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Forschungsbericht Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik Hrsg.: Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. P. Göhner Nasser Jazdi Universelle Fernservice- Infrastruktur für eingebettete Systeme Band 3/2003 IAS-Forschungsberichte Universität Stuttgart Umschlag_1529.p65 1 25.09.03, 15:20 Universelle Fernservice-Infrastruktur für eingebettete Systeme Von der Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität Stuttgart zur Erlangung der Würde eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Abhandlung Vorgelegt von Nasser Jazdi aus Mashhad (Iran) Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Peter Göhner Mitberichter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Färber Tag der Einreichung: 16.06.2003 Tag der mündlichen Prüfung: 30.07.2003 Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik der Universität Stuttgart 2003 IAS-Forschungsberichte Band 3/2003 Nasser Jazdi Universelle Fernservice-Infrastruktur für eingebettete Systeme . D 93 (Diss. Universität Stuttgart) Shaker Verlag Aachen 2003 Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar. Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2003 . Copyright Shaker Verlag 2003 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungs- anlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN 3-8322-1942-0 ISSN 1610-4781 Shaker Verlag GmbH Postfach 101818 52018 Aachen Telefon: 02407 / 95 96 - 0 Telefax: 02407 / 95 96 - 9 Internet: www.shaker.de eMail: [email protected] Meinem Vater, Prof. Dr. M. Yazdi und meiner Frau, Karin Gäbel-Jazdi für ihre Unterstützung Danksagung Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik (IAS) der Universität Stuttgart. Zu allererst bedanke ich mich bei meinem Doktorvater und Leiter des Instituts, Herrn Prof. Dr.- Ing. Dr. h. c. Peter Göhner sehr herzlich für die Unterstützung, viele wertvolle Anregungen und kritische Diskussionen sowie die Übernahme des Hauptberichts. Mein herzlicher Dank gilt auch Herrn Prof. Dr.-Ing. Georg Färber, Leiter des Lehrstuhls für Realzeit-Computersysteme der TU München, für das Interesse und die Übernahme des Mitberichts. Nicht unerwähnt lassen möchte ich alle Kolleginnen und Kollegen bei denen ich mich für die gute Zusammenarbeit, die kollegiale Unterstützung und die konstruktiven Diskussionsbeiträge bedanke. Insbesondere Kirstin Barbey, Susanne Bock, Stephan Eberle, Dr. R. Gäbel und Jan Traumüller danke ich für die kritische Durchsicht des Manuskripts. In diesem Zusammenhang möchte ich auch die Studierenden erwähnen, deren Diplom- und Studienarbeiten einen wesentlichen Anteil zum Gelingen der Arbeit beitrugen. Schließlich möchte ich mich bei meiner Familie bedanken, die mir während meiner Arbeit sehr viel Kraft gab, meinem Vater, der das Interesse an der Wissenschaft in mir weckte und bis heute pflegt und meiner Frau, Karin für ihr grenzenloses Verständnis, ihre Unterstützung und Geduld während der Entstehung meiner Arbeit. Nicht vergessen möchte ich meine Kinder, Maral, Kian und Shirin, die in dieser Zeit ihren Vater oft entbehren mussten. Stuttgart, im Juni 2003 Nasser Jazdi i Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis................................................................................................................. iv Tabellenverzeichnis...................................................................................................................... vi Abkürzungsverzeichnis...............................................................................................................vii Begriffsverzeichnis ........................................................................................................................ x Zusammenfassung.......................................................................................................................xii Abstract.......................................................................................................................................xiii 1 Einleitung und Motivation .................................................................................................... 1 1.1 Einsatz von Web-Technologien in eingebetteten Systemen........................................... 1 1.2 Ziel der universellen Fernservice-Infrastruktur.............................................................. 2 1.3 Sicherheit beim Zugriff auf Automatisierungssysteme.................................................. 3 1.4 Gliederung der Arbeit..................................................................................................... 5 2 Grundlagen............................................................................................................................. 7 2.1 Eingebettete Systeme...................................................................................................... 7 2.1.1 Eigenschaften von eingebetteten Systemen........................................................ 8 2.1.2 Zeitgesteuerte und ereignisgesteuerte eingebettete Systeme.............................. 9 2.1.3 Wirtschaftliche Bedeutung eingebetteter Systeme ........................................... 10 2.2 Zugriff auf Prozessdaten in der Automatisierungstechnik ........................................... 11 2.2.1 Anforderungen aus der Automatisierungstechnik ............................................ 11 2.2.2 Prozessdaten...................................................................................................... 12 2.2.3 Parameter .......................................................................................................... 13 2.2.4 Datenübertragungsverfahren in der Automatisierungstechnik ......................... 14 2.3 Web-Technologien ....................................................................................................... 16 2.3.1 HyperText Transfer Protocol............................................................................ 17 2.3.2 Socketverbindung ............................................................................................. 19 2.3.3 Remote Method Invocation .............................................................................. 21 2.3.4 Common Object Request Broker Architecture................................................. 24 2.3.5 eXtensible Markup Language........................................................................... 27 3 Bestehende Konzepte für die systemunabhängige Übertragung von Prozessdaten ...... 32 3.1 Aachener Prozessleittechnik / Kommunikationssystem............................................... 32 3.1.1 Kommunikationsarchitektur von ACPLT/KS .................................................. 33 3.1.2 Datenmodell ACPLT/KS.................................................................................. 34 3.2 OLE for Process Control .............................................................................................. 36 3.2.1 Anwendung der OPC-Schnittstelle................................................................... 37 3.2.2 Technische Grundlagen .................................................................................... 38 3.3 Industrielle Standardisierung........................................................................................ 43 3.4 Bewertung der vorgestellten Ansätze........................................................................... 44 ii 4 Web-Technologien bei eingebetteten Systemen ................................................................ 47 4.1 Einsatz-Problematik...................................................................................................... 47 4.2 Probleme derzeitiger Fernservice-Applikationen......................................................... 48 4.3 Problemursachen .......................................................................................................... 49 4.4 Bestehende proprietäre Lösungsansätze....................................................................... 50 4.4.1 S7 Simatic......................................................................................................... 50 4.4.2 EMIT™ (Embedded Micro Internetworking Technology™) der Firma emWare™......................................................................................................... 53 4.4.3 OPC-basierte Fernservice-Applikationen......................................................... 56 4.4.4 Bewertung der Lösungsansätze ........................................................................ 56 4.5 Anforderungen an Lösungsansätze für den Einsatz von Web-Technologien bei eingebetteten Systemen ................................................................................................ 57 4.5.1 Anforderungen an die Prozessanbindung eingebetteter Systeme..................... 58 4.5.2 Anforderungen an die Schnittstelle zum Anwender......................................... 58 5 Konzept für eine universelle Fernservice-Infrastruktur.................................................. 60 5.1 Drei-Schichten-Architektur .......................................................................................... 60 5.2 Beschreibung der universellen Fernservice-Infrastruktur ............................................ 62 5.3 Verfahren zur Realisierung einer universellen Fernservice-Infrastruktur für den Einsatz von Web-Technologien

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