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Prof. Dr.-Ing. Reinhard German

Reinhard German
  • Tätigkeit: Lehrstuhlinhaber
  • Telefonnummer: +49 9131 85-27916
  • Faxnummer: +49 9131 85-27409
  • E-Mail: reinhard.german@fau.de
  • Adresse:
    Martensstr. 3
    91058 Erlangen
    Raum 06.155

Sekretariat

Kurzvita

Reinhard German studierte Elektrotechnik und Informatik an der TU Brauschweig und an der TU Berlin, danach erfolgten Promotion und Habilitation an der TU Berlin. Seit 2000 ist er Professor an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), zunächst als Professor für Systemsimulation und seit 2004 als Inhaber des Lehrstuhls für Rechnernetze und Kommunikationssysteme. Er war Sprecher des Departments Informatik und Dekan der Technischen Fakultät. Er ist Kontaktprofessor von INI.FAU (eine Kooperation zwischen der Audi AG und der FAU) und er leitet Projekte zur Simulation von Energiesystemen am Energie Campus Nürnberg (EnCN). Seine Forschungsinteressen bestehen in der Modellierung, Simulation, Analyse und dem Test komplexer vernetzter Systeme, Anwendungsfelder bestehen in den Bereichen Automotive, Energie und Industriekommunikation.

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2010

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2006

2005

2004

2003

  • Dezentrale Bereitstellung von Systemdienstleistungen mit Elektrofahrzeugen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 2019-04-01 - 2020-12-31
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
    URL: https://zentrum-digitalisierung.bayern/initiativen-fuer-die-wissenschaft/graduate-program/graduate-fellowships/
    Im Rahmen der Energiewende werden zunehmend konventionelle
    Kraftwerke, welche derzeit für die Stabilität im Stromnetz verantwortlich sind,
    vom Netz genommen. Um auch zukünftig Systemstabilität zu gewährleisten sind
    neue Konzepte notwendig. Dazu wird im Projekt ein Modell zur Beschreibung der
    Flexibilität von Ladevorgängen von Elektrofahrzeugen entwickelt. Anhand von
    Simulationen werden die Fähigkeit, die Zuverlässigkeit, die Grenzen und die
    Kosten der Erbringung von Systemdienstleistungen wie Regelleistung und Engpassmanagement
    mit Elektrofahrzeugen sowie Kombinationen teils konkurrierender Ziele für
    diverse Szenarien erforscht. Enger Kooperationspartner ist das StartUp
    ChargingLedger, das Konzepte von der Simulation in die Anwendung bringt.
  • Engineering von zukünftigen Zugsteuer- und Managementsystemen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 2018-10-01 - 2021-09-30
    Mittelgeber: Siemens AG
    Mit den sich entwickelnden Technologien und Methoden im Bereich der Echtzeitkommunikation und der stetig steigenden, zu übertragenden Datenmenge ist die Bahnindustrie auf den Zug der Modernisierung ihrer Prozesse aufgesprungen.

    Bei den Bahnanwendungen liefern verschiedene Hersteller bis heute unterschiedliche und meist nicht kompatible Lösungen.  Diese Lösungen werden für eine bestimmte Konstellation eines Zuges spezifiziert, sind in den meisten Fällen aber nicht in der Lage, bei einer Veränderung der Zugkonstellation die korrekte Funktionalität zu bieten.  Um sicherheits- und zeitkritische Bereiche von unkritischen Bereichen zu trennen, die z. B. Dienstleistungen für Fahrgäste wie Wireless LAN anbieten, müssen darüber hinaus getrennte Netze mit einer eigenen Infrastruktur aufgebaut werden, die für den Zug und seine Hersteller mehr Gewicht und Kosten bedeuten.

    Im Bereich der Echtzeitkommunikation hat sich Time-Sensitive Networking (TSN) als mögliche Lösung zur Überwindung der oben genannten Probleme herausgestellt.  Es stellt Verfahren und Mechanismen für die Ethernet-Technologie bereit, die sie mit Aspekten des Determinismus und der Zuverlässigkeit bereichern.

    Mit Time-Sensitive Networks (TSN) können die sicherheits- und zeitkritischen Domänen mit unkritischen Bereichen zusammengeführt werden, so dass den sicherheitskritischen und zeitsensiblen Domänen noch genügend Zuverlässigkeit und Determinismus garantiert werden kann und die Bedürfnisse der Passagiere befriedigt werden.

    Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, die Eignung von TSN im Bahnbereich zu testen.  Vorrangiges Ziel des Projekts ist es, zu analysieren, ob die Anforderungen der sicherheits- und zeitkritischen Anwendungen in Bezug auf eine deterministische Netzwerkkommunikation und beschränkte Latenzen im Netzwerk erfüllt werden können und gleichzeitig nachzuweisen, dass die Erfüllung der Ansprüche der kritischen Anwendungen nicht zu einer signifikanten Beeinträchtigung unkritischer Anwendungen führt.

  • Synchronisation und Echtzeitfähigkeit in verteilten Simulationen für die virtuelle Entwicklung und Absicherung von automatisierten Fahrfunktionen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 2018-10-01 - 2021-09-30
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    Verteilte Simulationen werden häufig zur Verbesserung der Leistung oder zur Kopplung von unterschiedlichen Simulatoren verwendet. Für die Simulation von autonomen Fahrfunktionen ist diese Kopplung sehr wichtig, denn so können wiederverwendbare Simulationskomponenten für das nähere und weitere Umfeld des Fahrzeugs, für Ego- und Fremdfahrzeuge, für die Sensorik, für Abläufe in den Steuergeräten, für die Fahrzeugdynamik und für ähnliche Aspekte erstellt und gemeinsam in einer Simulation ausgeführt werden. Weiterhin bietet eine solche verteilte Simulation einen Ausgangspunkt für die Kopplung mit echten Software- oder Hardwarekomponenten (SIL bzw. HIL). Die Synchronisation in der verteilten Simulation muss die Kausalität sicherstellen: wenn es Abweichungen der Zuordnung von Simulationszeit zur Echtzeit in den Komponenten gibt, kann es zu Verletzungen der Kausalität kommen. Ein Beispiel sind kooperative Sicherheitsfunktionen, bei denen Aktionen in sehr schneller Abfolge verlaufen. Gründe für Kausalitätsverletzungen können beispielsweise nicht synchronisierte Uhren oder Verzögerungen bei der Nachrichtenauslieferung sein. Eine weitere Aufgabe der Synchronisation ist die Gewährleistung der Reproduzierbarkeit der Simulationsergebnisse. Durch Jitter in der Ausführungszeit von einzelnen Komponenten oder bei der Nachrichtenübertragung entsteht ein Nichtdeterminismus in der Ausführungsreihenfolge, der zu einem unterschiedlichen Ergebnis der Simulation führen kann.
  • Network Calculus für Time-Sensitive Networking
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 2018-10-01 - 2022-10-01
    Dieses Forschungsprojekt beschäftigt sich mit Anwendungsmöglichkeiten von Dienstgütegarantien in Time-Sensitive Networking, insbesondere mithilfe von Network Calculus. Echtzeit-Systeme werden zunehmend in der Industrie, z.B. der Automobil-, Automatisierungs- oder Unterhaltungsbranche benötigt. Klassisches Ethernet garantiert jedoch keine Echtzeitfähigkeit, weshalb die Time-Sensitive Networking Task Group (IEEE 802.1) Standards für die Echtzeitübertragung von Daten über Ethernet-Netzwerke entwickelt. Diese Standards werden unter dem Begriff Time-Sensitive Networking (TSN) zusammengefasst. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird nun die Anwendung von Network Calculus für TSN untersucht. Network Calculus (NC) ist eine Systemtheorie zur deterministischen Leistungsbewertung. Dabei werden mathematische Methoden verwendet, um Leistungsgarantien für Kommunikationssysteme zu bieten.  NC kann dabei helfen, Echtzeit-Eigenschaften von TSN zu bewerten, erforderliche Latenz-Grenzen einzuhalten und Aufschlüsse über die optimale Konfiguration der Netzwerke liefern. Außerdem ermöglicht es die Dimensionierung der Puffer und kann existierende oder neue Scheduling-Algorithmen bewerten.
  • Simulation und Modellierung aus Messdaten von Fahrzeugen
    (FAU-externes Projekt)
    Laufzeit: 2018-10-01 - 2021-09-30
     Die Funktionssicherheit von Fahrerassistenzsystemen sowie automatisierter und vernetzter Funktionen ist vom Automobilhersteller in jeder denkbaren Verkehrssituation sicherzustellen.  Im Entwicklungs- und Absicherungsprozess ist dazu eine erhebliche Zahl  von Verkehrssituationen, sog. Szenarien, abzuprüfen.  Dieser umfangreiche Prüfumfang lässt sich in Zukunft eigentlich nur noch durch den massiven Einsatz von Computersimulation sinnvoll bewältigen. Um in diesen Simulationen eine entsprechende Validität und Praxisrelevanz zu erzeugen, müssen Modelle des eigenen Fahrzeugs, der Strecken und –Umgebung sowie des umgebenden Verkehrs adäquat modelliert werden.

    Im Rahmen dieser Arbeit sollen Fahrsituationen, sogenannte Fahrszenarien, realer Versuchsfahrzeuge sensorisch erfasst und aufgezeichnet werden. Aus diesen Datenaufzeichnungen soll das aufgezeichnete Fahrszenario in einer Fahrsimulation nachgebildet und eine aktivierte automatisierte Fahrfunktion darin betrieben werden. Dadurch kann die Exaktheit des Simulationsmodells mit den aufgezeichneten Messdaten verglichen und validiert werden. Darüber hinaus werden so anspruchsvolle Fahrszenarien für einen Prüfkatalog gesammelt und das Fahrszenario kann mit vielen Variationen der zu simulierenden automatischen Fahrfunktion durchgespielt und verglichen werden.

    Aufbauend auf einem funktionierendem Verfahren der Szenariengenerierung aus Messdaten soll ein Verfahren für gezielte Datenanalyse relevanter Szenarien  aus Massendaten hinsichtlich Kategorien, Definitionen, Trajektorien zur Erzeugung von parametrierbarer Manöverklassen systematisch erarbeitet werden.

  • Entwicklung einer Absicherungsmethodik für automatisiertes Fahren durch Fahr-/Funktionssimulation
    (FAU-externes Projekt)
    Laufzeit: 2018-09-01 - 2021-08-31
    Die Funktionssicherheit von Fahrerassistenzsystemen sowie automatisierter und vernetzter Funktionen ist vom Automobilhersteller in jeder denkbaren Verkehrssituation sicherzustellen.  Im Entwicklungs- und Absicherungsprozess ist dazu eine erhebliche Zahl  von Verkehrssituationen, sog. Szenarien, abzuprüfen.  Dieser umfangreiche Prüfumfang lässt sich in Zukunft nur noch durch den massiven Einsatz von Computersimulation sinnvoll bewältigen. Um in diesen Simulationen eine entsprechende Validität und Praxisrelevanz zu erzeugen, müssen Modelle des eigenen Fahrzeugs, der Strecken und –Umgebung sowie des umgebenden Verkehrs adäquat modelliert werden.

    Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Methodik zur Absicherung von Systemen und Funktionen des automatisierten und vernetzten Fahrens mittels Computersimulation auf virtuellen Streckenmodellen konzipiert und prototypisch entwickelt werden. Aspekte, die dabei Berücksichtigung finden sollen, sind Qualitätsanforderungen an das Streckenmodell hinsichtlich unterschiedlicher Sensor- und Reglerfunktionen, erforderliche Parameter/Dimensionen für die darzustellenden (Verkehrs-)Szenarien, Klassifizierung der Ähnlichkeit/Genauigkeit von digitalen Zwillingen (Simulation und Versuchsfahrzeug) oder auch eine Validierungssystematik für solch ein virtuelles Umfeldmodell.
    Aufbauend auf die Anforderungen an die Simulation und den Spezifikationen an das virtuelle Streckenmodell soll ein systematisches und belastbares Verfahren zur simulationsbasierten Absicherung von automatisierten Fahrfunktion erarbeitet werden.

  • Dezentrale Organisation von zukünftigen Energiesystemen basierend auf der Kombination von Blockchains und dem zellularen Ansatz
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 2018-01-01 - 2019-03-31
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
    Das Ziel des Projekts ist es ein Energieinformationssystem zu designen, welches dezentral und lokal (teil-)autonom funktioniert sowie eine beliebig skalierbare Anzahl an Akteuren integrieren kann. Durch eine Dezentralisierung der Systemverantwortung soll es ein stabiles Energiesystem auf der Basis von erneuerbaren Energien und Speichern ermöglichen.

    Der Lösungsansatz basiert auf einer Kombination des zellularen Ansatzes und der Blockchain Technologie. Die vernetzte IT Infrastruktur kann genutzt werden um durch variable Preise das Stromnetz auf allen Ebenen zu stabilisieren. Darüber hinaus kann virtuelles Trägheitsmoment generiert werden, welches die zunehmend reduzierten rotierenden Massen im System ersetzen kann, sowie automatisiertes Engpassmanagement durch Förderung eines lokalen Ausgleiches von Einspeisung und Nachfrage betrieben werden.

  • Hybrides Co-Simulations Framework
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 2017-11-01 - 2020-11-01
    Simulation ist ein adäquates Mittel, welches erlaubt neuartige Technologien und Algorithmen zu untersuchen, zu evaluieren und zu validieren. Um zu realistischen Ergebnissen zu gelangen, ist es erforderlich diverse Herausforderungen zu meistern. Eine dieser Herausforderungen stellt die  Durchführbarkeit der Berechnung von ganzheitlichen Simulationszenarien dar. Dies gilt vor allem, wenn Szenarien betrachtet werden sollen, die beispielsweise eine ganze Stadt, oder gar ein ganzes Land modellieren. Neben Betrachtungen der Performanz, bedarf die angemessene Modellierung von Szenarien der echten Welt meist der Kombination verschiedener Simulationswerkzeuge. Oft stammen die kombinierten Werkzeuge aus verschiedenen Domänen. Das führt dazu, dass ihre Kombination im Allgemeinen auch die Verbindung unterschiedlicher Modellierungsparadigmen erfordert. Zwei weitere Herausforderungen stellen die Zeitsynchronisation beteiligter Tools und der Datenaustausch zwischen den Tools dar.
    Um diese Problemstellungen zu lösen, wird im Rahmen dieses Projekts ein hybrides Co-Simulations Framework entwickelt. Das Framework nutzt eine Implementierung der High Level Architecture (HLA, IEEE1516) als Middleware und erlaubt die dynamische Komposition eines Simulations-Setups, welches den bestehenden Anforderungen entspricht. Die Komposition erfolgt in zwei Dimensionen. In einer vertikalen Dimension gestattet Multi-Level Unterstützung die Simulation zu verschiedenen Detailgraden. Dies erfolgt je nach Anforderungen bezüglich Performanz, bestehender Datengrundlage und den formulierten Fragestellungen. In einer horizontalen Dimension erfolgt die Modellierung der domänenübergreifenden Kopplung von Simulationswerkzeugen. Der Fokus auf Erweiterbarkeit stellt sicher, dass die nachträgliche Eingliederung benötigter Simulationstools in das Framework ermöglicht wird.
  • Simulation und Modellierung verschiedener 5G-Mechanismen im Kontext vernetzter Mobilität
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 2017-10-01 - 2020-09-30
    Die Vernetzung von Fahrzeugen mit anderen Verkehrsteilnehmen bzw. der Infrastruktur (Vehicle-to-Everything (V2X)) ist eine der Schlüsseltechnologien für das autonome Fahren und Smart Cities. Der hierfür entwickelte WLAN-Standard IEEE 802.11p ist bereits seit einem Jahrzehnt Schwerpunkt der Forschung. Bislang hat sich diese Kommunikationstechnologie in der Automobilbranche jedoch nicht als Kommunikationsstandard durchsetzen können. Ein möglicher Grund hierfür ist die nicht vorhandene stationäre Infrastruktur (Basisstationen am Straßenrand oder an Ampeln), welche hohe Investitionen erfordern würden.

    Viele Automobilhersteller fokussieren ihren Forschungsschwerpunkt deshalb auf Mobilfunktechnoligen der neuesten Generation. Die benötigte Infrastruktur ist aufgrund anderer Mobilfunkteilnehmer flächendeckend vorhanden. Bei LTE wurden bereits Spezifikationen für die direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen sowie die Kommunikation über eine Basisstation verabschiedet. Die neueste Mobilfunkgeneration (5G), welche ab dem Jahr 2020 eingeführt werden soll, berücksichtigt hier von Beginn an Anwendungsfälle und Kriterien für die V2X-Kommunikation. Hierbei sollen bei 5G die Virtualisierung der Mobilfunkkomponenten per Network Slicing in Verbindung mit SDN und NFV eine entscheidende Rolle zur Einhaltung von Dienstgüteparametern gegenüber LTE und WLAN spielen.

    Für die Simulation von Szenarien der V2X-Kommunikation per WLAN IEEE 802.11p ist das am Lehrstuhl entwickelte Framework Veins bei zahlreichen Studien eingesetzt worden. Um Vergleiche zwischen WLAN und Mobilfunk per Simulation zu evaluieren, ist eine Weiterentwicklung von Veins um die Mobilfunktechnologien LTE/5G von großem Interesse. Der Fokus liegt hier insbesondere bei Fragestellungen zur Dienstgüte und den angedachten V2X-Anwendungsfällen. Im Rahmen der Dissertation wird das Veins-Framework auf die 5G Technologie erweitert. Der Schwerpunkt liegt hier auf Mechanismen der der unteren Netzwerkschichten und der angedachten QoS (Quality of Service) und Network Slicing Ansätze.

  • Ganzheitliche Dreidimensionale Simulation von Vernetzter Mobilität
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 2017-10-01 - 2020-09-30
    Die Möglichkeiten und Herausforderungen der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation bzw. Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation (Vehicle-to-X- bzw. V2X-Kommunikation) werden bereits seit vielen Jahren erforscht. Ein beliebtes Mittel, das bei relativ hoher Detailtreue ausreichend Flexibilität bei den Untersuchungen zulässt, ist die Simulation solcher Netzwerke, welche sowohl den Verkehrs- als auch den Kommunikationsaspekt berücksichtigen muss. Mit dem am Lehrstuhl entwickelten Framework Veins konnten hierbei bereits große Erfolge erzielt werden.
    In letzter Zeit zeichnet sich allerdings ein Trend ab, der über die einfache Kommunikation zwischen Fahrzeugen hinaus geht. Unter dem Stichwort vernetzte Mobilität wird die Kommunikation verschiedenster Verkehrsteilnehmer untereinander, aber auch mit Infrastruktur oder gar Gebäuden zusammengefasst, wie sie in naher Zukunft zu erwarten ist. Bei den Verkehrsteilnehmern kann es sich hierbei wie bisher um herkömmliche Autos und Nutzfahrzeuge handeln, aber auch um autonom fahrende Fahrzeuge sowie Fußgänger oder Radfahrer. Vor allem in den sich zu Smart Cities entwickelnden Großstädten werden komplexe Verkehrs- und damit Kommunikationsszenarien zur Regel.
    Um die Problemstellungen solcher Situationen bereits heute untersuchen zu können, bedarf es einer Erweiterung der klassischen V2X-Simulation. Neben der Berücksichtigung verschiedenartiger Verkehrsteilnehmer, gilt es auch neue Kanalmodelle zu entwickeln, die den dreidimensionalen Charakter komplexer Szenarien in modernen Smart Cities unter begrenztem Aufwand möglichst realistisch abbilden können. Zur Sicherstellung korrekter Ergebnisse bedarf es dabei entsprechender Feldtests zur Validierung der neuen Simulationsmodelle. Des Weiteren erfordert vor allem die Untersuchung des Einflusses autonomer Fahrzeuge eine Berücksichtigung von Algorithmen aus dem Gebiet der künstlichen Intelligenz (KI). Im Zuge dessen ist es auch denkbar, ähnliche KI-Methoden auf Ebene des Simulationskerns selbst einzusetzen, um beispielsweise den Aufwand bei der Betrachtung komplexer Simulationsszenarien beherrschbarer zu machen.
  • Multi Battery Systems - Hybrid and New Storage Simulation Tool
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 2017-05-01 - 2020-04-30
    Mittelgeber: Siemens AG
    Mit dem Ausbau stark fluktuierender Erneuerbarer Energien, der Einführung elektrischer Fahrzeuge oder der Sicherstellung suffizienter Energieversorgung portabler Elektronik gewinnen elektrochemische Batteriesysteme jedweder Art und deren Dimensionierung eine immer größere Bedeutung in vielen Bereichen des alltäglichen Lebens. Für eine kosten- und zeiteffiziente Analyse zur Systemauslegung und Projektplanung ist der Einsatz leistungsfähiger Modelle unabdingbar, welche das Verhalten dieser Batteriesysteme simulieren. Im Projekt „Multi Battery Systems – Hybrid and New Storage Simulation Tool" im Rahmen des FAU Campus – Future Energy Systems (FES) entwirft der Lehrstuhl für Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme) detaillierte Simulationsmodelle verschiedener elektrochemischer Batteriespeicher. Ziel des Projekts, das in Kooperation mit der Siemens AG Erlangen durchgeführt wird, ist neben der Abbildung geläufiger Speichertechnologien, wie Lithium-Ionen- und Blei-Batterien, auch die Betrachtung von Systemen, welche bisher keine weitläufige Anwendung finden, also beispielsweise von Redox-Flow-Batterien oder Thermalbatterien. Die entworfenen Simulationsmodelle erweitern auf diese Weise auch die modulare Modell-Bibliothek der Software i7-AnyEnergy, um künftig noch differenziertere Analysen verschiedener Speicherszenarien zu ermöglichen.
  • Transparent Multichannel IPv6
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 2017-04-01 - 2020-03-31
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Satellite communication is a way to provide broadband internet access all over the world. However, with geostationary satellites the propagation delay leads to very high delays in the magnitude of several hundred milliseconds. In order to improve the interactivity and responsiveness of communication systems, utilizing a second communication link can be highly beneficial.

    The Transparent Multichannel IPv6 (TMC-IPv6) Project aims to combine the advantages of multiple heterogeneous communication links. An illustrative example is the combination of a rural DSL connection with low data rate/low latency and a satellite connection with high data rate but high latency, which results in a user internet access with high data rate and low latency providing a better Quality of Experience (QoE).

    Satellite-based internet access from different operators is provided by our project partners in order to experience realistic satellite communication environment and test potential solutions. The outdoor unit (parabolic antenna) is mounted on the roof of the Wolfgang-Händler-Hochhaus.

  • Kommunikation in Energieinformationsnetzen
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 2017-04-01 - 2020-04-01
    Das elektrische Energienetz befindet sich durch Digitalisierung und Integration dezentraler Energiequellen im Wandel. Die Durchdringung und informationstechnische Vernetzung mit Sensorik und Aktorik lassen komplexe virtuelle Steuerungssysteme entstehen.
    Liegt dem ein leistungsfähiges Kommunikationsnetz zugrunde, können innovative Dienste und Anwendungen eine ökologische, ökonomische, stabile und hochwertige Energieversorgung ermöglichen. Die vielfältigen, teils echtzeitkritischen, Anforderungen und Verkehrsmuster der gegebenenfalls großräumig verteilten Anwendungen stellen dabei eine besondere Herausforderung dar.
    Untersuchungsgegenstand dieses Forschungsprojekts ist der Ersatz proprietärer Lösungen durch ein programmierbares Kommunikationsnetz mit Standardkomponenten. Diese ermöglichen einen wirtschaftlichen Betrieb und hohe Kompatibilität, individuellen Anforderungen werden durch Software erfüllt. Übergeordnetes Ziel ist dabei, die Infrastruktur der Energie- und Kommunikationsnetze gleichermaßen optimal zu nutzen und Überdimensionierung zu minimieren.
  • Pal-Grid: Ein Umfassendes Simulationsframework für das Palästinensische Stromnetz
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 2017-03-01 - 2019-02-28
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    Das Hauptziel dieses Kooperationsprojekts ist die Entwicklung eines umfassenden Simulationsframeworks für das palästinensische elektrische Energieversorgungssystem mit einem Fokus auf eine bestimmte Region (z.B. das Westjordanland). Das Simulationsframework soll in der Lage sein, die verschiedenen Aspekte der zukünftigen Energieversorgung zu erfassen.Die zu entwickelnden Simulationsmodelle werden zwei Abstraktionsebenen beinhalten. Auf der Makroebene soll das palästinensische Energieversorgungssystem in abstrakter Weise nachgebildet werden, um mittels Simulation Aussagen zur Entwicklung des Strombedarfs und der Stromerzeugungsbilanzen tätigen zu können. Auf der feingranularen Mikroebene soll eine detailliertere Modellierung der verschiedenen Komponenten eines Energiesystems erfolgen, so dass auch ICT—fähige Anwendungen implementiert werden. Dadurch soll beispielsweise untersucht werden, inwiefern Lastspitzen reduziert werden können.
  • SP1-1 Aufwertung von Niedertemperaturwärme mit reversiblen HP-ORC-Systemen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg
    Laufzeit: 2017-01-01 - 2021-12-31
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/energie-campus-nuernberg-teilprojekt-grosse-spei
    Das Teilprojekt beschäftigt sich konkret mit der Realisierung
    eines reversiblen Wärmepumpen-ORC Prozess in Kombination mit einem
    großen Niedertemperatur-Speicher.  Überschussstrom aus Wind und PV soll
    zur Aufwertung geothermischer Wärme oder industrieller Abwärme  mittels
    einer Wärmepumpe verwendet werden. Wärmepumpen ermöglichen bei gleichem
    Stromeinsatz im Vergleich zu klassischen Tauchsiedern ein deutlich
    höheres Temperaturniveau. Zur Reduktion der Investitionskosten wird ein
    Großteil der Komponenten der Wärmepumpe zur Rückverstromung als
    ORC-Prozess eingesetzt.Der Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik beschäftigt sich in diesem
    Projekt mit einer technischen und wirtschaftlichen Machbarkeitsstudie
    für die Modellregion Wunsiedel. Für die Leistungsbereiche von 100 kW bis
    10 MW  sind anhand von Marktstudien die vielversprechendsten Anbieter
    und Technologien für die Umsetzung eines Demonstrationsprojektes im
    Rahmen einer Machbarkeitsstudie zu ermitteln.
  • Hybride Simulation vernetzter Energiesysteme
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 2017-01-01 - 2020-01-01
    Der Zubau von erneuerbaren Energieträgern und der wachsende Anteil dezentraler und stark fluktuierender Energieerzeuger stellen moderne Energiesysteme vor komplexe Herausforderungen. Auch Speichersysteme wie KWK-Anlagen mit Wärmespeichern, reine Stromspeicher oder weitere Technologien, spielen eine entscheidende Rolle. Des Weiteren ist Kommunikation zwischen den Erzeugern, Verbrauchern und Speichern sowie die intelligente Steuerung der Stromerzeuger und Verbraucher für die Stabilität und Effizienz des Energiesystems entscheidend.

    Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Methoden und Werkzeugen zur umfassenden Analyse der zunehmend auf erneuerbaren Energien basierenden Energiewirtschaft auf der Ebene einzelner Häuser und Hausverbünde. Im Rahmen des Teilprojekts entsteht der Simulationsbaukasten i7-AnyEnergy der die schnelle Entwicklung hybrider Simulationsmodelle vernetzter intelligenter Energiesysteme ermöglicht. Dazu werden Methoden wie die diskrete Ereignissimulation (z.B. für Verbraucher-, Wetter- und Steuermodelle) und System Dynamics Modelle (z.B. für Energie- und Kostenflüsse) in einem Simulationsmodell verbunden. Aus den Basiskomponenten für den Energiebedarf (elektrisch und thermisch), für die Energieerzeugung (z.B. Gasheizung, Kraft-Wärme-Kopplung mit Brennstoffzellen), für erneuerbare Energien (Photovoltaik), für die Energiespeicherung (Batterien, chemische Speicher wie z.B. basierend auf LOHC), sowie für die Steuerung können Hausmodelle erstellt und zu Verbünden mit einem gemeinsamen Wettermodell und einem Kommunikationsnetz gekoppelt werden.

  • Dynamische Simulation der Energieflüsse und Speicherung der Abwärme von Rechenzentren und der Integration großer Speicher in Nahwärmenetze
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg 2
    Laufzeit: 2017-01-01 - 2019-12-31
    Mittelgeber: Bayerische Staatsministerien
    Der Anteil an Strom aus Photovoltaik am Strommix in Deutschland wurde in den letzten Jahren stark ausgebaut. Auch in naher Zukunft wird die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien und damit auch der solar erzeugte Strom weiter steigen. Bei hoher Sonneneinstrahlung führt dies schon heute zu einem lokalen Überangebot im Stromnetz, während die Photovoltaik in der Nacht naturgemäß nicht zur Stromversorgung beitragen kann. Die Sicherstellung der nächtlichen Grundlast bei Nacht wird daher zu einem großen Teil durch fossile Erzeugung aus Kohle und Braunkohle mit entsprechender CO2-Emission gewährleistet.

    Durch den Einsatz grundlastfähiger Speichersysteme mit Niedertemperatur-Speichern soll der Einsatz umweltbelastender thermischer Kraftwerke reduziert werden. Tagsüber wird mit überschüssigem Strom aus der Photovoltaik mittels Wärmepumpen (HP) Wärme aus Geothermie oder industriellen Prozessen aufgewertet und in einem Niedertemperatur-Speicher gespeichert. Zur Erzeugung von nächtlichem Grundlaststrom wird dann diese Wärmeenergie über einen Organic Rankine Cycle (ORC)-Prozess dem Speicher entzogen.

    Ziel des Projekts ist die dynamische Simulation der Energieflüsse von HP-ORC-Wärmespeichern, die in das Energiesystem integriert sind und überschüssige Wärme und Strom nutzen. Mit den Simulationsmodellen sollen die Dimensionierung und geeignete Betriebsweisen für den wirtschaftlichen Betrieb von Niedertemperatur-Speichern untersucht werden.

  • Kombinierte Optimierung, Simulation und Netzanalyse des elektrischen Energiesystems im europäischen Kontext
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 2016-10-01 - 2019-09-30
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Mit den Beschlüssen der deutschen Bundesregierung zur Energiewende wird die deutsche Energieversorgung nachhaltig umgestaltet. Ein Hauptziel ist dabei, eine der umweltschonendsten und energiesparendsten Volkswirtschaften bei gleichzeitig wettbewerbsfähigen Energiepreisen zu werden. Hierfür bedarf es der Unterstützung von erweiterten Analysesystemen, die sowohl die technischen als auch marktregulatorischen und rechtlichen Rahmenbedingungen gleichermaßen berücksichtigen. Gerade auf technischer Seite wird in existierenden Energiesystemanalysemodellen die Modellierung des Übertragungs- und Verteilnetzes häufig vernachlässigt oder stark vereinfachend durchgeführt.Dies motivierte die an der FAU Erlangen-Nürnberg durchgeführten Vorarbeiten der vergangenen Jahre („Energiesystemanalyse Bayern"), mit denen ein ganzheitlicher systemorientierter Modellierungsansatz für das elektrische Energieversorgungssystem Deutschlands zunächst mit Fokus auf den Freistaat Bayern entwickelt wurde. In dieser Modellierung wurden das Hoch- und Höchstspannungsnetz mit konventionellen Kraftwerken und Einspeisungen aus regenerativen Energieanlagen unter den bisherigen Marktmechanismen in Deutschland abgebildet. Mit Hilfe der erstellten Modelle wurden für das Bundesland Bayern Aussagen, u.a. über einen kostenoptimalen Kraftwerks-, Netz- und Speicherausbau oder die Entwicklung von CO2 -Emissionen abgeleitet. Das Gesamtmodell beinhaltet Teilmodelle zur Optimierung (Ermittlung von kostenminimalen Ausbauszenarien), zur Simulation (stochastische Simulation von unterschiedlichen Szenarien mit hoher zeitlicher Auflösung und hoher Detailtiefe) und zur Netzsystemanalyse (quasistationäre AC-Lastflussberechnungen) zur Überprüfung der erforderlichen Netzplanungskriterien und eines sicheren Systembetriebs.

    Im Rahmen des vom BMWi geförderten Vorhabens KOSiNeK wird basierend auf den geleisteten Vorarbeiten das elektrische Energieversorgungssystem Deutschlands und seiner europäischen Nachbarstaaten abgebildet. Dies führt zu Modellen von hoher Komplexität. Um dieser Komplexität Rechnung zu tragen, sind neue methodische Ansätze sowie die Weiterentwicklung bestehender Ansätze aus der Mathematik, Informatik und Netzanalyse notwendig, welche zudem iterativ gekoppelt werden. Durch diese iterative Kopplung der Modelle ist es zum einen möglich, technische und wirtschaftliche Aspekte hinsichtlich der Steuerung von Kraftwerken sehr detailliert abzubilden, zum anderen ist es auch möglich, netzregulatorische Vorgaben exakt zu berücksichtigen und somit die Systemsicherheit zu gewährleisten. Darüber hinaus können Energiemärkte einschließlich ihrer regulatorischen Rahmenbedingungen im europäischen Kontext untersucht werden. Durch den flexiblen und komponentenbasierten Modellaufbau können die Einflüsse neuer Marktmechanismen wie z.B. die Aufteilung Deutschlands in Preiszonen oder sich ändernde Börsen- bzw. Fördermechanismen mit einem detaillierten, agentenbasierten Marktmodell studiert werden. Dies ist durch die zu entwickelnden Mehrpunktmodellansätze und die Abbildung einzelner, jeweils optimiert handelnder Marktakteure möglich. Für die integrierte Netzanalyse wird das kontinentaleuropäische Verbundnetz in Form von Netzäquivalenten nachgebildet. Zur Bewertung der Netzausbauszenarien wird ein neuartiger probabilistischer Ansatz entwickelt.

    Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung beim Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms für das Projekt KOSiNeK (Förderkennzeichen: 03ET4035).

  • Modellierung und Analyse komplexer Systeme
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 2016-01-01 - 2019-01-01
    Die heutige Computertechnologie unterstützt Forscher und Wissenschaftler bei der Entwicklung ihrer komplexen Ideen und innovativen Technologien. Der Einsatz solcher neuen Ideen und Technologien in einem immer komplexer werdenden technischen und ökologischen Gesamtsystem wird in diesem Projekt untersucht. Dabei kann es sich um Produktionssysteme, Transportsysteme, Computernetzwerke, Smart Grids oder auch eine Kombination solcher Systeme handeln.

    Die Modellierung und Analyse solcher komplexen Systeme wird durch leistungsfähige Datenstrukturen und Algorithmen unterstützt, welche erst den Einsatz gängiger PCs für die Berechnungen ermöglichen. Dabei werden zum Beispiel Datenstrukturen wie Multi-Valued Decision Diagrams (MDDs), analytische Verfahren aus der Warteschlangentheorie, hybride Simulation, gemischt-ganzzahlige lineare Programmierung und auch auf das System zugeschnittene Kombinationen eingesetzt.

  • Koordinierte Kleinspeicher im Verteilnetz der N-ERGIE Aktiengesellschaft - Storage With Amply Redundant Megawatt (SWARM)
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 2015-01-01 - 2017-12-31
    Mittelgeber: Industrie
    Im Rahmen des Kooperationsprojektes SWARM der N-ERGIE AG und dem Energie Campus Nürnberg (EnCN) beschäftigt sich unter anderem der Lehrstuhl für Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme) mit den Fragestellungen, unter welchen Bedingungen Privathaushalte in innovative Stromspeicher investieren, wie sich diese Speicher auf die Stabilität des Stromnetzes auswirken und welchen ökonomischen Nutzen sie aus Sicht des Netzbetreibers bzw. der Privathaushalte schaffen.

    Übergeordnetes Ziel der Untersuchungen ist es, Erkenntnisse über vernetzte Speicher zu gewinnen und zu vertiefen.Das von der Caterva GmbH entwickelte Energiespeichersystem (ESS) mit einer Gesamtleistung von 20 kW und einer Bruttokapazität von 21 kWh richtet sich an Privathaushalte, die deutlich mehr als die durchschnittlich üblichen 30 Prozent ihres selbst erzeugten PV-Stroms nutzen möchten, da das ESS eine hohe Deckung des individuellen Strombedarfs aus Eigenerzeugung ermöglicht.

    Die Innovation des Systems liegt jedoch in seiner zweiten Funktion: Die Energiespeichersysteme können sich zu einem virtuellen Großspeicher vernetzen, der am Primärregelleistungsmarkt teilnimmt und damit eine Stabilisierungsfunktion im Stromnetz übernimmt. Der virtuelle Großspeicher speichert Strom bei einem Überangebot im Netz und speist umgekehrt bei Strombedarf in das Netz ein.Der Lehrstuhl für Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme) entwickelt ein Simulationsmodell eines Kleinspeicher-Verbunds. Ziel des Modells ist es, die technischen Auswirkungen der Speicher auf die Netze zu ermitteln, sowie den ökonomischen Nutzen sowohl für die beteiligten Privathaushalte als auch für das gesamte Energiesystem zu identifizieren.

  • Formale Verifikation und Validierung der virtuellen Absicherung komplexer Fahrzeugsicherheitsfunktionen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 2014-08-01 - 2017-08-01
    Mittelgeber: Industrie
    Integrale Sicherheitsfunktionen leisten schon heute durch die Vernetzung aktiver und passiver Sicherheits- und Assistenzsysteme einen signifikanten Beitrag zum Schutz von Insassen und Verkehrsteilnehmern. Während der Entwicklung dieser komplexen, vernetzten Funktionen kommt besonders der Absicherung gegenüber Systemausfällen und ungewünschten Verhalten eine große Bedeutung zu. Fehlfunktionen, z.B. ein unbegründeter Bremseingriff bei hohen Geschwindigkeiten, können dramatische Auswirkungen haben und sind deswegen entwicklungsseitig angemessen zu berücksichtigen, insbesondere bei der Auswahl der Prüfplätze, der abzusichernden System- und Funktionsanforderungen und der zeitlichen Einplanung der Testläufe im Entwicklungsprozess. Andererseits erhöhen immer kürzere Entwicklungszyklen und steigende Funktionsumfänge den Zeitdruck auf allen Prüfplätzen. Ein Entwicklungszyklus beinhaltet das Modellieren eines Systems und das Spezifizieren seines Testmodells, sowie die Codegenerierung und dessen Validierung sowohl auf dem Entwicklungscomputer als auch auf dem Zielprozessor. Die wesentliche Anforderung an die Validierung ist, dass sie so realitätsnah wie möglich erfolgen muss, so dass das Systemverhalten in Interaktion mit den anderen Steuergeräten eines Fahrzeugs überprüft werden kann. Dazu wird ein HiL-Simulator eingesetzt, welcher die Steuergeräte sowie die Sensoren als auch die Aktuatoren eines Fahrzeuges emuliert, so dass die Absicherung in einer virtuellen Umgebung durchgeführt werden kann. Es soll ein Framework erstellt werden, welches die Absicherung von Sicherheitselektronik in virtuellen Umgebungen mit formalen Methoden verifizieren und validieren soll.
  • GRK 1773: Heterogene Bildsysteme
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 2012-10-01 - 2017-03-31
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    Systeme zur Verarbeitung, Erzeugung und übertragung digitaler Bilder (Bildsysteme) unterliegen sehr oft harten Anforderungen an Rechenleistung, Latenz, Durchsatz und Kosten. Typische Beispiele sind die medi-zinische Bildverarbeitung, Computerspiele oder die Videokompression in Camcordern. Um diese Anforde-rungen zu erfüllen, werden oft dedizierte Hardware-Beschleuniger eingesetzt als auch Grafikprozessoren (GPUs) oder digitale Signalprozessoren (DSPs). Die entstehenden Bildsysteme sind in zweierlei Hinsicht heterogen. Zum einen ist innerhalb eines Systems die Berechnung auf mehrere verschiedenartige Kompo-nenten verteilt, zum anderen gibt es eine große, heterogene Menge an Architekturen, auf denen unter-schiedliche Bildanwendungen laufen können und sollen. Beide Arten von Heterogenität führen nun zu sehr interessanten und wichtigen Forschungsfragestellungen, die in dem Graduiertenkolleg erforscht werden sollen. Dies betrifft im Wesentlichen drei Bereiche: dedizierte Hardware-Architekturen für Bildsysteme, Werkzeuge und Methoden für die Programmierung heterogener Bildsysteme, sowie Anwendungen und Algorithmen für heterogene Bildsysteme. Bildsysteme haben in Forschung und Praxis eine große Bedeutung. Ihre Planung, Entwicklung und Reali-sierung erfordert themenübergreifendes und interdisziplinäres Wissen zu Soft- und Hardware, Methoden- und Werkzeugentwurf, sowie zur Algorithmenentwicklung. Das Thema eignet sich daher hervorragend für ein Graduiertenkolleg, gerade am Standort Erlangen. Die Doktoranden des Kollegs erhalten in ihrem Studi-enprogramm eine breit gefächerte Ausbildung, die anschließend in der Dissertation in speziellen Problem-stellungen vertieft wird. Postdoktoranden mit größerem fachlichen überblick bilden eine fachliche Klammer. Sie qualifizieren sich interdisziplinär, sammeln aber vor allem auch Lehrerfahrung. Die bereits bestehende tiefe Verankerung der Thematik in der Lehre ermöglicht die Einbeziehung begabter Studenten in das For-schungsprogramm. Schließlich bietet Erlangen ein industrielles Umfeld, das durch eine direkte Beteiligung am Graduiertenkolleg wichtige Impulse für die Forschung liefern wird, aber auch von neuen Ideen aus dem Graduiertenkolleg sowie hochqualifizierten Absolventen profitieren wird.
  • Hybride Simulation intelligenter Energiesysteme
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg
    Laufzeit: 2011-10-01 - 2016-12-31
    Mittelgeber: Bayerische Staatsministerien
    Entwicklung des Simulationsbaukastens i7-AnyEnergy für vernetzte intelligente Energiesysteme. Dazu werden Methoden wie die diskrete Ereignissimulation (z.B. für Verbraucher-, Wetter- und Steuermodelle) und System Dynamics Modelle (z.B. für Energie- und Kostenflüsse) in einem Simulationsmodell verbunden. Er stellt vorgefertigte Komponenten zur Verfügung, aus denen komplexere Energiesystemmodelle flexibel zusammengesetzt werden. Aus den Basiskomponenten für den Energiebedarf (elektrisch und thermisch), für die Energiewandlung (z.B. Gasheizung, Kraft-Wärme-Kopplung mit Brennstoffzellen), für erneuerbare Energien (Photovoltaik), für die Energiespeicherung (Batterien, chemische Speicher), sowie für die Steuerung können Hausmodelle erstellt und zu Verbünden mit einem gemeinsamen Wettermodell und einem Kommunikationsnetz gekoppelt werden.
  • ProHTA – Prospective Health Technology Assessment
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Spitzencluster Medical Valley, Verbund Horizontale Innovationen
    Laufzeit: 2011-01-01 - 2015-03-31
    Mittelgeber: BMBF / Spitzencluster
    Ziel des Vorhabens ‚Prospective Health Technology Assessment Medical Valley EMN' (ProHTA) ist die Einrichtung einer wissenschaftlichen Dienstleistungsplattform zur Bewertung innovativer Gesundheitstechnologien bereits im Vorfeld ihrer Markteinführung. ProHTA beschreibt 1.) die Wirkung neuer Technologien und Produkte auf die Qualität der Versorgung und die Versorgungskosten; 2.) Effizienzpotentiale innerhalb der Versorgungsketten, die mit Hilfe neuer Technologien und Produkten gehoben werden können. Die Medizintechnik zeichnet sich durch eine hohe Innovationsgeschwindigkeit aus. Für Unternehmen ist es deshalb wichtig, bereits in der Frühphase des Innovationsprozesses zu verstehen, welche Wirkung die Einführung neuer technologischer Innovationen auf den Gesundheitsversorgungsprozess hat und welche Implikationen sich für das Gesundheitssystem als Ganzes ergeben. Dazu wird ProHTA das für das prospektive Einschätzung notwendige Wissen über Akteure, Prozesse, Effekte und Vergütungen bündeln und formalisieren sowie Werkzeuge zur Simulation als Basis weitergehender Analysen schaffen. Durch Integration zwischen Technologie und Prozessen in modellierten Szenarien können die resultierenden Effekte auf die einzelnen Akteure im Gesundheitssystem aus der Kosten und Nutzenperspektive dargestellt und bewertet werden. Daraus können Schlussfolgerungen u.a. für die Weiterentwicklung der Innovationen und für den regulativen Anpassungsbedarf (z.B. Versorgungslücken, Vergütungssituation, Anreizmechanismen) der Rahmenbedingungen im Gesundheitssystem getroffen werden.
  • Requirements oriented testing with Markov chain usage models in the automotive domain
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 2008-11-01 - 2011-10-31
    Mittelgeber: Industrie
    As a result of the integration of increasingly elaborate and distributed functionality in modern automobiles the amount of installed electronic and software continuously grows. The associated growth in system complexity makes it inevitable that the test methods used for verification and validation keep pace with this development. Nowadays the test routine in industry usually requires each test case to be crafted manually by a test designer. The test case execution itself and test result evaluation usually are performed in an automated manner. This procedure has many drawbacks, as the crafting of single test cases is apparently awkward and error-prone and it is impractical to calculate test management criteria such as test coverage. Within this project a method is developed that overcomes these drawbacks. Markov chain usage models (MCUM) constitute the central role within this project. MCUMs are employed to describe the possible usage of the System-under-test and to derive test cases from them. On the one hand the integration of MCUMs makes it possible to develop methods to integrate test requirements formally, as to improve traceability. On the other hand they provide the basis to incorporate algorithms or strategies that allow the generation of test cases fitting to various test requirements in the automotive domain. These comprise e.g. different coverage criteria under usage or system oriented aspects. Moreover established methods exist that allow the calculation of dependability measures based on results obtained from test cases automatically generated from MCUMs. Also the test planning can be supported by indicators that are derived during the test process. The project aims for developing a method to describe test requirements formally by building a model. This model allows the derivation of test suites considering various testing aims and constraints. The tools themselves should form a part of the ITF (Integrated Testing Framework) and the process extend the current one described by EXAM and employed within the Volkswagen AG.
  • WinPEPSY-QNS - Performance Evaluation and Prediction System for Queueing Networks
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 2004-11-01 - 2005-12-31
    In einer Kooperation mit dem Lehrstuhl 4 (Verteilte Systeme und Betriebssysteme) wird das Warteschlangenanalysetool WinPEPSY-QNS (Windows Performance Evaluation and Prediction System for Queueing Networks) entwickelt. Als Analyseverfahren dienen u.a. die Mittelwertanalyse (MVA) und die Methode von Marie. Zur Validierung und zur Analyse von Nichtproduktformnetzen wird eine Simulationskomponente in WinPEPSY-QNS integriert. Außerdem wird zur Analyse von offenen Produktformnetzen die Jacksonmethode und für offene Nichtproduktformnetzen eine Dekompositionsmethode implementiert. Hervorzuheben ist die Möglichkeit, die Ergebnisse tabellarisch oder in graphischer Form sehr übersichtlich darzustellen und in einfacher Weise auch umfangreiche Experimente für ein gegebenes Warteschlangennetz durchzuführen.

    Die im Projekt Analysemethoden für nicht-Markowsche Modelle entwickelten Analysemethoden für Warteschlangennetze mit allgemeinen Verteilungen sollen in WinPEPSY-QNS integriert werden. Sie erlauben die approximative Analyse von Nichtproduktformnetzen auf Grundlage der Methode der zusätzlichen Variablen oder der Modellierung durch Phasentypverteilungen und vermeiden das Problem der Zustandsraumexplosion. Wartesysteme mit beliebigen Verteilungen der Bedienzeiten und Zwischenankunftszeiten können so analysiert werden. Ein Schwerpunkt soll dabei auf Heavy-tailed-Verteilungen und die deterministische Verteilung gelegt werden. Damit soll es möglich sein, den Einfluss von Verfahren und Systemen zur Geheimhaltung, zur Authentifizierung, Gewährleistung der Integrität, sowie zur Anonymisierung auf die Leistung (Durchsatz und Verzögerung) durch Wartesysteme zu untersuchen.

  • Analysemethoden für nicht-Markowsche Modelle
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 2001-11-01 - 2004-10-30
    Traditionelle Ansätze zum Lösen nicht-Markowscher Modelle nutzen Phasentyperweiterungen, wenden das Verfahren der zusätzlichen Variablen an oder konstruieren eine eingebettete Markow-Kette. Alle drei Ansätze wurden auch im Zusammenhang mit Warteschlangennetzwerken und stochastischen Petri-Netzen untersucht. Der Ansatz der Phasentyperweiterung leidet unter der Vergrößerung des Zustandsraums, während die Methode der zusätzlichen Variablen und die der Konstruktion der eingebetteten Markow-Kette grundsätzlich erfordern, dass nicht-exponentiell zeitgesteuerte Aktivitäten nicht gleichzeitig auftreten können. Treten diese gleichzeitig auf, so hat dies mehrdimensionale Differentialgleichungssysteme zur Folge, die schwer zu lösen sind. Um diese Probleme zu vermeiden müssen effizientere Techniken zur Leistungsbewertung von Computernetzwerken, wie Web-Server oder Netzwerke von eingebetteten Systemen, entwickelt werden. In solchen Systemen können für Aktivitäten Zeitdauern mit großen Varianzen (Dateiübertragungen) sowie deterministische Zeitdauern (Sicherheitsaspekte) auftreten.

    Wir haben zwei neue Ansätze entwickelt, um die Modelle zur Leistungsbewertung solcher Systeme näherungsweise auszuwerten zu können. Der erste Ansatz basiert auf dem Verfahren der zusätzlichen Variablen, der zweite auf den Phasentyperweiterungen. Derzeit verbessern wir diese Ansätze und es ist geplant, sie für die Lösung großer nicht-Markowscher Modelle kombinieren. In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl 4 (Verteilte Systeme und Betriebssysteme) wurde das Werkzeug WinPEPSY für die Leistungsbewertung und Vorhersage mittels Warteschlangennetzwerken entwickelt. Es enthält bekannte Analyseverfahren für offene und geschlossene Produktform und nicht-Produktform Netze (Mittelwert Analyse, Jackson Methode, Dekompositionsmethode, Simulation) und auch die neuen zustandsraumbasierten Analyseverfahren wurden integriert. In einer Kooperation mit der Telekommunikationslabor, Kommunikation, Elektronik und Informationstechnik Abteilung der Nationalen Technischen Universität von Athen wurden Simulationsmodelle für eingebettete Netzwerkprozessoren entwickelt. Das Ziel ist es, die oben erwähnten Verfahren zu verbessern, so dass auch die Leistungsbewertung für solche großen Modelle möglich ist.