisch für verschiedene Arten von Signalen durchgeführt und in einem mehrseitigen Bericht zusammengefasst.

2) Lineare Messkampagne: Um einen ersten Eindruck einer üblichen Interferenzsituation zu gewinnen, wurden in einem Hörsaal der TU Wien während einer gut besuchten Vorlesungen Messungen ausgeführt. Die Wahl auf den TU Hörsaal hat den Vorteil, dass die Messung im Jahresabstand bei ähnlicher Hörerzahl wiederholt werden kann, um die Entwicklung der Interferenzsituation über der Zeit zu beurteilen. Bei der Messung wurde sowohl die Frequenzbelegung über Zeit aufgezeichnet um Modelle für die Interferenz zu schaffen; ergänzend wurden auch die Signalformen erfasst um eine Detailanalyse zu ermöglichen. Es ist geplant, die Daten auf der Projektwebseite zugänglich zu machen. Aufgrund der Größe (>60 GByte) muss jedoch noch eine sinnvolle Vorverarbeitung entwickelt werden.

3) Linux-basiertes WiFi Test System: Hier wurde ein System geschaffen, welches basierend auf Standard-PCs (wie sie in jedem Unternehmen vorhanden sind) und günstigen WiFi-Entwicklungskarten ein Testsystem aufbaut. Die Einrichtung des Testsystems ist auf der Projektwebseite (frei zugänglich) dokumentiert, sodass interessierte Firmen dies leicht nachstellen können. Das System erlaubt die Aussendung von WiFi-Paketen mit speziellen Eigenschaften, die Erzeugung von Nutzlast, als auch die Erfassung von Durchsatzraten. Es stellt somit eine universelle Plattform darf, um die Auswirkungen von Interferenzen auf WiFi zu erfassen, als auch WiFi-Signale als Interferenzquelle zu nutzen.

4) Kostengünstiger Interferenz Emulator: Im Zuge der Simulation mit den geschaffenen Tools zeigte sich, dass eine Vielzahl von Interferenzen durch Rauschen nachgebildet werden kann. D.h. es ist nicht die Signalform an sich entscheidend, sondern die Tatsache dass der Funkkanal belegt wird. Dazu wurde eine kostengünstige (<100EUR) Hardware geschaffen, welche zeitlich begrenzte HF-Raussignale mit variabler Leistung erzeugen kann um so die Effekte eines realen Interferenzszenarios auf einfache Art und Weise nachbilden kann. Hierbei handelt es keinesfalls um eine perfekte Nachbildung der Interferenz, sondern um eine Nachbildung, welche letztlich dieselben statistischen Eigenschaften zeigt (z.B. gleiche Paketfehlerrate in einem gestörten System). Die Fertigungsunterlagen als auch die erforderlichen Programmcodes sind frei zugänglich auf der Projektwebseite zur Verfügung gestellt.

Über das Projekt ist bereits auch ein Artikel in der Zeitschrift e&i Elektrotechnik & Informationstechnik erschienen.

Eckdaten zum Projekt

Laufzeit

10/2017-09/2020

Förderprogramm

Interreg V-A Österreich-Tschechische Republik 2014-2020

Projektbeteiligte

Technische Universität Wien (LP) (AT)

FH OÖ Forschungs- und Entwicklungs-GmbH (AT)

Technische Universität Brünn (SK)

Projektbudget der Wiener Organisationen

€ 249.706,44 davon EFRE: € 212.250,47


Weitere Informationen zum Projekt

Projektwebsite: http://www.interreg-interop.eu/