Fraunhofer IIS Institut f. Integrierte Schaltungen

Die Lokalisierung von Personen und Objekten wird besonders für aktuelle und zukünftige IoT-Anwendungen immer relevanter.  Kommunikationstechnologien mit der Möglichkeit zur Lokalisierung bieten hierfür oft den entscheidenden Mehrwert.

Durch die Kombination der Fraunhofer Lokalisierungskompetenz locadis und gängigen Kommunikationstechnologien ist es möglich die hohen Anforderungen von IoT-Lokalisierungslösungen zu bedienen.

Locadis® - Taking Positioning to the next Level

Locadis ist eine feldstärkenbasierte Lokalisierungstechnologie für zellulare Kommunikationsnetze. Auf Basis von erhobenen Referenzwerten ist eine präzise Lokalisierung im Innen- und Außenbereich möglich. Das durch Patent geschützte Verfahren kommt als softwarebasierte Lösung in vielen Umfeldern zum Einsatz.

Die infrastrukturbasierte Ortung locadis ist für bestehende Kommunikationstechnologien wie WLAN, BLE, MIOTY oder 5G geeignet.

Besonders für bestehende IoT-Netze kann die Lokalisierung einfach und kostengünstig integriert werden.

Ortung in Massive IoT-Netzen

Der Einsatz von locadis ist besonders für Anwendungen geeignet, bei denen Sicherheit, Datenintegrität und ein massive Multi-Node Betrieb gefordert wird.

Mit locadis lässt sich sowohl eine flächendeckende, kontinuierliche Ortung für Heatmaps, Trajektorien oder Wegeführung realisieren als auch eine punktuelle Ortung für Führungen, Entfluchtung oder Notrufe ermöglichen.

Durch die Kombination der locadis Technologie mit verschiedenen Kommunikationstechnologien ist es somit möglich aktuelle und zukünftige IoT-Lokalisierungslösungen im Bereich Smart City und Industrial IoT zu bedienen.

Unter dem Thema IoT-based Process Management bearbeitet das Fraunhofer IIS Projekte zur Nutzung von IoT-Daten (Internet of Things) zur Analyse und Steuerung räumlich verteilter Prozesse in der Produktion und Logistik. Dabei ermöglichen Verfahren der Prozesserfassung auf Basis von IoT-Systemen eine umfassende Sicht auf Abläufe physischer Prozesse und geben die Datengrundlage für Methoden des Process Mining zur Prozessanalyse, Prozesssteuerung sowie Prozessoptimierung.

IoT-Devices als Datenquelle für Process Mining

Die automatisierte Echtzeit Datenerfassung während der Prozessausführung erfolgt durch IoT-Technologien, wodurch große Mengen an Sensordaten entstehen. Durch modellbasierte oder KI-basierte Generierung von Ereignissen werden daraus prozessrelevante Informationen extrahiert. Anschließend erfolgt mit Techniken des Process Minings die Analyse der Abläufe, die Erkennung von Abweichungen oder die Identifikation von Optimierungspotenzialen innerhalb der betrieblichen Prozesse. Nach Ableitung von Handlungsempfehlungen erfolgt eine Rückkopplung in den Prozess. Es wird eine automatisierte Produktionsplanung auf Basis objektiver Daten ermöglicht. IoT-Devices wie Smarte Tags, RTLS oder Wearables bieten eine effizientere Aufgabenbearbeitung und neuartige Interaktionsmöglichkeiten zur Prozesssteuerung.

Die Forschung am Fraunhofer IIS umfasst dabei sowohl die Anwendung als auch die technologische Entwicklung folgender Themen:

• Nutzung von IoT-Devices als Datenquelle in physischen Prozessen
• Prozessschritt- und Ereigniserkennung durch modellbasierte oder KI-basierte Verfahren
• Process Mining
• Rückkopplung in den Prozess durch IoT-Devices
• Dezentrale Prozesssteuerung durch die IoT-Devices

Prozessschritterfassung kleinteiliger Keramikfertigung durch IoT-Devices

Bei KMU‘s übliche kleinteilige manuelle Produktionsabläufe bestehen aus vielen räumlich verteilten Prozessschritten und stellen hohe Anforderungen an die Materialflusssteuerung dar. Im Projekt INWIPRO wird der Fertigungsfortschritt mit Hilfe von Smart Tags in Echtzeit überwacht und dadurch eine durchgängige Fertigungsplanung flexibel und effizient gesteuert. Die Smart Tags begleiten die Fertigungsstücke durch die gesamte, mehrwöchige Produktion. Dabei werden aktuelle Orts-, Umgebungs-und vor Allem Prozessstandinformationen erhoben. Hierdurch kann eine optimierte Fertigungsplanung erfolgen, die Prozesse an geänderte Umstände, wie zum Beispiel Maschinenausfälle, anpasst und Prozessschritte durch neue Interaktionsmöglichkeiten steuert.

Mehr Informationen unter: https://www.iis.fraunhofer.de/de/ff/lv/dataanalytics/tech/process-mining.html

Moderne Hybridradios schalten automatisch zwischen analogem UKW, digitalem DAB+ und Internetstreams hin und her. Sie suchen immer die beste Empfangsquelle für ein Radioprogramm und bieten so einen störungsfreien Hörgenuss für unterwegs. Regionale Lieblingsprogramme lassen sich auf diese Weise auch außerhalb des jeweiligen Sendegebiets weiterhören.

 Die Integration von Fraunhofer Softwarekomponenten ermöglicht diese Hybridfunktion in Infotainmentsystemen. Sie machen Radioplattformen flexibel für verschiedene Märkte oder Fahrzeugklassen und garantieren zudem eine kompromisslose Audio-Qualität. Komplettiert wird die Softwarelösung für hybride Autoradios durch Daten-Decoder, die neben dem Audioprogramm auch Bilder, Textmeldungen und weitere Zusatzinformationen liefern.

Hierfür bietet das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS eine Full-Stack-Lösung: von der Basisband-Decodierung bis zur Audiowiedergabe inklusive einem webbasierten User-Interface.

Diese Implementierung ermöglicht eine parallele Verarbeitung mehrerer Eingangspfade in Echtzeit sowie den Zugriff über Low- und High-Level-Schnittstellen (C++ und REST-API) auf die entsprechenden Komponenten. Zusätzlich umfasst die Hybridradio-Implementierung einen Client für IP-basiertes Streaming.

Leistungseffiziente Vernetzung im Auto für Datenraten bis 16 Gbit/s

Mit einem neuen Highspeed Link können Datenraten bis 16 Gbit/s über ein einfaches Kupferkabel von 15 m Länge in Echtzeit übertragen werden. Der Elektronikbaustein eignet sich besonders für hochbitratige Datenströme mit Echtzeitanforderungen in Fahrerassistenzsystemen mit Machine Vision, aber auch für die Anbindung mobiler Endgeräte sowie für Multimedia-Anwendungen im Fahrzeug.

Diese Anwendungen benötigen einen hohen Datendurchsatz auf einem einfachen, leichten und günstigen Kupferkabel bei niedrigem Stromverbrauch und geringer Laufzeit der Daten. Der neue Physical Layer überträgt 16 Gbit/s über ein einzelnes Twisted-Pair-Kabel von bis zu 10m Länge oder ein Koax-Kabel von bis zu 15m und verbraucht dabei weniger als ein Watt pro Sender- und Empfängerpaar. Die minimale Laufzeit stellt Videodaten für die Machine Vision-Anwendungen und Mensch-Maschine-Interaktion in Echtzeit zur Verfügung. Das universelle Design dieser Entwicklung ermöglicht die effektiv gleichzeitige Übertragung unterschiedlichster Inhalte mit verschiedenen Anforderungen und erlaubt so die Übertragung bisher paralleler Verbindungen über ein Kabel.

Ähnliche Anforderungen finden sich in der Fertigungsautomatisierung und Robotik, z.B. im Bereich Umfelderkennung und Materialprüfung, in der Medizintechnik sowie beim Broadcasting mit mehreren Kameras/HD-Video-Strömen.

Eine Evaluierungs- und Testplattform des 16 Gbit/s Physical Layers zeigen die Wissenschaftler auf der embedded world in Halle 4, Stand 4-460.

Entwicklung intelligenter Sensormodule für mobiles Monitoring

Wir am Fraunhofer IIS entwickeln individuelle Lösungen für Sensorik und Analyse von physiologischen Parametern. Für die Erfassung der physiologischen Parameter nutzen wir z.B. Elektroden, Atmungsbänder oder kapazitive Sensorik. Damit unsere diskreten Sensormodule Vitaldaten im mobilen Alltag erfassen und in Echtzeit analysieren können, setzen wir auf Low-Power-Konzepte sowie auf robuste Algorithmen für Embedded Systems . Die miniaturisierte anwendungsnahe Integration, z.B. in Textilien, Möbeln oder Fahrzeugen, erlaubt eine mobile und angenehme Datenaufnahme passend zum Anwendungsszenario. Für die Analyse der aufgenommenen Biosignale bereiten wir diese auf und berechnen charakteristische Kennwerte, wie Herzrate oder Herzratenvariabilität.

Als eine der führenden IC-Design-Einrichtungen in Europa erarbeiten wir maßgeschneiderte Lösungen für die sich stets weiterentwickelnden Anforderungen der Industrie. Da wir technologie- und herstellerunabhängig aufgestellt sind, können wir unseren Kunden optimale Lösungen anbieten. Unser Fokus liegt auf der Entwicklung von Mixed-Signal ASICs, intelligenten integrierten Sensorsystemen sowie auf Designlösungen für zunehmend komplexer werdende elektronische Systeme. Ob für Industrie, Kommunikation, Automotive oder andere Anwendungsbereiche – wir begleiten Sie von der Idee bis zur Serienreife.

Entwicklung von Steuergeräten für In-vitro Diagnostik

Bei der Entwicklung von IVD Systemen ist das effiziente Testen der funktionalen Komponenten eine Herausforderung, die oft nur mit aufwendigen und komplexen Laboraufbauten gelöst werden kann.

Wir am Fraunhofer IIS bieten mit kundenspezifischen Development und System Control Boards effiziente Lösungen für die Entwicklung und Optimierung von IVD-Systemen. Abgestimmt auf die Funktionalität des IVD-Geräts erarbeiten wir gemeinsam mit dem Kunden Systemspezifikationen und entwickeln individuelle Steuergeräte mit parametrierbarem User Interface. Dabei umfasst unser Dienstleistungsangebot u.a. das Design und Layout von PCBs, Rapid Prototyping, Embedded Programmierung sowie die Entwicklung von GUI bzw. Webinterfaces. Die Entwicklung neuer sensorischer Frontends sowie Kommunikationsstandards, wie POCT1-A, runden unser Portfolio ab.

Die Anwendung maschinellen Lernens in Embedded-Geräten liegt stark im Trend. Eine Vielzahl an KI-Chips ist angekündigt, erste Produkte für Embedded-KI sind auf dem Markt. Bisherige neuronale Netzwerkarchitekturen wie Deep Neural Networks erfordern komplexe Rechenleistungen und verzeichnen einen hohen Energieverbrauch. Neuromorphe Hardware dagegen setzt auf massive Parallelverarbeitung und führt Rechenvorgänge, zum Beispiel im Bereich des maschinellen Lernens, besonders schnell und energieeffizient aus. Effiziente Architekturen für neuromorphe Hardware sind daher mit Hinblick auf Rechenleistung, Energieverbrauch und Chipfläche ein entscheidender Faktor für einen breiten Einsatz neuronaler Netze in Embedded-Produkten.

Das Fraunhofer IIS stellt verschiedene neuromorphe Hardware-Architekturen vor. Darunter befinden sich neuartige Ansätze, die das menschlich arbeitende neuronale Netz näher an den Chip bringen.

Das energieautarke Wide-Area Network ist eine einzigartige Kombination des neuen LPWAN-Standards MIOTY® mit Energy Harvesting für Massive-IoT-Anwendungen im Smart-City-Bereich und Industrial Internet of Things (IIoT). Die MIOTY®-Technologie basiert auf dem Telegram-Splitting-Verfahren, das ein Funktelegramm in mehrere Subpakete aufteilt und über Zeit und Frequenz verteilt. Die Energy-Harvesting-Technologie nutzt kleinste Energiemengen wie Wärme, Licht oder Vibration, um MIOTY® ganz ohne Kabel oder Batterien zu betreiben.

Ultra-Low-Power-Technologie RFicient^® für das Internet der Dinge

Der RFicient^®  WakeUp Receiver überwacht ständig den Funkkanal und reagiert mit einem Stromverbrauch unter 3 µA innerhalb weniger Millisekunden. Er kann damit beliebige IoT- und Sensorknoten nach Bedarf aktivieren und sorgt für langlebigen wartungsfreien Betrieb. Die RFicient^® Funksensorik bietet durch kontinuierliche, flächendeckende Funküberwachung ohne Standard- und Frequenzeinschränkung viele neue Möglichkeiten. RFicient^® stellt daher eine Schlüsseltechnologie für das Internet der Dinge dar.