Menu Zavřeno

DP TN02000067-005 – Komunikační systémy

Hlavní řešitel: doc. Ing. Petr Fiedler, Ph.D., Vysoké učení technické v Brně
Kontakt: fiedlerp@vut.cz

Dílčí projekt Komunikační technologie implementuje záměry NCK v oblasti technologií přenosu dat, sběru dat a jejich zabezpečení. V rámci dílčího projektu budou formou průmyslového výzkumu a experimentálního vývoje v synergii mezi výzkumnými institucemi a průmyslovými partnery vznikat nové výstupy v podobě softwarových knihoven, softwaru, funkčních vzorků, prototypů  a užitných vzorů. V oblasti heterogenních systémů pro průmyslový internet věcí (Industrial Internet of Things, IIoT), Průmysl 4.0 (Industry 4.0) a inteligentní sítě (Smart Grids) se projekt zaměřuje na bezdrátové komunikační technologie a protokoly, které budou implementovány v koncových zařízeních, komunikační infrastruktuře a nástrojích pro management a vzdálenou správu. Z pohledu komunikačních technologií bude pozornost soustředěna zejména na využití a rozvoj technologií Low-Power Wide-Area (LPWA), které byly speciálně navrženy pro specifické scénáře IIoT. V rámci projektu budou navržena zcela nová zařízení pro ověřování komunikačních parametrů jak s využitím licenčních (NB-IoT, LTE Cat-M), tak bezlicenčních (SigFox, LoRaWAN) technologií pro bezdrátový přenos dat. Klíčovým faktorem je zařazení technologií NB-IoT a LTE Cat-M jako zástupců tzv. 5G-IoT, což představuje pro koncové zákazníky (zejména distributory energií) jistotu podpory technologií v rámci 20 až 30 let. Z tohoto důvodu budou jedním výsledkem ruční testery, které umožní distribučním společnostem ověření vhodnosti jednotlivých technologií LPWA na konkrétních místech (vybraných lokalitách, které jsou nepřístupné pro měření pro osoby mimo vybranou organizaci). Pro řádné otestování budou další výsledek projektu reprezentovat generátory dat, které budou emulovat předpokládaný datový provoz z fyzických koncových zařízení jednotlivých distribučních společností.

V rámci komunikační infrastruktury budou navržena komunikační schémata pro zabezpečený přenos dat z koncových zařízení (elektroměry, vodoměry, plynoměry či jiné měřiče fyzikálních veličin). Navržená schémata budou reflektovat požadavky na bezpečnost dané Národním úřadem pro kybernetickou bezpečnost (NÚKIB) a budou využívat HW podporu protokolů (IPSec, TLS) u vybraných komunikačních modulů.

S celosvětovým rozmachem sítí 5. generace (5G), využitím vyšších přenosových frekvencí a vývojem fotonických čipů se kladou stále vyšší nároky na integraci elektroniky a fotoniky. Jsou to právě milimetrové technologie, operující v řádech desítek GHz, které hrají pro 5G klíčovou roli pro poskytnutí dostatečné šířky pásma a dalších aspektů sítí 5G.

V oblasti kybernetické bezpečnosti v prostředí datových komunikací se dílčí projekt zaměřuje na výzkum nových šifrovacích mechanismů a vývoj softwarové knihovny, která bude využitelná v široké škále zařízení IoT pro zabezpečení vzájemné komunikace od průmyslových (IIoT) po spotřebitelské (CIoT) zařízení. Cílem je zvýšit ochranu přenášených dat před jejich zneužitím.

V oblasti integrace se dílčí cíl zaměřuje na vytvoření komunikačního rozhraní mezi inteligentní bezdrátovou komunikační platformu IQRF a standardizovanými průmyslovými protokoly pro automatizaci. Základní motivací je umožnit použití bezdrátové MESH topologie v průmyslu, kde se uplatní její hlavní výhody jako je robustnost komunikace, odolnost vůči rušení a výborná prostupnost ve vnitřních prostorách, tedy vlastností, které jsou právě pro průmyslové aplikace klíčové. Díky rigidnosti průmyslových standardů však není možné bezdrátovou technologii integrovat přímo, ale je potřeba vytvořit novou komunikační bránu. Díky naprosto rozdílnému přístupu ke komunikačnímu médiu (IQMESH využívá TMDA, zatímco v průmyslu se jedná především o Real-Time systémy) se nejedná o pouhý překlad mezi dvěma různými protokoly. Je potřeba vytvořit virtuální obraz bezdrátové MESH sítě, který bude schopen reprezentace bezdrátové sítě a zároveň poskytovat a garantovat nezbytné parametry průmyslového standardu.

Součástí dílčího projektu je pak výzkum a vývoj autentizačního řešení na bázi technologií NFC, IoT a cloudových služeb, které je sice primárně určené pro nasazení v dopravních systémech a vozidlech městské hromadné dopravy, avšak bude použitelné i ve stacionárních aplikacích a vývoj senzorů pro nasazení v oblastech monitorování životního prostředí a systémech včasného varování a mapování aktuálního stavu prostředí při incidentech, vhodných pro městské oblasti nebo zalidněné oblasti s blízkou průmyslovou infrastrukturou (záplavy, chemické zamoření, kouř, zvýšená radiační aktivita…)

Cíle a aktivity:

V rámci dílčího projektu TN0200067/005 budou vznikat nové výstupy v podobě softwarových knihoven, softwaru, funkčních vzorků, prototypů  a užitných vzorů, výzkum a vývoj je zaměřen na dosažení následujících cílů:

  • Implementace komunikační technologie 5G-IoT pro průmyslové snímače fyzikálních veličin (s primárním zaměřením na měření tlaku);
  • Snímače fyzikálních veličin komunikující  pomocí technologií 5G-IoT s primárním zaměřením na aplikace v oblastech monitorování životního prostředí a systémech včasného varování (záplavy, chemické zamoření, kouř, zvýšená radiační aktivita…);
  • Využití aplikačních protokolů IoT pro přenos dat ze snímačů a systémů do cloudových úložišť;
  • Cloudový dohledový systém pro víceúrovňovou správu IoT zařízení;
  • Bezpečné nízkopříkonové bezdrátové komunikační technologie IQRF;
  • Virtualizace bezdrátové sítě IQMESH  a překlad mezi komunikačními protokoly;
  • Radiooptické  přenosové systém v analogovém režimu založený na technologii radio over fiber  a problematika fotonické generace mmW signálů pro přenos v sítích 5G.

Plánované výstupy a jejich komerční uplatnění:

Komerční uplatnění výsledků DP bude probíhat jednak prostřednictvím firem přímo zapojených do realizace DP, dále pak i prostřednictvím ostatních průmyslových a komerčních partnerů zapojených v NCK. V neposlední řadě se předpokládá také prodej licencí, služeb nebo produktů na bázi vytvořených výsledků externím subjektům. Vyvíjené technologie spadající pod IIoT nebo CIoT, které zajišťují zásadní kvalitativní zlepšení stávajícího sortimentu z produkce komerčních partnerů, mají mimořádně široké uplatnění při monitorování, sběru dat a řízení v průmyslu, v komerčních i obytných budovách, v dopravních systémech i ve zdravotnictví. Komercializační potenciál vyvíjené bezpečné nízkopříkonové bezdrátové komunikační technologie IQRF pokrývá široké spektrum průmyslových odvětví od domácí automatizace, přes automatizaci průmyslových budov, až po subsystémy sběru dat v inteligentních městech. Specifickou aplikační oblastí je implementace této bezdrátové komunikační platformy do zdravotnických a pečovatelských lůžek v rámci komercializace ve zdravotnictví.

V rámci dílčího projektu budou vytvořeny a nabízeny průmyslové snímače fyzikálních veličin (s primárním zaměřením na měření tlaku). Naměřená data budou zasílána pomocí technologií 5G-IoT s využitím aplikačních protokolů IoT do cloudového úložiště, kde bude následně provedena analýza dat a jejich vizualizace. Ve spolupráci VUT a BD Sensors bude vytvořen funkční vzorek pro přenos dat s využitím komunikačních technologií 5G-IoT, který bude připraven k následné komercionalizaci. Konkrétně budou využity komunikační moduly 5G dle 3GPP Rel. 15+ umožňující komunikaci v úzkém frekvenčním pásmu (sub-GHz), kdy se předpokládá dosažení vylepšené efektivity/nárůstu spektrální výkonové hustoty a výrazného snížení proudové spotřeby jak v aktivním, tak zejména v pasivním režimu (režimu spánku). Vyvinuté zařízení bude fungovat také jako základ pro tvorbu dalších produktů v rámci portfolia BD Sensors.

Významným výsledkem dílčího projektu bude průmyslová brána, která umožní propojení zařízení (typicky senzor nebo aktuátor) komunikující v bezdrátové síti topologie MESH se standardizovanými průmyslovými protokoly pro automatizaci. Jádrem tohoto řešení bude virtualizace bezdrátové sítě IQMESH  a překlad mezi komunikačními protokoly. Hlavní náplň VaV aktivit bude spočívat především ve výzkumu a vývoji SW řešení, přičemž počítáme s možností využití existujícího komerčního HW, ale i s vývojem nového. Toto inovativní řešení umožní propojit dva zcela odlišné světy z oblasti IoT komunikace a průmyslové automatizace a tak rozšířit možnosti současných řešení v této oblasti. Komercionalizace výsledku je postavená jednak na prodeji samotné IQRF průmyslové brány a softwarových licencí, nicméně zásadní přínos tohoto výsledku spočívá v otevření zcela nového segmentu pro MICRORISC s. r. o.  tím i zvýšení prodeje navazujících produktů.

V rámci dílčího projektu budou rovněž vyvíjeny senzory různých fyzikálních veličin, komunikující  pomocí technologií 5G-IoT s primárním cílem jejich nasazení v oblastech monitorování životního prostředí a systémech včasného varování a mapování aktuálního stavu prostředí při incidentech, vhodných pro městské oblasti nebo zalidněné oblasti s blízkou průmyslovou infrastrukturou (záplavy, chemické zamoření, kouř, zvýšená radiační aktivita…). V navazujícím dílčím projektu pak bude s komerčním partnerem vyvinut systém cloudového úložiště, kde bude následně provedena analýza dat a jejich vizualizace.  Komercionalizace je proto předpokládána v rámci spolupráce aktuálních i případně pozdějších partnerů projektu začleněním senzorů do portfolia jejich produktů a vytvořením navazujících služeb.

V rámci dílčího cíle rovněž bude vyvinut a otestován cloudový monitorovací systém a jeho jednotlivé komponenty, komercionalizace vyvinutého řešení – zavedené technologie – bude probíhat prostřednictvím firmy Aria Pura, s.r.o, kde se toto řešení stane součástí produktového portfolia, vzhledem k očekávané univerzálnosti a flexibilitě nového řešení se očekává i případný prodej licencí k tomuto řešení. Klíčové části řešení budou chráněny užitným vzorem a v rámci navazujícího projektu bude autorský tým usilovat o získání patentové ochrany.

Podobně u in-mold a 3D tiskových technik budou respektovány technické možnosti společnosti 3Dees Industries s.r.o. Výrobky budou navrženy, testovány a realizovány v souladu s aktuálními požadavky v oblasti automotive a health care aplikacích.

  • 1x užitný vzor a následný patent: Technologie integrující snímač a elektroniku umožňující autentizaci produktů
  • 1x oveřenou technologii: Cloudový dohledový systém
  • 7x prototyp
  • 2x funkční vzorek
  • 2x publikace
  • 2 x software