SESAM

SESAM

Secure Software-Defined 5G Access Network for Flexible Manufacturing

Motivation

Die Arbeitsgruppe Industrie 4.0 versteht das Zukunftskonzept „Industrie 4.0“ als den Einsatz von „kontextuell autonomen, selbststeuernden, selbstkonfigurierenden, wissensbasierten, sensorgestützten und räumlich verteilten Produktionsressourcen (Maschinen, Roboter, Förder- und Lagersysteme, Betriebsmittel)”. Ein Kernelement ist dabei die intelligente vernetzte Fabrik, die neben Produktionsmitteln auch Produkte, Ressourcen und Menschen miteinander verbindet. Als cyber-physische Systeme (CPS) sollen diese nicht nur innerhalb einer Fabrik, sondern weltweit vernetzt werden. Folglich fällt der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) in der Entwicklung von Industrie-4.0-Anwendungen eine Schlüsselrolle zu. In Zukunft lassen sich industriell gefertigte Waren online individuell gestalten. Um individuelle Kundenwünsche in Produktionsabläufe zu integrieren, müssen die Werksroboter in intelligenten Fabriken drahtlos vernetzt werden. Dank dieser hohen Mobilität können sie über mehrere, im Fabrikgebäude verteilte Drahtlosschnittstellen kommunizieren. Dies ist jedoch im Hinblick auf die Latenz immer noch kritisch. Zulässige Latenzzeiten für anspruchsvollste Industrie-4.0-Anwendungen, die unter 1 ms liegen, sind erst in der 5. Mobilfunkgeneration (5G) zu erwarten.

Drahtlose Kommunikation, die über ein geteiltes Medium abgewickelt wird, unterliegt höheren Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit als kabelgebundene Kommunikation. Im industriellen Umfeld spielt eine hohe Datensicherheit eine sehr wichtige Rolle: In vielen Fällen haben die produzierten Güter einen hohen wirtschaftlichen Wert innerhalb der Wertschöpfungskette und sind damit auch durch widerrechtliche Handlungen verschiedener Gruppierungen gefährdet. Durch erhöhte Datensicherheit wird gewährleistet, dass nur autorisierten Teilnehmern der Zugang zur Infrastruktur erlaubt ist. Die interne Kommunikation zwischen den Teilnehmern wird durch hocheffiziente Verfahren vor einer Vielzahl unterschiedlichster Angriffe geschützt.

Ansatz und Ziele

Das Projekt „SEcure Software-Defined 5G Access Network for Flexible Manufacturing“ (SESAM) soll ein ganzheitliches 5G-Systemkonzept für diese komplexen Anforderungen entwickeln, um Mobilität mit geringer Latenz bei gleichzeitiger Datensicherheit in einem heterogenen 5G-Netz zu unterstützen. Der Ansatz basiert auf einem zuverlässig gesicherten, softwaredefinierten Netzwerk (SDN), in dem Verbindungsübergaben paketbasiert, kooperativ und prädiktiv realisiert werden, sodass Daten zuverlässig übertragen werden.

Zu den wesentlichen Zielen des Projekts SESAM zählen:

• Geringe Latenz: Hocheffiziente Verfahren sind nötig, um eine geringe Latenz in einer zentralisierten Cloud-RAN-Netzarchitektur mit mobilen Nutzern zu erreichen. Dazu verfolgt das Projekt einen heterogenen, auf Funk- und Lichtübertragung basierenden Ansatz.
• Datensicherheit: Sichtbares Licht kann sehr einfach ausgerichtet werden und es breitet sich wechselwirkungsfrei aus. Es kann einfach auf die Ausmaße eines Raums begrenzt und ausgerichtet werden, sodass eine erhöhte Datensicherheit möglich ist. Darüber hinaus werden neue Verschlüsselungstechniken für 5G-Netze basierend auf SDN entwickelt, die einen sicheren Transport mit geringer Latenz ermöglichen.
• Zuverlässige Übertragung: Der heterogene, auf Licht und Funk basierende Übertragungsansatz stellt eine wertvolle Rückfalllösung dar, welche im Fall von Abschattung oder Blockade der Sichtverbindung immer noch eine funktionierende Verbindung über Funk bereitstellen kann.

Auch methodisch geht SESAM moderne Wege. Zu Beginn des Projekts wird ein sogenannter „Plugtest“ durchgeführt, um die Schnittstellen zwischen Datenübertragung, Medienzugriff, Vernetzung, Datensicherheit und industrieller Kommunikationstechnik schon frühzeitig zu testen, Schwachstellen zu identifizieren und sie im Projektverlauf zu überarbeiten. Die Teilsysteme werden weiterentwickelt und in einem ersten Anwendungstest unter Praxisbedingungen untersucht. Nach einer weiteren Optimierungsschleife wird das Gesamtsystem in eine realistische Produktionsumgebung integriert, dort präsentiert und mit den konkreten Anwendern getestet.

Projektorganisation:

SESAM ist ein gemeinsames Forschungsprojekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird. Am Projekt sind verschiedene fachspezifische Partner aus Forschung und Industrie beteiligt. Das BMBF ist der Träger dieses Projekts. Das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut ist für die Projektleitung verantwortlich.

• Projektmanagement: VDI/VDE Innovation + Technik GmbH
• Konsortium: Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut, Berlin Institute for Software Defined Networks (BISDN), R3 - Reliable Real-time Radio Communications GmbH (R3Coms), Rohde & Schwarz Cybersecurity
• Assoziierte Partner: BMW AG, Deutsche Telekom AG - T-Labs, OSRAM GmbH
• Projektlaufzeit: 05/2017 – 04/2020