Christian Sauer

• Manyindustrialautomationsolutionsusewirelesscommunicationandrelyontheavail- ability and quality of the wireless channel. At the same time the wireless medium is highly congested and guaranteeing the availability of wireless channels is becoming increasingly difficult. In this work we show, that ad-hoc networking solutions can be used to provide new communication channels and improve the performance of mobile automation systems. These ad-hoc networking solutions describe different communi- cation strategies, but avoid relying on networkManyindustrialautomationsolutionsusewirelesscommunicationandrelyontheavail- ability and quality of the wireless channel. At the same time the wireless medium is highly congested and guaranteeing the availability of wireless channels is becoming increasingly difficult. In this work we show, that ad-hoc networking solutions can be used to provide new communication channels and improve the performance of mobile automation systems. These ad-hoc networking solutions describe different communi- cation strategies, but avoid relying on network infrastructure by utilizing the Peer-to- Peer (P2P) channel between communicating entities. This work is a step towards the effective implementation of low-range communication technologies(e.g. VisibleLightCommunication(VLC), radarcommunication, mmWave communication) to the industrial application. Implementing infrastructure networks with these technologies is unrealistic, since the low communication range would neces- sitate a high number of Access Points (APs) to yield full coverage. However, ad-hoc networks do not require any network infrastructure. In this work different ad-hoc net- working solutions for the industrial use case are presented and tools and models for their examination are proposed. The main use case investigated in this work are Automated Guided Vehicles (AGVs) for industrial applications. These mobile devices drive throughout the factory trans- porting crates, goods or tools or assisting workers. In most implementations they must exchange data with a Central Control Unit (CCU) and between one another. Predicting if a certain communication technology is suitable for an application is very challenging since the applications and the resulting requirements are very heterogeneous. The proposed models and simulation tools enable the simulation of the complex inter- action of mobile robotic clients and a wireless communication network. The goal is to predict the characteristics of a networked AGV fleet. Theproposedtoolswereusedtoimplement, testandexaminedifferentad-hocnetwork- ing solutions for industrial applications using AGVs. These communication solutions handle time-critical and delay-tolerant communication. Additionally a control method for the AGVs is proposed, which optimizes the communication and in turn increases the transport performance of the AGV fleet. Therefore, this work provides not only tools for the further research of industrial ad-hoc system, but also first implementations of ad-hoc systems which address many of the most pressing issues in industrial applica- tions.…
• Viele industrielle Automatisierungslösungen verwenden drahtlose Kommunikations- systeme und sind daher auf die Verfügbarkeit und Qualität des drahtlosen Kanals an- gewiesen. Gleichzeitig ist das drahtlose Medium stark belastet und die Gewährleis- tung der Verfügbarkeit der drahtlosen Kanäle wird zunehmends herrausfordernder. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass Ad-hoc-Netzwerklösungen genutzt werden können, um neue Kommunikationskanäle bereitzustellen und die Leistung von mobilen Au- tomatisierungssystemen zu verbessern. DieseViele industrielle Automatisierungslösungen verwenden drahtlose Kommunikations- systeme und sind daher auf die Verfügbarkeit und Qualität des drahtlosen Kanals an- gewiesen. Gleichzeitig ist das drahtlose Medium stark belastet und die Gewährleis- tung der Verfügbarkeit der drahtlosen Kanäle wird zunehmends herrausfordernder. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass Ad-hoc-Netzwerklösungen genutzt werden können, um neue Kommunikationskanäle bereitzustellen und die Leistung von mobilen Au- tomatisierungssystemen zu verbessern. Diese Ad-hoc-Netzwerklösungen können un- terschiedliche Kommunikationsstrategien bezeichnen. In all diesen Strategien wird der Peer-to-Peer (P2P)-Kanal zwischen zwei kommunizierenden Systemen verwendet statt Netzwerk-Infrastruktur. Diese Arbeit ist ein Schritt hin zur effektiven Implementierung von Kommunikations- technologien mit geringer Reichweite (z.B. Visible Light Communication (VLC), Radar- kommunikation, mmWave-Kommunikation) in der industriellen Anwendung. Die Im- plementierung von Infrastrukturnetzen mit diesen Technologien ist unrealistisch, da die geringe Kommunikationsreichweite eine hohe Anzahl von Access Points (APs) er- fordern würde um eine flächendeckende Bereitstellung von Kommunikationskanälen zu gewährleisten. Ad-hoc-Netzwerke hingegen benötigen keine Netzwerkinfrastruk- tur. In dieser Arbeit werden verschiedene Ad-hoc-Netzwerklösungen für den industri- ellenAnwendungsfallvorgestelltundWerkzeugeundModellefürderenUntersuchung vorgeschlagen. Der Hauptanwendungsfall, der in dieser Arbeit untersucht wird, sind Fahrerlose Trans- portSysteme (FTS) (fortführend als Automated Guided Vehicles (AGVs)) für industri- elle Anwendungen. Diese FTS fahren durch die Produktionsanlage um Kisten, Waren oder Werkzeuge zu transportieren oder um Mitarbeitern zu assistieren. In den meisten Implementierungen müssen sie Daten mit einer Central Control Unit (CCU) und unter- einander austauschen. Die Vorhersage, ob eine bestimmte Kommunikationstechnologie für eine Anwendung geeignet ist, ist sehr anspruchsvoll, da sowohl Anwendungen als auch Anforderungen sehr heterogen sind. Die präsentierten Modelle und Simulationswerkzeuge ermöglichen die Simulation der komplexen Interaktion von mobilen Robotern und drahtlosen Kommunikationsnetz- werken. Das Ziel ist die Vorhersage der Eigenschaften einer vernetzten FTS-Flotte. Mit den vorgestellten Werkzeugen wurden verschiedene Ad-hoc-Netzwerklösungen für industrielle Anwendungen mit FTS implementiert, getestet und untersucht. Die- se Kommunikationssysteme übertragen zeitkritische und verzögerungstolerante Nach- richten. Zusätzlich wird eine Steuerungsmethode für die FTS vorgeschlagen, die die KommunikationoptimiertunddamiteinhergehenddieTransportleistungderFTS-Flotte erhöht. Dieses Werk führt also nicht nur neue Werkzeuge ein um die Entwicklung in- dustrieller Ad-hoc Systeme zu ermöglichen, sondern schlägt auch einige Systeme für die kritischsten Kommunikationsprobleme industrieller Anwendungen vor.…