Vernetzte Systeme

Im Fokusbereich Vernetzte System“ widmen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fachbereichs der intelligenten und komplexen Vernetzung elektrotechnischer, digitaler Systeme und schaffen so unter anderem die Grundlage für das Internet der Zukunft und „smarte“ Städte.

Aktuelle Forschungsfragen

  • Wie kommunizieren elektrotechnische Geräte wie etwa Computer und Smartphones intelligent miteinander und bilden so das Internet der Zukunft? Wir funktionieren sie „resilient“ und zuverlässig unter schwierigsten Bedingungen, wie etwas Katastrophenfällen?
  • Wir funktionieren sie „resilient“ und zuverlässig unter schwierigsten Bedingungen, wie etwas Katastrophenfällen?
Bild: SFB MAKI

Der Mensch konstruierte die Sprache, nicht etwa des Sprechens Willen, sondern um einen effizienten Informationsaustausch zwischen verschiedenen Personen zu ermöglichen. Wir entwickelten uns von Lauten zu Worten, von Worten zu sinnhaften Sätzen.

Der eine oder andere mag jedoch die Vielfalt an Austauschmöglichkeiten als Hindernis betrachten, etwa durch die Barrieren, die entstehen, wenn man nicht in derselben Sprache miteinander kommuniziert. Doch gerade die Existenz verschiedener Expressionen ermöglicht ein weites Repertoire an Bedeutungen, die womöglich durch eine einzelne Sprache nicht abgedeckt werden könnten.

So in etwa sieht es auch bei Kommunikationssystemen im Internet aus: Es entwickeln sich immer mehr Mechanismen, die einen Informationsaustausch ermöglichen, aber auch das kann Kommunikation erschweren.

Gerade die Vielfalt der Mechanismen und die mit diesen einhergehenden unterschiedlichen Technologien, werden immer unüberschaubarer. Beispiele sind hier etwa Bluetooth, LTE und Wi-Fi, die alle samt drahtlose Verbindungen ermöglichen, jedoch verschiedene Wege beanspruchen. So kann es vorkommen, dass Dienste genutzt werden, die vielleicht nicht die effizientesten sind, hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit, dem Kontext und ihrer Qualität. Viel besser wäre es, wenn jegliche Kommunikationsnetze aufeinander abgestimmt wären, sodass mehr Flexibilität, eine höhere Geschwindigkeit und ein automatisierter Ablauf realisierbar werden.

Das haben sich auch einige schlaue Köpfe gedacht, als sie das Forschungsvorhaben MAKI auf die Beine gestellt haben. MAKI steht für Multi-Mechanismen- Adaption für das künftige Internet.

Im Rahmen des Forschungsvorhaben ermitteln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fachbereichs etit, zusammen mit dem Fachbereich Informatik, eine Lösung, bei der gerade diese wachsende Dynamik wieder einen Vorteil für das zukünftige Internet darstellt. Der Hauptgedanke dabei ist, die verschiedenen Wege so zu nutzen, dass diese ihr volles Potenzial entfalten können. Indem Mechanismen aufeinander abgestimmt werden, können zum Beispiel unnötige Hindernisse in Form überlasteter Netze aus dem Weg geräumt werden.

Dabei spielt auch das “Wie” eine wichtige Rolle. Hier kommt ein Begriff aus der Informatik ins Spiel, nämlich die Transition. Wer nicht gerade zufällig Informatik studiert, wird hier wahrscheinlich eine fragende Braue heben. Aber so ganz unbekannt ist der Begriff dann doch nicht, denn er spielt auch in anderen Bereichen eine Rolle, wie etwa in der Politik oder Medizin. Welche das ist, verrät die Übersetzung “Überführung”.

Denken wir an dieser Stelle noch mal an das Beispiel der Sprachen: Die ungeheure Mannigfaltigkeit der unterschiedlichsten Ausdrücke stellt zunächst eine Hürde dar. Doch was wäre, wenn man immer genau die Bedeutung in ein Wort überführen könnte, aus all den Sprachen die existieren, welches den gesuchten Sinn perfekt wiedergibt?

Genau das wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit den verschiedenen Kommunikationsmechanismen im Netz machen. Durch Adaption an den jeweiligen Kontext, wollen sie für eine sinnhafte Überführung verschiedener Kommunikationsmechanismen sorgen, sodass diese geschmeidiger zusammenarbeiten und daher zu einem qualitativ höheren Erlebnis führen.

Wie sich das dann im Alltag zeigen könnte? Keine überlasteten Netze mehr, schneller Services, etwa im Sinne von Datenübertragungen, und das überall und zu jeder Zeit: Wir profitieren also alle davon!

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die Technische Universität Darmstadt

Zum 01. Januar 2013 hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) den Sonderforschungsbereich (SFB) 1053 MAKI – „Multi-Mechanismen-Adaption für das künftige Internet“ initial bewilligt. Der SFB wurde für zunächst vier Jahre mit insgesamt ca. 8 Millionen Euro gefördert.

Ab dem 01. Januar 2017 ging der SFB mit insgesamt etwa 11 Millionen Euro in die zweite durch die DFG genehmigte Phase. Die dritte Förderperiode mit einem Volumen von rund 15 Millionen Euro wurde ebenfalls von der DFG bewilligt und startete am 01. Januar 2021.

Mit Blick auf unsere moderne Arbeits- und Lebensweise in Städten wird schnell klar: Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) sind nicht mehr wegzudenken.

Finanzwesen, Verkehr und Logistik, Lebensmittel- oder Gesundheitsversorgung werden mithilfe von IKT organisiert und Stromnetze oder Wasserversorgung zunehmend mit IKT gesteuert. Auch Privathaushalte, Individualverkehr und Wirtschaft profitieren von den digitalen Infrastrukturen und werden verstärkt von diesen durchdrungen. So führen das Wachstum und die Technisierung von Städten zu komplexen, verwobenen Netzwerken, die für uns mittlerweile unverzichtbar sind.

Wenn Informations- und Kommunikationstechnologien die Kernbereiche unserer Gesellschaft vernetzen und steuern stellt sich jedoch schnell eine relevante Frage: Wie verlässlich sind die Systeme? Und wie sicher funktionieren sie auch in Krisen- oder Katastrophensituationen?

Im LOEWE-Forschungszentrum emergenCITY beschäftigen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von etit in interdisziplinären Forschungsteams mit genau dieser Problematik. Ziel von emergenCITY ist es, digitale Städte so resilient wie möglich zu gestalten, so dass sie in Notsituationen weiterhin funktionsfähig bleiben und zudem schnell wieder Normalität einkehren kann.

In den Projekt forschen insgesamt 70 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus verschiedenen Fachrichtungen Hand in Hand: Während Disziplinen wie Informatik, Elektro- und Informationstechnik und Maschinenbau an technischen Lösungen arbeiten, beschäftigen sich Architektur, Geschichts-, Politik- und Rechtswissenschaften mit den stadtplanerischen, sozialen, politischen und rechtlichen Aspekte von Krisensituationen und deren Bewältigung. Gemeinsam forschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von emergenCITY in den vier miteinander verzahnten Programmbereichen:

  • Stadt und Gesellschaft: Hier wird an historischen, politischen und sozialen Aspekten von Krisensituationen geforscht.
  • Information: Hier liegt der Fokus auf der Gewinnung von Informationen aus verschiedensten Datenquellen, für eine frühzeitige Krisenerkennung und ein schnelle Lageerfassung von Krisensituationen.
  • Kommunikation: Hier werden resiliente Informations- und Kommunikationssysteme entwickelt, die auch in Krisensituationen einen dezentralen Notfallbetrieb aufrechterhalten können.
  • Cyber-physische Systeme: Hier werden (halb-)autonome Roboterplattformen und Systeme für komplexe Notfall- und Rettungseinsätze konstruiert.

LOEWE-Forschungsförderprogramm

emergenCTIY ist eine Kooperation der Partneruniversitäten Technische Universität Darmstadt, Universität Kassel und Philipps-Universität Marburg und wird vom Forschungsförderungsprogramm des Landes Hessen (LOEWE) seit 2020 für zunächst vier Jahre mit rund 17,4 Millionen Euro gefördert.