Fehlertolerante und echtzeitfähige Ausführungsplattformen und Kommunikationsnetze für Schutz- und Leitsysteme

用于保护和控制系统的容错和实时执行平台和通信网络

• 批准号: 190556414
• 负责人: Professor Dr.-Ing. Olaf Spinczyk
• 金额: --
• 依托单位: Lehrstuhl für Kommunikationsnetze (KN)
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Units
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2010-12-31 至 2017-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/190556414?language=en
• 关键词: Fehlertolerante; und; echtzeitf; hige; Ausf

Zukünftige Energienetze erfordern aufgrund einer zunehmenden Dynamik durch volatile Einspeisung und liberalisierte Strommärkte ein hohes Maß an aktiver Überwachung und Steuerung. Die hierfür benötigten schutz- und leittechnischen Softwarekomponenten - wie sie im Rahmen dieser Forschergruppe entwickelt werden - müssen sowohl zuverlässig Informationen über große Distanzen austauschen können, als auch im Fehlerfall jederzeit verfügbar sein. Zur Gewährleistung eines stabilen Netzbetriebs ist es deshalb erforderlich, dass für die gesamte Informations- und Kommunikationsinfrastruktur Echtzeitfähigkeit, Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit gewährleistet werden. Dies bedeutet, dass auch bei Ausfall eines Rechenknotens oder einer Kommunikationsverbindung alle Kontroll- und Steuerungsfunktionen weiterhin verfügbar sein sollen. Dabei dürfen zu keiner Zeit Grenzwerte für die Übertragungs- und Ausführungszeit von Schaltbefehlen oder Schutzalgorithmen überschritten werden. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Weiterentwicklung der in der ersten Förderperiode eingeführten, neuartigen Informationsverarbeitungs- und Kommunikationsinfrastruktur, welche - basierend auf einer Virtualisierungslösung - eine hochverfügbare Ausführungsplattform für energietechnische Softwarekomponenten bietet. Ein formales Echtzeitmodell ist dabei integraler Bestandteil und ermöglicht es sowohl bei Hardwareausfällen als auch in Hochlastsituationen unter Einhaltung von Echtzeitanforderungen intelligent auf Veränderungen reagieren zu können. Gleichzeitig hilft der Virtualisierungsansatz Investitions- und Betriebskosten zu senken. Im Rahmen dieses TPs soll auf der Ebene der Ausführungsplattform die Effizienz durch architektonische Maßnahmen, gekoppelt mit verbesserter Modellierung, optimiert werden. Durch Nutzung neuer kommunikationstechnischer Ansätze wie Software-defined Networking (SDN) und Network Functions Virtualization (NFV) soll das Konzept der Virtualisierung zudem auf den Bereich der Kommunikationsnetze übertragen werden. Dies erlaubt einer zentralen Kontrollinstanz einen flexiblen und dynamischen Ausgleich der Verkehrslast im Netz unter Verwendung von Standard-Hardware. Außerdem wird die Grundlage für neue Fehlertoleranzmaßnahmen geschaffen, wie zum Beispiel die schnelle Verfügbarkeit alternativer Routen oder die echtzeitfähige Migration und Replikation virtueller Maschinen im Weitbereichsnetz. Es wird insbesondere die Entwicklung pro-aktiver Fehlertoleranz-Konzepte angestrebt, da diese helfen können, die Reaktionszeit des Systems auf Fehler im Energienetz erheblich zu senken. Zur Evaluation der gesamten IKT-Infrastruktur, bestehend aus Ausführungsplattform und Kommunikationsnetz, werden zum einen ganzheitliche Analysemodelle konzipiert und zum anderen ein übergreifendes Testbed sowie eine Hardware-in-the-Loop (HiL) -Plattform realisiert, in welche sich die in den anderen TPs erforschten Anwendungen und Algorithmen integrieren lassen.

在不稳定的环境和自由化的潮流中，能源的发展需要一个强大的动力。Die hierfür benötigten schutz- und leittechnischen Softwarekomponenten - wie sie im Rahmen dieser Forschergruppe entwickelt韦尔登- müssen sowohl zuverlässig Informationen über greße Distanzen austauschen können，als auch im Fehlerfall jederzeit verfügbar sein. Zur Gewährleistung eines stabilen Netherlands triebs ist es deshalb erforderlich，dass für die gesamte Informationsinfrastruktur Echtzeitfähigkeit，Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit gewährleistet韦尔登.同样，在秋季也需要重新调整或建立一个控制和控制功能的协调机制。Dabei dürfen zu keiner Zeit Grenzwerte für die Übertragungs- und Ausführungszeit von Schaltbefehlen oder Schutzalgorithmen überschritten韦尔登. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Weiterentwicklung der in der ersten Förderperiode eingeführten，neuartigen Informationsverarbeitungs- und Kommodakationsinfrastruktur，welche - basierend auf einer Virtualisierungslösung - eine hochverfügbare Ausführungsplattform für energietechnische Softwarekomponenten bietet. Ein formales Echtzeitmodell ist dabei integraler Bestandteil und ermöglicht es sowohl bei Hardwareausfällen als auch in Hochlastsituationen unter Einhaltung von Echtzeitanforderungen intelligent auf Veränderungen reagieren zu können. Gleichzeitig hilft der Virtualisierungsanitary Investments- und Betriebskosten zu senken.在Rahmen这些TP soll auf der Ebene der Ausführungsplattform die Effizienz durch architektonische Maßnahmen，gekoppelt mit verbesserter Modellierung，optimiert韦尔登.软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）等新的通信技术解决方案是基于韦尔登的虚拟化概念。在标准硬件的基础上，在网络上建立一个灵活和动态的中间控制系统。Außerdem wird die Grundlage für neue Fehlertoleranzmaßnahmen geschaffen，wie zum Beispiel die schnelle Verfügbarkeit alternativer Routen oder die echtzeitfähige Migration und diskation virtueller Maschinen im Weitbereichnetz.这将有助于促进对Fehler容忍的发展，这将有助于提高Fehler在能源方面的系统反应能力。为了对基于Ausführungsplattform和Komplankationsnetz的IKT-100结构进行评估，韦尔登建立了一个完整的分析模型，并在一个硬件在环（HiL）-平台上实现了一个测试平台，该平台可以在其他TP中进行测试和集成。

项目成果

On the economic benefits of software-defined networking and network slicing for smart grid communications

• DOI: 10.1007/s11066-018-9124-3
• 发表时间: 2018-09
• 期刊: NETNOMICS: Economic Research and Electronic Networking
• 作者: N. Dorsch;Fabian Kurtz;C. Wietfeld

CPS-Xen: A Virtual Execution Environment for Cyber-Physical Applications

CPS-Xen：网络物理应用程序的虚拟执行环境

• DOI: 10.1007/978-3-319-16086-3_9
• 发表时间: 2015
• 作者: B. Jablkowski;O. Spinczyk
• 通讯作者: O. Spinczyk

High Availability in Cyber-physical Systems by Self-determined Virtual Machine Replication

• DOI: 10.1109/sies.2018.8442105
• 发表时间: 2018-06
• 期刊: 2018 IEEE 13th International Symposium on Industrial Embedded Systems (SIES)
• 作者: B. Jablkowski;Michael Mueller;O. Spinczyk

Empirical comparison of virtualized and bare-metal switching for SDN-based 5G communication in critical infrastructures

关键基础设施中基于 SDN 的 5G 通信虚拟化和裸机交换的实证比较

• DOI: 10.1109/netsoft.2016.7502484
• 发表时间: 2016
• 期刊: 2016 IEEE NetSoft Conference and Workshops (NetSoft)
• 作者: F. Kurtz;N. Dorsch;C. Wietfeld
• 通讯作者: C. Wietfeld

Software-defined networking for Smart Grid communications: Applications, challenges and advantages

智能电网通信的软件定义网络：应用、挑战和优势

• DOI: 10.1109/smartgridcomm.2014.7007683
• 发表时间: 2014
• 期刊: 2014 IEEE International Conference on Smart Grid Communications (SmartGridComm)
• 作者: N. Dorsch;F. M. Kurtz;H. Georg;C. Hägerling;C. Wietfeld
• 通讯作者: C. Wietfeld