Wie unterscheiden sich Datenmengen und Zykluszeiten bei Sensor-Aktor-Ebene und Betriebsleitebene?
Sensor-Aktor-Ebene: kleine Datenmengen, kurze Zykluszeiten(~5ms)
Betriebsleitebene: große Datenmengen, längere Zykluszeiten
Automatisierunspyramide
Was ist IODD?
IO Device Description
-> Dokumentation über Bauteil/-element
standartisiert gemäß Betreiberkonsortium
enthält Datensatz aus config-files etc
ANleitung für Identifikation, Kommunikation, Parametrisierung, Diagnose
-> IODD-finder (Archiv)
Unterschied Signal - Information
Signal wird übertragen (z.B. 1 oder 0)
-> Information wird aus SIgnal interpretiert (z.B. 1 = an, 0 = aus)
Vorteile von IO-Link
Baukastenprinzip durch offenen Standart
div. Hersteller
flexible Erweiterung
ungeschirmte Dreileiter
nötige Konfiguration dezentral auf Server (IODD)
Was ist IO-Link?
Standartisierte Input-Output Technologie
Master und Device
Datenerfassung von Sensotren -> Verarbeitung -> Ansteuerung von Aktoren
Kein Feldbus -> 3-Leiter-Technologie
offener Standart
sehr geringe Fehlerrate von 10^-9
Was ist die Frissche Formel?
Directivity = Antennencharakteristik
Lambda = c * f
Wie berechnen sich die Pfadverluste bei einer Übertragung?
Frequenzband 5G allgemein in Europa (Sub 6Ghz)
mmWave
3,5 - 3,8 GHz
mmWave = 24GHz
Frequenzband 5G-Campusnetzwerk (Sub 6Ghz)
3,7 - 3,8 GHz
5G-Slices + Erklärung + Beispiele
eMBB(enhanced mobile broadband): viel Traffic (8k-Video-Stream)
URLLC(ultra reliable low latency communication): kurze Latenzzeiten (z.B. IOLW)
mMTC(massive machine type communication): Viele Endgeräte (z.B. Festival)
5G Campus Networkplan
AAU = Active Antenna Unit (kommuniziert mit endgerät)
IRU = Indor Radio unit
Zelle: IRU + Antennen
BBU = Base band unit
vUPF = User Plane Function
Netzwerkarchitekur
Standalone: reines 5G gNB (next generation node B)
-> besteht aus central unit und distribution unit)
non-standalone: basiert auf 4G Infrastruktur
eNB: evolved Node B
Was bedeutet IP65/IP67? Was bedeutet Class A/B Device bei IO-Link?
IP65 = Staubdicht (6) und geschützt gegen allseitiges Spritzwasser (5)
IP67 = Staubdicht (6) und geschützt gegen zeitweiliges Untertauchen (7)
Class A und B unterscheiden sich nur durch Pinbelegung
Was ist der Unterschied zwischen CRC und HASH?
CRC lässt vom Output Rückschlüsse auf den Input zu
Der HASH nicht
Beides überprüft die Integrität des Inputs
Was sind Fronhaul, Midhaul und Backhaul?
Haul = Glasfaserstrecke
Beispiel für (as)-synchrone Datenverbindung/Interface
Synchron: Ethernet -> feste Zeitintervalle
Asynchron: keine festen Zeitintervalle/Takt
Kenngrößen einer Antenne
Gain: Effizienz und DIrektivität
Bandbreite
Eingangsimpedanz (50Ohm)
Was ist die Direktivität/Wirksame Antennenfläche?
Abgestrahlte Leistung pro Winkelfläche, bezogen auf isotrope Quelle
D = Strahlerstrahlstärke/Lamberstrahlerstärke
WIe berechnet sich die maximale Funkreichweite?
Mit welcher Impedanz muss eine Antenne abgeschlossen sein, um die maximale Strahlleistung aufnehmen zu können?
Stichwert der Leistungsanpassung (i.d.R 50 Ohm)
EInflussgrößen der elektromagnetischen Wellenausbreitung
-30dBm in Milliwatt
1*10^-3 Milliwatt
Ist die empfangene Leistung bei gleicher Sendeleistung - unter der Annahme ansonsten gleicher Verhältnisse – bei einem 868-MHzFunksystem oder bei einem 2,45-GHz- Funksystem größer ?
Unterschiedliche Fading-Arten im Indoorbereich
Shadowing (Betonwände)
Large-Scale-Fading (Abstände) Effekte >> Lambda
Small-Scale-Fading (interferenz bei Mehrwegausbreitung -> stehende Wellen) Effekte ~~ Lambda
Wie kann man die Fadingeffekte statistisch beschreiben?
Large-Scale: Pathloss-Experiment
shadowing: nicht möglich
Small-Scale: Rayleigh-Verteilung, einfache Faustformel
Ursachen für schnellen Schwund vom Small-Scale-Fading
Mehrwegausbreitung/Reflexion an bewegten Objekten im Raum
WIe wirken sich Laufzeitunterschiede bei der Mehrwegeausbreitung (im Frequenzbereich) aus. Wann ist in diesem Zusammenhang ein System schmalbandig bzw. breitbandig?
Wie wirken sich die Bewegung eines mobilen Teilnehmers bei der Mehrwegeausbreitung im Zeitbereich aus ?
Was ist Rayleigh-Fading?
Statistisches Modell für die Effekte einer Ausbreitung eines Radiosignals -> kein LOS, schlechteste Verteilung
Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Empfangsleistung bei einem Rayleigh-Kanal um 10dB, 20 dB oder 30 dB gegenüber der mittleren Empfangsleistung einbricht?
10^-1
10^-2
10^-3
Rice-Verteilung/Fading
Ein dominater Pfad
Wie lässt sich der lineare zeitvariante Funkkanal systemtheoretisch beschreiben ?
Was ist Kohärenzzeit/Kohärenzbandbreite?
Zeit/Bandbreite, bei der ein Signal/Kanal noch ähnlich mit sich selbst ist.
Welche Verfahren kennen Sie, um Signaleinbrüche durch den zeitvarianten frequenzselektiven Funkkanal abzufangen ?
Multiplexverfahren: Zusammenfassung der Signale -> Modulation auf ein Trägersignal
Was ist ein Mischer? Wofür wird er eingesetzt?
Setzt ein Frequenzband in ein höhere/niedrigeres um -> Wechsel von Netzfrequenz zu Sendefrequenz
Welche Frequenzen liegen am Ausgang eines Mischers an, wenn dieser mit den Frequenzen f1 und f2 angeregt wird?
f1 + f2 und |f1 - f2|
Was ist ein IQ-Modulator und wofür wird er eingesetzt?
Skizze von HF-Sender + Benennung
3 Grundlegende SIgnale zur Modulation eines hochfrequenten Trägers
Was ist Security Engeneering?
Ist um ein System zu bauen, welches nutzbar bleibt, bei Fehlern, Bosheit oder Unglück. Es fokussiert sich auf Werkzeuge, Prozesse und Methoden, die zum designen, implementieren und testen kompletter Systeme bzw deren Adaption an aktuelle gegebenheiten benötigt werden.
Security-Triangle
Confidentiality = Außenstehende kommen nicht an Daten
Integrity = Außenstehende können Daten nicht manipulieren
Avalibility = Außenstehende können den Abruf von Daten nicht verhindern
Symmetrische/Asymmetrische Verschlüsselung
Symmetrisch: Ein Entschlüsselungs-Key für alle
Algorithmus: Skipjack oder 3DES
Asymmetrisch: Ein einzigartiges Key-Paar pro Verbindung (Public+Private Key)
Algorithmus: RSA oder ECC
Welche Objectives (Cryptografische Lösungen) werden für Authenzität, Integrität und Vertraulichkeit genutzt?
Was ist ein Zertifikat + Inhalt + Beispiele?
Zertifikat = Datenstruktur für Identitätsdatenübertragung
Inhalt: -Name
-Absender
-Zeitstempel
-PublicKey
-Checksum
Beispiele:
Was ist das dirkrete Logarithmusproblem?
Verschlüsselung: einfach
Entschlüsselung: sehr kompliziert
Warum werden in manchen Anwendungen eher Elliptische Kurven (ECC) statt RSA genutzt? Nennen Sie eine Anwendung von Elliptische Kurven (ECC)!
Elliptische Kurven basieren auf Mathematik von elliptischen Kurven und Lagarithmusproblem -> schwieriger zu knacken
Welche Gedanken muss sich ein Verteidiger/Angreifer machen?
Verteidiger:-Verteidigung muss weniger kosten als das Gut wert ist
-schwächstes Glied der Kette
Angreifer: Angriff muss weniger kosten als das Gut wert ist
Wozu wird der Barkercode benutzt?
Spezieller Spreizcode mit minimaler Autokorrelation
Sendeimpule mit kleinem SNR aus Rauschen detektierbar
Was heißt und ist DSSS?
Vorteile und Nachteile
Vorteile: robustheit der Übertragung und besserer SNR
Nachteil: mehr Bandbreite benötigt
Erklären Sie folgende Abbildung
Was versteht man von der Skin-Tiefe einer elektromagnetischen Strahlung und über welche Parameter wird diese festgelegt?
Die Skin-Tiefe ist nicht die absolute Begrenzung, aber ein Näherungswert, in dem 63 % der Stromdichte auftritt. Innerhalb eines Leiters gibt es keine harte Linie, die verhindert, dass der Strom fließt, und ein kleiner Anteil Strom fließt auch weiterhin im neutralen Bereich.
In welchen Frequenzbereichen werden (passive) RFID Systeme üblicherweise betrieben? Wie groß sind jeweils die Wellenlängen?
Langwellen (LF, 30–500 kHz)
Kurzwellen (HF, 3–30 MHz)
Sehr hohe Frequenzen (UHF, 433 MHz (USA, DoD), 850–950 MHz (EPC und andere))
Mikrowellen-Frequenzen (SHF, 2,4–2,5 GHz, 5,8 GHz und darüber)
Warum wird ein Frequenz-Hopping bei IOLW eingesetzt?
gemeinsames existieren mit anderen Wireless-Systemen
Was beschreibt FDMA, TDMA, CDMA?
FDMA - Frequency Division Multiple Access/ Frequenzmultiplexverfahren
—> Aufteilung des Frequenzbandes (für Kommunikation via Mobilfunk) in 30 Kanäle
TDMA - zeitgesteuertes Mehrfachzugriffsverfahren/ Zeitschlitz-Verfahren.
—> auf einem Funkkanal gleichzeitig bis zu acht Gespräche abgewickeln
CDMA - Code Division Multiple Access
—> funktechnisches Mehrfachzugangsverfahren -> mehrere Nutzer Zugriff auf einen Funk-Übertragungskanal -> alle Benutzer denselben Frequenzbereich- > Nutzsignal für jeden Benutzer unterschiedlich codiert
Warum wird bei IOLW F-/TDMA eingesetzt? Worin liegen die Vor- und Nachteile?
TDMA
-> 8 Devices per Track
FDMA
-> mehrere Tracks
-> Fading überwinden
-> Coexistence (bis zu 3 Master pro Zelle)
-> Roaming
-> weniger Störanfälligkeit mit WLAN etc
-> für beide: höheres Organisaionsaufwand
Wozu dient eine Preamble? Wozu dient ein Synchword?
Präambel (preamble)
-> Signal, das in einem Rechnernetz übertragenen Nachrichten vorangestellt wird
-> signalisiert Ende des Headers und Start der eigentlichen Daten
Synchword (midabmle)
-> Sequenz von Daten die den Start eines Frames anzeigt
Parameter für Kanalkapazität
Nah- und Fernfeld
Unterschied Bit/Symbol
Aufbau Funktransmitter
Intersymbol Interferenz
In welchem Frequenzband wird IOLW betrieben? Mit Welchen “Störungen” ist in diesem Bereich zu rechnen?
Wie ändern sich die Pfadverluste bei 2x/10x des Abstands zwischen Sender und Empfänger?
Wie groß ist die garantierte Paketfehlerwahrscheinlichkeit von IOLW und unter welchen Randbedingungen gilt die Garantie?
Wie werden in IOLW Informationen zum Einbinden von Geräten ausgetauscht?
Wie viele Single-Slot-Devices können mit einen 5-Track-Master verbunden
werden?
Wie viele Double-Slot-Devices können mit einem 1-Track-Master verbunden
Was sind Cycle, Sub-Cycle, Downlink, Uplink, Single-Slot und Double-Slot?
Wie wird die Datenintigrität in einer IOLW-Nachricht sichergestellt?
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