This thesis deals with the issues of industrial communication, that is necessary to take account before making a final draft of industrial infrastructure and the overall design of a network infrastructure for a particular object. The first part of this thesis describes ICS system, parts of ICS and principle of operation. The thesis also focuses on the current trends in industrial networks, systems communication, security requirements of physical layer and the main differences from commercial infrastructures. The second part of the thesis describes the design of infrastructure for the foundry object. The final draft resolves the location of the switchboards, the specification of the used elements, the security, the cost of the solution and the final solution in practice.

A common trend, in general as well as in the field of combat vehicles, is the rapidly increasing demand for data network capacity and even more in transferred data. To handle this increased demand, different countries with their armed forces and equipment manufacturers evaluate methods to increase the data transmission capacity in combat vehicles. The different types of transmitted data are of different criticality and have different security demands. An easy solution to this is to have separated networks for each type of traffic, but that is quite expensive and uses a lot of hardware. This thesis focuses on a different solution, with a shared network for all types of data transmissions. This is done by evaluating different types of data networks and add-on protocols and then testing the networks practically with varying transmission rates. In the thesis, all the practical testing is done with data networks according to the Ethernet standard, which is the standard evaluated with a throughput that is high enough for the use case. Ethernet as a standard is not suitable for critical data traffic and therefore add-on protocols for Ethernet to optimize the system for critical data traffic are tested. With these optimizations made, Ethernet can be considered more suitable for critical traffic, but this depends entirely on the system requirements.

The great interest in monitoring everything around us has increased the number of sensors that we utilize in our daily lives. Furthermore, the evolution of wireless technologies has facilitated their ubiquity. Moreover, is in locations such as homes and offices where exploitation of the data from these sensors has been more important. For example, we want to know if the temperature in our home is adequate, otherwise we want to turn on the heating (or cooling) system automatically and we want to be able to monitor the environment of the home or office remotely. The knowledge from these sensors and the ability to actuate devices, summon human assistance, and adjust contracts for electrical power, heating, cooling, etc. can facilitate a myriad of ways to improve the quality of our life and potentially even reduce resource consumption. This master‘s thesis project created a gateway that sniffs wireless sensor traffic in order to collect data from existing sensors and to provide this data as input to various services. These sensors work in the 868 MHz band. Although these wireless sensors are frequently installed in homes and offices, they are generally not connected to any network. We designed a gateway capable of identifying these wireless sensors and decoding the received messages, despite the fact that these messages may use a vendor‘s proprietary protocol. This gateway consists of a microcontroller, a radio transceiver (868-915 MHz), and an Ethernet controller. This gateway enables us to take advantage of all the data that can be captured. Thinking about these possibilities, simultaneously acquiring data from these various sensors could open a wide range of alternatives in different fields, such as home automation, industrial controlling… Not only can the received data be interesting by itself; but when different sensors are located in the same environment we can exploit this data using sensor fusion. For example, time differences in arrival and differences in signal strength as measured t multiple receivers could be used to locate objects. The final aim of this thesis project is to support diverse applications that could be developed using the new gateway. This gateway creates a bridge between the information that is already around us and our ability to realize many new potential services. A wide range of opportunities could be realized by exploiting the wireless sensors we already have close to us. / Det stora intresset för att övervaka allt omkring oss har ökat antalet sensorer som vi använder i vårt dagliga liv. Dessutom har utvecklingen av trådlösa tekniker underlättat de har stor utbredning. Dessutom är på platser som hem och kontor där utnyttjandet av data från dessa sensorer har varit viktigare. Till exempel vill vi veta om temperaturen i vårt hem är tillräcklig, annars vill vi slå på värmen (eller kyla) automatiskt och vi vill kunna övervaka miljön i hemmet eller på kontoret på distans. Data från dessa sensorer och förmåga att aktivera enheter kalla mänsklig assistans och justera avtal för el, värme, kyla, osv. kan underlätta en myriad av olika sätt att förbättra kvaliteten på våra liv och potentiellt även minska resursförbrukningen. Detta examensarbete syftar till att sniffa trådlösa sensorn trafik i syfte att samla in data från befintliga sensorer och att tillhandahålla sådan information som underlag till olika tjänster. Dessa sensorer arbetar i 868 MHz-bandet. Även om dessa ofta installeras i hem och kontor, är de i allmänhet inte ansluten till något nätverk. För att förverkliga vårt mål kommer vi att utforma en gateway som kan identifiera dessa trådlösa sensorer och avkoda den mottagna meddelanden, trots att dessa meddelanden kan använda en leverantör egenutvecklade protokoll. Denna brygga består av en mikrokontroller, en sändtagare (868 till 915 MHz), och en Ethernet-styrenhet. Gateway bör göra det möjligt för oss att dra nytta av alla de uppgifter som möjligen kan fångas. Funderar om dessa möjligheter, samtidigt insamling av data från dessa olika sensorer kan öppna ett brett spektrum av alternativ i olika områden, såsom hem automation, industriell kontrollerande ... Inte bara kan de mottagna uppgifterna vara intressant i sig självt, men när olika sensorer finns i samma miljö kan vi utnyttja detta data med hjälp av sensor fusion. Till exempel skulle tidsskillnader i ankomst och skillnader i signalstyrka uppmätt med flera mottagare användas för att lokalisera föremål. Det slutliga målet med denna avhandling är att stödja olika applikationer som skulle kunna utvecklas med hjälp av utformade gateway. Denna gateway kommer att skapa en initial brygga mellan all information omkring oss och vår förmåga att förverkliga många tjänsteleverantörer möjligheter. Ett brett utbud av möjligheter kan realiseras genom att utnyttja de trådlösa sensorerna vi redan har nära till oss.

This paper deals with the design and implementation of the Processing Unit for Analysis and Modification of Network Traffic. The proposed unit is intended to analyse an incoming network traffic and perform packet header editations to provide the proper packet delivery. The designed architecture has the following characteristics. It is based on the stream processor concept which allows to process independent stream elements (i.e. packets) in parallel. Multiply stream clients can be used to process the same stream data concurrently. The stream clients can be driven either autonomously or by program. The packets are processed according to the incoming metadata and transmited to the output. The Processing Unit has been implemented in VHDL language. The target technology is Field Programmable Gate Array (FPGA).

FPGA-CF is an open-source, portable, extensible communications framework that consists of a small hardware core (less than 600 slices) and a software library/API (Java and C++). It enables a host PC to transmit data at 120 Mb/s to Xilinx-based FPGA boards via Ethernet using standard inter-networking protocols (UDP/IP). A custom lightweight connection-oriented protocol guarantees reliability. The hardware core is directly connected to the Xilinx internal configuration port (ICAP) and supports all ICAP functionality. The core also provides an extensible user-channel interface and provides up to 15, 8-bit user-data channels that can be connected to user circuitry (configurable by the user). The host software API supports both Java and C++ and provides high-level functionality for making connections and transmitting data. The utility of the system is demonstrated by implementing an on-chip test/debug system using FPGA-CF.

Framväxten av antalet smarta enheter som är integrerade med Internet har lett till att behovet av Internet-of-Things ökar i olika tillämpningar, nämligen inom industrier fabrikstillverkning. Projektets huvudsakliga syfte är att implementera ett styrsystem med hjälp av Industrial Ethernet och användningen av Profinet protokoll som användargränssnitt. Denna studies huvudsakliga uppgift är undersöka prestandan av detta system och vilken skalbarhet man kan få ut ur den, dessutom utföra olika typer av tester för att mäta responstiden hos detta system med hjälp av real-time system. Studien lyfter upp IIoT funktionalitet, dess featureprogram och möjligheten att den implementeras på bred tillgänglig hårdvara. Det slutliga resultatet av tidmätningarna kunde i genomsnitt visa hur lång tid det tar för en signal att skickas inom ett Profinet-Nätverk. Mer speciellt, så tar en signal i genomsnitt 0,97ms. , vilket är relevant kort tid i förhållande till projektanpassningar inom industrier. Den beräknade standardavvikelsen visar på de erhållna värdenas noggrannhet, då den visade hur utspridda värdena är och hur mycket håller de sig till de beräknade medelvärdena. Utförande av Stresstesten bidrog till att dra slutsatser om systemets prestanda. Då de olika medelvärdena visade hur antalet signaler skiljer sig i förhållande till Cykel-tidsändringen. Resultatet av denna test visade också maximala antalet paket/signaler som kan skickas inom en begränsad tid. Dessutom presenterade resultatet gränsvärdet av det minimala antalet signaler som kan skickas oavsett hur mycket Cykel-tiden ökas eller minskas. Mer specifikt, visade detta system att det kan skicka 3250 signal inom en begränsad tid (60 s) vid Cykel-tid (1), och det kan skicka minst 1500 signaler inom samma begränsade tid. Det slutliga resultatet förslog ett par framtida arbete, det första var att utföra ett Profinet-system med hjälp av trådlösa fältbussar, och jämföra det med denna studies resultat för mer pålitlig implementation. Den andra var utreda säkerhet och krypteringen av Industrial Ethernet, detta skulle ge oss en bild om hur säkert att adoptera denna teknik. / The growth of the number of smart devices that are integrated into the Internet has led to an increase in the need for Internet-of-Things in various applications, namely in industries and manufacturing plants. The main purpose of the project is to implement a control system using Industrial Ethernet with the use of Profinet protocol as a user interface. This study will mainly examine the performance of this system and what scalability can be obtained from it, in addition to, performing various types of tests to measure the response time of this system by using real-time systems. The study highlights IIoT functionality, its feature program and the possibility that it is implemented on readily available hardware. The final results of time measurements could show on average how long a signal takes to be sent within a Profinet Network. More specifically, a signal takes an average of 0.97ms. The calculated standard deviation indicates the accuracy of the values obtained, as it showed that they scattered to the calculated mean values. Performing the Stress Test helped to draw conclusions about the performance of the system. These calculated different averages showed how the number of signals differs in relation to the Cycle time change. The result of this test also showed the maximum number of packets / signals that can be sent within a limited time. In addition, the result presented the limit values of the minimum number of signals that can be sent regardless of how much the “Cycle Clock” is increased or decreased. More specifically, this system showed that it can send 3250 signals within a limited time 60 (s) at Cycle time 1, and it can send at least 1500 signals within the same limited time. The final result suggested a couple of future work, the first was to perform a Profinet system by using wireless fieldbuses and compare it with the results of this study for more reliable implementation. The second was to investigate the security and encryption of Industrial Ethernet, this would give us an idea of how secure to adopt this technology.

With the development of autonomous vehicles, more and more technology is introduced into the automotive industry. Ethernet has found its way into the vehicle network, and it is forced to coexist with the well-established CAN bus. In terms of data acquisition, the presence of a mixed network brings challenges with significant changes in network architecture. This thesis explores CAN-Ethernet gateways as a replacement for the PCIe bus CAN transceivers utilized in today's logging systems, with the purpose to improve the adaptability of the autonomous logging system. A CAN-Ethernet gateway was implemented using Kvaser's DIN Rail SE400S-X10in an experimental comparison against the PCIe logging solution, including both classical CAN and CAN FD communication. In addition, a case study on the benefits and drawbacks with implementing an Ethernet architecture was performed, utilizing semi-structured interviews. It was concluded that a CAN-Ethernet gateway provides a robust solution in relation to data loss. Throughout the tests, the message loss rate was 0% for both logging solutions. However, CAN-Ethernetlogging introduced additional delay into the system. For the tests on a truck simulation rig the mean additional delay from a CAN-Ethernet gateway, compared to the existing PCIe-CAN logging, was 2 ms. Moreover, some spikes occurred and in a number of cases it could be up to 6 ms in additional delay compared to the existing PCIe logging. It was also proven difficult to time synchronize the gateway with the autonomous logging system, and unknown delays had an impact. Relevant metrics were obtained from relative measurements of side-by-side logging between the PCIe and CAN-Ethernet communication. The standard deviation and fluctuation of the delay were relevant metrics, since smaller fluctuations made the delay more predictable and real-time compatible. A CAN-Ethernet deployment may create a more complex architecture in general, and as of now has limitations for real-time systems. On the other hand, it may offer significant possibilities in future development of a more adaptable and scalable logging system. / Med utvecklingen av autonoma fordon har mer och mer teknologi introducerats inom fordonsindustrin. Ethernet har funnit sin väg in i fordonsnätverket och tvingas existera sida vid sida med den väletablerade CAN-bussen. För dataloggning orsakar närvaron av ett blandat nätverk (med både CAN och Ethernet) utmaningar i samband med stora förändringar inom nätverksarkitektur. Det här examensarbetet utforskar nätslussar för CAN-Ethernet som en ersättare till PCIe-bussens CAN-sändtagare som används i dagens loggningssystem. En CAN-Ethernet-nätsluss implementerades genom att använda Kvasers DIN Rail SE400S-X10 i en experimentell jämförelse med PCIe-loggningssystemet, och inkluderade både klassisk CAN samt CAN FD kommunikation. I tillägg gjordes en fallstudie om fördelar och nackdelar med att implementera en Ethernet-arkitektur,vilken grundades på semi-strukturerade intervjuer. Slutsatsen var att CAN-Ethernet-nätslussar tillhandahåller en robust lösning i förhållande till dataförlust. Under alla testerna var meddelandeförlusten 0% hos båda loggningsmetoderna. Däremot introducerade CAN-Ethernet-loggning en ökad fördröjning till systemet. För testerna på lastbilsriggsimulatorn var fördröjningen 2 ms jämfört med PCIe-CAN-loggningen. Dessutom förekom spikar i fördröjningen och i vissa fall resulterade fördröjningen i upp mot 6 ms, jämfört mot den befintliga PCIe-loggningen. Det visade sig även vara svårt att tidssynkronisera nätslussen med det autonoma loggningssystemet och okända fördröjningar hade en inverkan. Relevanta mått erhölls från relativa mätningar av jämsides loggning mellan PCIe och CAN-Ethernet kommunikation. Standardavvikelsen och fluktuation av fördröjningen var relevanta mått eftersom mindre fluktuationer resulterade i en mer förutsägbar samt realtidskompatibel fördröjning. Användningen av CAN-Ethernet kan, i allmänhet, resultera i en mer avancerad arkitektur och har i dagsläget begränsningar inom realtidssystem. Å andra sidan kan CAN-Ethernet erbjuda markanta möjligheter inom framtida utveckling av ett mer modulärt och skalbart loggningssystem.

Die wachsende Leistungsfähigkeit moderner Automatisierungssysteme hat einen prägenden Einfluss auf den geforderten Funktionsumfang sensorischer Feldgeräte. Diese müssen über moderne Kommunikationsstandards mit überlagerten Ebenen des Steuerungssystems kommunizieren. Im Kontext der Prozessindustrie ist das Industrial Ethernet Protokoll Process Field Network (PROFINET) mit dem PA-Profil auf Basis des Ethernet Advanced Physical Layer (APL) als bedeutsamer Standard zu nennen. Im Rahmen der angewandten Forschung und Entwicklung im Bereich der Prozessindustrie entwickeln die Technische Hochschule Aschaffenburg und der Feldgerätehersteller WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG (WIKA) gemeinsam einen Demonstrator eines zukunftsfähigen Feldgerätes, das PROFINET über APL unterstützt. Der Hauptfokus in diesem Projekt liegt darauf, das PA-Profil 4.0 auf dem Demonstrator zu implementieren. Das PA-Profil definiert über die PROFINET-Funktionalität hinaus generisch die Grundfunktionalität und das Verhalten von Geräten im Feld der Prozessindustrie wie beispielsweise Anwendungs-, Diagnose-, Wartungs- und Engineeringparameter für verschiedene definierte Einsatzgebiete. Bei der Entwicklung des Demonstrators steht insbesondere eine zukunftsfähige Systemarchitektur im Vordergrund. Die technische Grundlage ist dabei ein APLEvaluationsboard inkl. eines Mikrocontrollers sowie ein bestehendes Sensormodul der Firma WIKA. Dieser Beitrag stellt den Stand der Technik des Einsatzes von Industrial Ethernet im Kontext der Prozessindustrie mit Fokus auf PROFINET over APL dar und erläutert die konkrete Umsetzung am Beispiel eines Demonstrators. Die praktische Anwendung verdeutlicht die Zukunftsfähigkeit und den Mehrwert der vorgestellten Technologie für Feldgeräte der Prozessindustrie. Im Ausblick wird auf das Konzept der offenen Systemarchitektur der Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie e.V. (NAMUR) verwiesen.

No description available.

No description available.