Humboldt-Universität zu Berlin - Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät - Technische Informatik

Laufende Projekte

PREVIEW Predictive system to recommend injection mold setup in wireless sensor networks www.preview-project.eu

Gefördert durch die Europäische Union

Eine Entwicklung der letzten Jahre in Produktionsanlagen ist die zunehmende Forderung nach Diversifizierung und Personalisierung von Produkten. Moderne Fertigungsprozesse in der Plastik-Industrie erfordern einen hohen Grad an Flexibilität, der zu häufigeren Wechseln von Formen im Plastik-Spritzguss-Verfahren führt. In der Folge sind längere Unterbrechungen der Fertigung und eine erhöhte Ausschussrate zu beobachten. In der Plastik-Industrie besteht ein erhöhter Bedarf, die Zeit zur Installation neuer Formen zu reduzieren und den Ausschuss zu verringern.

Das Projekt PREVIEW strebt die Entwicklung eines Sensor-Aktor-Systems an, um den Produktionsprozess im Plastik-Spritzguss Verfahren zu überwachen, zu steuern und zu optimieren. Hierzu werden moderne und innovative Technologien zusammengeführt: Künstliche Intelligenz; fehlertolerante, industrielle Drahtloskommunikation; das Internet der Dinge und Drahtloslokalisierung. Preview als Lösung erlaubt Produkt- und Prozessinformationen von dem gesamten Produktionsprozess einfach und schnell zu teilen.

ParSec Paralleles, Zuverlässiges und Sicheres Funksystem zur Latenzoptimierten Fabrikautomatisierung www.parsec-projekt.de

Waren Informatik und Fabrikautomatisierung in der Vergangenheit weitestgehend getrennte Forschungsbereiche, so schreitet die Integration IP-basierter Dienste nun mit hoher Geschwindigkeit voran. In Deutschland wird diese Integration unter dem Stichwort "Industrie 4.0" gefördert. Dabei steht insbesondere die Vernetzung der Fabrikmaschinen vor bisher ungelösten Problemen. Um Flexibiltät und Anpassungsgeschwindigkeit moderner Fabriken zu erhöhen, ist der Einsatz von Funktechnologie unverzichtbar.

Die Beschaffenheit von Industrieanlagen macht Funkübertragungen jedoch äußert fehleranfällig. Gleichzeitig stellt die Fabrikautomatisierung hohe Anforderungen an Latenz und Funktionssicherheit. Ebenso ist höchster Schutz vor Angreifern im industriellen Umfeld unverzichtbar. Im Rahmen des Projekts ParSec werden diese Anforderungen untersucht und neuartige Lösungen entwickelt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines zugeschnitten Funkstandards für die Fabrikautomatisierung in der Industrie 4.0.

Goodcoin Starker Datenschutz für Bonus- und Zahlungssysteme www.goodcoin.de

Neue Ergebnisse aus der Informatikforschung versprechen innovative Wege, die legitimen Interessen von Konsumenten und Händlern mit einer datenschutzfreundlichen Ausgestaltung zu verbinden. So können zügige und einfache Prozesse, Incentivierung bestimmter Konsumentscheidungen, Gewinnung von Einsichten in das typische Kundenverhalten und geringe Transaktionskosten umgesetzt werden, die aber keine Rückschlüsse über individuelle Personen aus zentral gesammelten Daten zulassen. Die weitreichenden und faktisch nicht kontrollierbaren Datenspuren heutiger Kundenbindungssysteme sollen damit aufgebrochen werden. Hierfür soll ein neuartiges Bonus- und Bezahlsystem – Goodcoin – entwickelt werden, das weitreichende Datenschutzeigenschaften technisch systeminhärent garantiert.

Erstrebenswert ist dabei eine Lösung im Sinne des Grundsatzes der Datensparsamkeit und des „Privacy-by-Design“-Paradigmas: Datenschutz soll nicht nur – wie heute weitgehend üblich – rein organisatorisch und damit für den individuellen Konsumenten kaum nachvollziehbar durchgesetzt werden. Stattdessen sollen starke Datenschutzeigenschaften aufgrund der technischen Gestaltung des Systems zwingend gegeben und für den Kunden jederzeit nachvollziehbar sein.

Weizenbaum-Institut für die Vernetzte Gesellschaft Das Deutsche Internet-Institut www.vernetzung-und-gesellschaft.de

Die Aufgabe des Weizenbaum-Instituts für die vernetzte Gesellschaft ist es, aktuelle gesellschaftliche Veränderungen, die sich im Zusammenhang mit der Digitalisierung abzeichnen, zu untersuchen und künftige politische und wirtschaftliche Handlungsoptionen zu skizzieren.

Der vom Wissenschaftszentrum Berlin für Sozialforschung (WZB) koordinierte Berlin-Brandenburger Verbund wird vom BMBF gefördert und umfasst neben dem WZB die vier Berliner Universitäten – Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, Technische Universität Berlin, Universität der Künste Berlin – sowie die Universität Potsdam und das Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme (FOKUS).

Ein Schwerpunkt des Berlin-Brandenburger Konsortiums liegt auf dem Zusammenwirken der Sozial-, Wirtschafts- und Rechtswissenschaften mit der Designforschung und der Informatik. Interdisziplinäre Grundlagenforschung und die Exploration konkreter Lösungen in praxisnahen Labs werden mit Wissenstransfer in Politik, Wirtschaft und Gesellschaft verknüpft. Bei der Konzeption des Instituts ist sowohl wissenschaftliche Exzellenz mit einer bundesweiten und internationalen Ausstrahlungskraft ein Ziel als auch die Vernetzung mit Kooperationspartnern aus Zivilgesellschaft, Wirtschaft, Politik und Medien.

Der Namensgeber des Instituts ist der 1923 in Berlin geborene und 2008 verstorbene Informatiker Joseph Weizenbaum. Sein gesamtes Lebenswerk bezog sich gesellschaftskritisch auf den Dialog zwischen Mensch und Maschine.

Kommunikationskonzepte für selbstorganisierende verteilte Kleinstsatellitensysteme

Die Einsatzgebiete von Satelliten umfassen eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsfelder, deren prominenteste Erdbeobachtung, Navigation und Kommunikation sind. In der Vergangenheit wurden satellitenbasierte Systeme monolithisch mit einzelnen, großen Satelliten aufgebaut. Ausnahmen stellen allenfalls Systeme dar, die zwingend auf den Betrieb vieler Satelliten angewiesen sind um eine hohe Abdeckung der Erdoberfläche zu erreichen, wie beispielsweise die Satellitenortungssysteme GPS, Glonass und Galileo, deren Satelliten jedoch einzeln vom Boden aus gesteuert werden. In der Raumfahrt zeichnet sich nun aber deutlich ein Paradigmenwechsel ab: Statt einzelner, großer, multifunktionaler Satelliten werden inzwischen vermehrt Gruppen von kooperierenden Systemen erwogen - verteilte Systeme mit Kleinstsatelliten als Knoten.

Ziel des Projekts ist es, Kommunikationskonzepte für selbstorganisierende verteilte Satellitensysteme zu entwickeln. Kommunikations- und Erdbeobachtungsmissionen sollen zukünftig mittels Gruppen von Kleinstsatelliten ermöglicht werden, da diese entscheidende Vorteile gegenüber großen Einzelsatelliten haben. Dazu müssen Status- und Positionsinformationen zwischen den Satelliten ausgetauscht, Sensordaten energieeffizient zur Erde übertragen und Befehle zuverlässig in das Satellitennetz übermittelt werden. Die Adaption von etablierten Protokollen und Algorithmen für terrestrische Anwendungen ist hier von besonderem Interesse, allerdings sind auch neue Konzepte notwendig um den speziellen Eigenschaften von zukünftigen Satelliten-Bodenstations-Netzwerken gerecht zu werden, beispielsweise bei der Wegewahl hinsichtlich der berechenbaren Dynamik der Netzwerk-Topologie.

SOAMED Service-orientierte Architekturen zur Integration Software-gestützter Prozesse am Beispiel des Gesundheitswesens und der Medizintechnik www.soamed.de

Graduiertenkolleg

Service-Orientierung ist ein viel versprechendes Architekturkonzept um gekapselte Software-Komponenten (Services) effektiv und kosteneffizient zu komponieren und an neue Anforderungen anzupassen. Service-Orientierung wird bisher vorwiegend für kooperierende Geschäftsprozesse vorgeschlagen; zunehmend wird die Technologie aber auch zur Koppelung technischer (eingebetteter) Systeme und für die Gestaltung komplexer Informationssysteme eingesetzt. Die Informationstechnik ist eine Schlüsseltechnologie für die innovative Gestaltung unseres Gesundheitswesens und für die Nutzung der Medizintechnik. Im Vergleich zu anderen Bereichen sind allerdings die Prozesse vielfältiger und die Anforderungen an Zuverlässigkeit und Korrektheit höher.

In dieser Situation setzt das Graduiertenkolleg mit der Idee an, das derzeit vorwiegend pragmatisch gehandhabte Service-orientierte Vorgehen in der Softwaretechnik sowohl theoretisch zu untermauern, als auch mit etablierten Software-Engineering-Verfahren zu kombinieren und so die Service-orientierte Systemkonstruktion konzeptionell, methodisch und werkzeugunterstützt auszubauen. Die Beteiligung medizinischer Arbeitsgruppen gewährleistet die Praxisrelevanz der im Kolleg entwickelten Konzepte.

Die „Helmholtz Einstein International Research School on Data Science“ ist ein auf sechs Jahre angelegtes Kooperationsprojekt zwischen dem Einstein Center Digital Future (ECDF), den Berliner Universitäten und den in der Hauptstadtregion ansässigen sechs Helmholtz-Zentren. Über HERBRiDS werden junge Datenexperten in einem neuen Modell ausgebildet, jeweils in Kooperation zwischen einer der Berliner Universitäten und einem der Helmholtz-Zentren.

Abgeschlossene Projekte

hardFIRE

gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Der Einsatz von Firewalls in Netzwerken ist heutzutage unverzichtbar. Die Filterregeln dieser Firewalls werden dabei meist softwarebasiert für jedes Datenpaket auf einem Standard-Prozessor abgearbeitet. Schon heute ist es einer CPU fast unmöglich, jedes Datenpaket einer 10 Gbit/s-Verbindung zu untersuchen und zu filtern. Um auch in Zukunft Firewalls nahe der technisch möglichen Datenraten betreiben zu können, muss diese Aufgabe in Hardware ausgelagert werden. Dafür bietet sich der Einsatz rekonfigurierbarer Schaltkreise in Form von FPGAs an, in die beliebige, austauschbare Logikfunktionen geladen werden können. Man erhält somit sowohl die Flexibilität einer Softwarelösung, als auch die Geschwindigkeit einer hardwarebasierten Implementierung. Das Projekt hardFIRE entwickelt Methoden und Werkzeuge, die es ermöglichen, für konkrete Firewallregeln individuelle Schaltkreise zu synthetisieren und in FPGAs zu laden.

BIGS²: Berliner Interdisziplinäre Graduiertenschule Selbstkoordinierender Straßenverkehr

gefördert durch: Humboldt-Universität im Rahmen der Exzellenzinitiative des Bundes

BIGS² ist eine interdisziplinäre Graduiertenschule unter Beteiligung der Geographie, der Informatik und der Psychologie an der Humboldt-Universität zu Berlin. Die Promotionsthemen der Graduiertenschule widmen sich dem Themenfeld der koordinierten Wegewahl im Individualverkehr – also der Frage, wie durch ein „Absprechen“ der Navigationssysteme in Automobilen die Wegewahl dahingehend verbessert werden kann, dass eine bessere Nutzung des Straßennetzes zu geringeren Reisezeiten und einer effizienteren Ressourcennutzung beiträgt. (weitere Informationen auf der Projektwebseite)

Überlastkontrollmechanismen für Anonymisierungs-Overlays

gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Internet-Anonymisierungsdienste wie beispielsweise das Tor-Netzwerk tragen zur Abwehr gegen die Überwachung von Internetkommunikation und die daraus folgenden Bedrohungen für Privatsphäre und Meinungsfreiheit in einem globalen Kontext bei. Unglücklicherweise bieten diese Dienste derzeit nur eine sehr niedrige Performanz, die hauptsächlich aus Überlasteffekten im zugrundeliegenden Overlay-Netzwerk resultiert. Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung von Techniken, die die bessere Beherrschung dieser Überlasteffekte ermöglichen und damit eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit von Anonymisierungsdiensten realisieren. Über diese konkrete Problemstellung hinaus beschäftigen wir uns auch in einem weiter gefassten Kontext mit technischen Aspekten des Schutzes von Anonymität und Privatsphäre.

InLoc4Log – Echtzeit-Lokalisierung und Navigation in der modernen Lagerlogistik

gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Das Projekt verfolgt einen Lösungsansatz zur Prozessoptimierung in der Lagerlogistik durch neue Möglichkeiten der flächendeckenden Echtzeit-Lokalisierung und Navigation. Durch die Entwicklung einer integrativen, hybriden Gesamtlösung auf der Basis einer neuartigen Ortungstechnik werden typischen Warehouse-Anwendungssystemen bedarfsgerechte Prozessführungs-Dienste zur Verfügung gestellt. Angestrebt wird eine wirtschaftliche, zuverlässige und genaue Lösung, die darauf beruht, die Position von Logistikobjekten indirekt durch die kontinuierliche und nahtlose Ortung von Transportmitteln zu bestimmen. Die notwendige Genauigkeit, Abdeckung und Kosteneffizienz wird über die hybride Kombination unterschiedlicher Funk- und Sensordaten erreicht. In einer ereignisbasierten Kommunikationsstruktur werden diese Daten für bedarfsgerechte Ortungs- und Navigations-Dienste genutzt und sollen eine nahtlose Prozessführung sowohl im Lagerhaus als auch im Frachthof gewährleisten.

PoPJIM – Selbstoptimierende Verbindungselemente in Werkzeugmaschinen

gefördert durch: Europäische Union

Moderne Werkzeugmaschinen setzen leichtgewichtige und flexible Strukturen ein, um effizient und schnell arbeiten zu können. Ein Seiteneffekt dieser Konstruktionsphilosophie ist jedoch eine stärkere Neigung zu Vibrationen. Dadurch kann es zu Resonanzeffekten („Chatter“) mit fatalen Auswirkungen kommen, die von einer schlechten Werkstückqualität bis hin zur Verursachung von schwerwiegenden Defekten an Werkzeug und Maschine reichen können. Statt wie bisher die notwendige Stabilität der Maschine durch eine Reduktion der Arbeitsgeschwindigkeit sicherzustellen, wird in dem Projekt eine mechatronische Architektur entwickelt, die das dynamische Verhalten des Gesamtsystems durch den gezielten Einsatz von speziellen, in ihren Eigenschaften veränderlichen Verbindungselementen (Joint Interface Modules, JIMs) optimiert. Die JIMs werden selbstoptimierend angepasst, um so Chatter zu verhindern.  Unser Lehrstuhl trägt hierfür Techniken zur Kommunikation zwischen Kontrollrechnern und Maschinenkomponenten bei, die für die Übermittlung von Steuerdaten und Messwerten genutzt werden.

Online-Fehlervorhersage in komplexen Hard- und Softwaresystemen

Fehler in großen Hard- und Softwaresystemen werden immer kostspieliger. Gleichzeitig wird aber auch konsequente Fehlertoleranz durch hohe Redundanz bei immer komplexer werdenden Systemen schnell unbezahlbar. Unsere Forschung im Bereich der Ausfallvorhersage zielt deshalb ab auf geeignete Vorhersageverfahren, um Ausfälle vor Ihrem Auftreten vermeiden zu können. Schwerpunkte der Arbeit sind die Erfassung und Selektion von Messdaten, Modelle der betrachteten Systeme und Verfahren zur Bewertung der Vorhersageverfahren. Eine Einschränkung des Parameterraumes ist dabei einerseits zwingend erforderlich, um die Komplexität beherrschbar zu halten. Andererseits ist die Qualität der Vorhersagen maßgeblich von der Auswahl geeigneter Parameter abhängig. Hier besteht großes Optimierungspotenzial hinsichtlich des Ressourcenverbrauchs, das wir mittels adaptiver Modelle ausnutzen.

Optimierter Datenaustausch für zukünftige kooperative Verkehrsinformationssysteme

gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Der Datenaustausch zwischen Fahrzeugen auf der Straße bietet großes Potenzial für die Verbesserung der Verkehrseffizienz. Aktuelle und hoch aufgelöste Informationen über die Verkehrslage erlauben die Optimierung von Wegewahlentscheidungen. Um dieses Ziel tatsächlich zu erreichen, ist eine methodisch breite Herangehensweise notwendig. So wurden bislang hauptsächlich Mechanismen zum Erheben und Verbreiten der Informationen betrachtet, kaum jedoch für deren tatsächliche Nutzung. Immer akuter stellt sich die Frage, wie von der verfügbaren Information effektiv gebraucht gemacht werden soll. Dieses Projekt betrachtet daher die Frage, wie die tatsächlich benötigten Informationen identifizierung und kommuniziert werden können und wie sie dann zur gezielten Verkehrsbeeinflussung genutzt werden sollten. Im Ergebnis werden Mechanismen stehen, die es zukünftig erlauben, Ressourcen effizienter zu nutzen, Fahrzeit zu sparen und die Umweltbelastung durch den Straßenverkehr zu verringern.