Projekt Systementwicklung

Master-Projekt Systementwicklung als Blockveranstaltung zu Beginn WS 17/18

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Vor Beginn dieses Wintersemesters bietet Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein wieder ein Projekt aus den Themengebieten Embedded Systeme, Smart Home, IoT und Security.

Blockveranstaltung in der vorlesungsfreien Zeit: 4. bis 22. September 2017
Kickoff-Meeting: am 4. September im D10 0.34/0.35 um 10:15 Uhr

 

«DASH MoVE»
Demonstrator fĂĽr Angriffsszenarien im Smart Home (DASH) in Modular Vernetzten Einheiten (MoVE)

Im Rahmen des Projekts BASE MoVE wird eine neuartige Basis für zukünftige vernetzungsfähige Sensorprodukte unter Verwendung von Open Source entwickelt. Dabei soll diese Basis Aktualisierungsfähigkeit, Sicherheit und Energieeffizienz bieten. Für zukünftige Lösungen im Smart Home und insbesondere im Bereich des altersgerechten, assistierten Wohnens ermöglicht diese Basis in Zukunft Sensorikprodukte, die sich einfach in bestehendem Wohnraum nachrüsten lassen und ihre Energie aus der Umgebung (Energy Harvesting) beziehen. Das Projekt ist Teil der Idee, eine Modulare Vernetzung von (Wohn-)Einheiten zu erreichen, die den Schutz von Daten innerhalb des Wohnraums gewährleistet im Gegensatz zu heutigen Cloud-basierten Smart-Home-Produkten vieler Hersteller.

Um die Eigenschaften eines sicheren Smart Home zu demonstrieren, wurde in frĂĽheren Master- und Bachelor-Systemenprojekten der Aufbau von Assistenzfunktionen in einer realen Wohnung mit dem Open Source Framework OpenHAB durchgefĂĽhrt. Hieraus ist die Idee zu einem Demonstrator entstanden, mit dem sich verschiedene Assistenzfunktionen und Angriffsszenarien aufzeigen lassen. Im Sommersemester entstand hieraus eine erste Version. Neben den Aspekten der technischen Realisierung steht dabei die Gestaltung fĂĽr eine intuitiv erfahrbare Demonstration im Vordergrund.

DASH

In diesem Systemprojekt wollen wir die Idee des Demonstrierens und Erkennens von Angriffen weiterentwickeln und Schutzmechanismen in auf Open-Source-basierenden Lösungen aufzeigen. Erweitert werden soll das Konzept des Demonstrators um Szenarien mit marktüblichen Produkten, die durch heute bestehende und publizierte Mängel in Standards und Implementierungen existieren. Lösungsansätze zur Vermeidung sollen demonstriert werden können. Dabei ist neben der technischen Realisierung das Ziel, die Anforderungen an die Sicherheit im Smart Home in einfach erfahrbarer Weise in Form eines Demonstrators aufzuzeigen. Der Demonstrator soll später bei Besuchen von Interessierten am Fachbereich oder bei Messen genutzt werden können.

MoVE

Neben der Sicherheit ist die einfache Installation und Konfiguration eines Smart Home ein wichtiges Erfolgskriterium. Heutige Produkte erfordern vielfach ein tieferes technisches Verständnis. Sollen zukünftig viele Wohnungen ohne größeren Zeiteinsatz durch technisches Personal wie Elektriker ausgestattet werden, muss die Anpassung auf jede Wohnung und deren Ausstattung möglich intuitiv und mit geringem Zeitaufwand erfolgen. Hierzu entstand die Idee von Paketen, die neben der Basisausstattung Erweiterungen in Paketform vorsieht. So können durch Pakete eine Überwachung von Gefahrenquellen wie Herde oder die Vermeidung von Wasserschäden durch Kontrolle des Wasserverbrauchs hinzugefügt werden. OpenHAB sieht hierfür Regeln vor, die selbst konfiguriert werden können. Statt der Erstellung von Regeln soll eine Möglichkeit zur Konfiguration für Wohnungen geschaffen werden, aus der die nötigen Regeln erzeugt werden. Eine weiterführende Idee ist, Grundriss und weitere Informationen zu einer Wohnung mittels einer App zu erfassen und die Informationen für die Konfiguration der Regeln zu verwenden.

Welche Vorkenntnisse helfen?

Neben guten Programmierkenntnissen in C/C++ und Java sind Kenntnisse über das Heimautomationsframework OpenHAB hilfreich, welches auf dem OSGi-Framework aufbaut. Kenntnisse über Funkprotokolle und deren Sicherheitsanforderungen sind hilfreich, weiterhin generell Kenntnisse und Interesse an IoT- und Embedded-Themen. Kenntnisse über HTML, CSS und Javascript helfen für die graphischen Teile des Demonstrators. Wenn jeder etwas Vorkenntnisse in einem dem Bereiche mitbringt, wird daraus ein tolles Team. Weitere Projektziele können gemeinsam zu Beginn der Blockveranstaltung und anhand der mitgebrachten Vorkenntnisse definiert werden.

 

Wir freuen uns auf ein spannendes Projekt mit Euch!

Weitere Informationen bei:

Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein oder
M.Sc. Bettina Kurz-Kalweit

 

BASE MoVE in Kooperation mit

Hochschule Rhein-Main
Thermokon Sensortechnik GmbH - Sensorik für Heizsysteme und Gebäude
Vonovia SE - Wohnungsvermietung und -dienstleistungen
Entega AG - Regionalversorger

 

MPSE DASH MoVE in Kooperation mit

COMLET - Verteilte Systeme GmbH mit dem Schwerpunkt Verteilte Sicherheit am Standort Darmstadt

 

 

 


Historie

Bachelor-Projekt Systementwicklung im SS 2017

In diesem Sommersemester bietet Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein wieder ein Projekt aus dem Themengebiet Embedded Systeme an:

 

Smart Home Demonstrator mit Modellierungsansätzen und Policy-driven Security

In dem Systemprojekt werden drei Aspekte von Smart Home näher betrachtet und jeweils in Teilteams bearbeitet. Ergebnisse der Teilprojekte sollen dabei teamübergreifend für einen Demonstrator wiederverwendbar sein.

 

Demonstrator fĂĽr das Projekt sDDS4SmartHome

Basierend auf der Arbeit des MPSE SS17, bei dem von der Wohnbaugesellschaft Vonovia eine reale Wohnung fĂĽr einen Versuchsaufbau zur VerfĂĽgung gestellt wird, soll ein Demonstrator fĂĽr sDDS4SmartHome umgesetzt werden.

Der Versuchsaufbau realisiert ein Szenario aus dem Bereich Smart Home, für welches die Middleware sDDS in das Home Automation Framework openHAB integriert wird. Die Ergebnisse dieser Vorarbeit sollen aufbereitet, ggf. vervollständigt sowie zu einem Demonstrator zusammengeführt werden. Ziel des Demonstrators soll sein, das Smart Home Szenario aus der realen Testwohnung als Modell nachzustellen. Weiterhin sollen zusätzliche Smart Home Szenarien definiert und anschließend demonstriert werden. Dafür soll dem Benutzer die Möglichkeit gegeben werden, aus mehreren Szenarien eines zu wählen und zu starten. Dafür müssen die jeweils für das ausgewählte Szenario benötigten Geräte konfiguriert werden. Die Konfiguration der Geräte und das Starten des Szenarios sollen automatisiert ablaufen, um die Nutzung des Demonstrators auch ohne detaillierte Kenntnisse des sDDS4SmartHome Projektes zu ermöglichen. Kenntnisse in der Programmiersprache C und Erfahrung mit Makefiles sowie Cross Plattform Toolchains sind erforderlich.

Modellbasierte Regeldefinition fĂĽr openHAB

Trotz der zunehmenden Bedeutung des Bereiches Smart Home und der immer weiter ansteigenden Anzahl von Systemen gibt es keinen einheitlichen Standard, der Geräteprofile und die Kommunikation zwischen diesen definiert. Das Home Automation Framework openHAB hat die Zielsetzung, unterschiedliche Geräte und Protokolle zu integrieren sowie die Systeme verschiedener Hersteller interoperabel zu machen.

Dafür bietet openHAB entsprechende Schnittstellen, durch deren Implementierung beliebige Smart Home-Technologien in das Framework integriert werden können, an. Die Automatisierungslogik erfolgt über die Definition von Regeln, die durch die eingebaute Regel-Engine ausgewertet werden. Diese Regeln müssen jedoch textuell in einer durch openHAB definierten Syntax angegeben werden.
Diese Vorgehensweise eignet sich zum Entwicklungszeitpunkt einer Smart Home Anwendung, ist jedoch nicht für den alltäglichen Gebrauch durch Standardnutzer geeignet.
Dafür soll eine grafische Modellierungsumgebung, die dem Benutzer ermöglicht, durch das Anordnen visueller Elemente diese in Beziehung zueinander zu setzen und somit Regeln aufzustellen, geschaffen werden.

Im Rahmen des Systemprojektes soll eine Software, die dem Benutzer ermöglicht, die Automatisierungsregeln visuell zu modellieren, entstehen. Anhand des Modells sollen die Regeln in entsprechender Syntax für openHAB generiert werden. Dafür sollen existierende Frameworks der modellbasierten Softwareentwicklung betrachtet werden und ihre Eignung für den Einsatz in einem Smart Home Szenario untersucht werden. Kenntnisse in der Programmiersprache Java sollten vorhanden sein. Weiterhin ist die Erfahrung im Umgang mit openHAB und modellbasierter Softwareentwicklung von Vorteil jedoch nicht erforderlich.

sDDS4SmartHome in Kooperation mit
Hochschule Rhein-Main
Vonovia SE - Wohnungsvermietung und -dienstleistungen
COUNT+CARE GmbH - Tochterunternehmen der HSE
Thermokon Sensortechnik GmbH - Sensorik für Heizsysteme und Gebäude

Policy-driven Security

Ziel des Projekts soll es sein, neue Methoden bzw. Technologien zum Kategorisieren und Erkennen von Angriffen auf ein verteiltes System zu entwickeln. Hierbei stehen zum einen die Erkennung von Angriffen aus der Ferne auf die Systeminfrastruktur (z.B. über die Fernwartung eines Smart-Home Servers) sowie auf einzelne Systemkomponenten (z.B. Sensoren, Aktuatoren, Smartphones) im Mittelpunkt. Dabei soll ein Open-Source Framework entwickelt werden, das ähnlich wie Intrusion Detection Systeme oder Virenscanner, mit Hilfe von Mustererkennungen in der Datenkommunikation bzw. des Kommunikationsverhaltens, potentielle Angriffe auf das System erkennen soll. Anhand vorab identifizierter Muster, die in Form von Regeln bzw. Modellen vorab spezifiziert werden, soll ein potentieller Angriff erkannt werden können. Mit Hilfe zusätzlich vordefinierter Verhaltensregeln (Policies), sollen mögliche Angriffe von außen weiterhin durchlässig sein oder geeignete Gegenmaßnahmen initiiert werden.

Dies soll primär mit Hilfe des Zusammenspiels zweier zu entwickelnden Hauptkomponenten durchgesetzt werden: einer generischen Policy-Entscheidungskomponente, dem Security Decision Point (SDP), und einem oder mehreren Security Enforcement Points (SEP). Die SDP-Komponente soll zentral in einem Gateway oder im OpenHub umgesetzt werden, wäre Technologie-unabhängig und verantwortlich für die Interpretation der Policy-Sprache und der gelieferten Signalereignisse. Die verteilten SEPs im Gateway bzw. in den verteilten Systemkomponenten wie Sensoren/Aktuatoren beobachten dazu zur Laufzeit, zu welchem Zeitpunkt interessante und potentiell bedrohliche Aktionen im System stattfinden und melden diese an die SDP-Komponente. Die verschiedenen Komponenten zur Angriffserkennung sollen dann in ein Gesamtsystem integriert werden und führen so zu einer angriffsresistenten Gesamtarchitektur.

in Kooperation mit
COMLET - Verteilte Systeme GmbH

 

 

Wir freuen uns auf ein spannendes Projekt mit Euch!

 

Weitere Informationen bei:

Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein - Laborleiter EST
Olga Dedi - Wissenschaftl. Mitarbeiterin sDDS4SmartHome
Bettina Kurz-Kalweit - Laboringenieurin EST

 

 


Master-Projekt Systementwicklung im WS16/17

In diesem Wintersemester bieten Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein und Prof. Dr. Elke Hergenröther wieder ein gemeinsames Projekt aus den Themengebieten Embedded Systeme und graphischer Datenverarbeitung an.  Zur Auswahl stehen zwei verschiedene Themenvorschläge.

 

1. Themenvorschlag: Situationserkennung fĂĽr Ambient Assisted Living

Neben den Komfortaspekten eines Smart Home gewinnen mit altersgerechten Assistenzsystemen (Ambient Assisted Living AAL) zunehmend die UnterstĂĽtzung fĂĽr ein unabhängiges und selbstbestimmtes Leben im  Alter an Bedeutung.

Erinnere an …

Im Rahmen des Forschungsprojekts sDDS4SmartHome untersuchen wir Szenarios, wie in Zukunft Wohnungen mit Assistenzfunktionen ausgestattet werden können. Eine Assistenz soll beim Verlassen der Wohnung davor warnen, ob es in der Wohnung Gefahrenpunkte wie eingeschaltete elektrische Geräte, Herde, offene Fenster oder andere Aspekte gibt. Ist eine Gefahr erkannt, kann die Warnung z.B. durch Färbung des Deckenlichts signalisiert werden.

Erkenne die Situation …

Ein Bewegungsmelder kann nur erkennen, dass sich eine Person in der Nähe einer Wohnungstür befindet. Eine intelligente Situationserkennung sollte unterscheiden, ob die Wohnung tatsächlich verlassen wird. Bei mehreren Bewohnern sollte nur die letzte Person gewarnt werden. Und eine Person, die sich nur in der Nähe der Wohnungstür aufhält, sollte keine Warnung auslösen.

…mit Privatspäre…

Dabei wollen wir Cloud-basierte Ansätze vermeiden und keine Informationen über das Privatleben an Rechenzentren schicken. Stattdessen soll der Videostream einer Webcam direkt lokal in einem Embedded System analysiert werden. Situationen, in denen eine Warnung erfolgt, können privat bleiben.

Als Projekt...

wollen wir untersuchen, inwieweit sich die Erkennung unterschiedlicher Situationen (mehrere Personen, Haustiere, …) unter Einsatz aktueller Embedded Boards implementieren lässt.

sDDS4SmartHome in Kooperation mit

Hochschule Rhein-Main
Vonovia SE - Wohnungsvermietung und -dienstleistungen
COUNT+CARE GmbH - Tochterunternehmen der HSE
Thermokon Sensortechnik GmbH - Sensorik für Heizsysteme und Gebäude

 

2. Themenvorschlag: Virtuelle BĂĽhnenbilder mit der HoloLens

In der Industrie nutzt man die virtuelle Produktentwicklung bereits sehr lange. Diese Technik soll nun fĂĽr die Theaterwelt adaptiert werden.

Ziel des Projektes ist es prototypisch eine Technik zu entwickeln mit der man die riesigen Leinwände der BĂĽhnenbilder bereits vor Ihrer Fertig­stellung als virtuelle Prototypen auf der realen BĂĽhne sehen kann, um beispielsweise ihre Wirkung zu testen. Um dies realisieren zu können, wird die Firma Bosch-Rexroth, in deren Auftrag und mit deren UnterstĂĽtzung das Projekt realisiert werden soll, eine HoloLens von Microsoft zur VerfĂĽgung stellen.  

Der Prototyp soll schrittweise entwickelt werden. Geplant sind die nach­folgend beschriebenen Teilschritte:

Teilschritt 1:

Ein Tennisball, wird auf einer Schnur aufgehängt. Beim Blick durch die HoloLens soll Zusatzinformation, vielleicht die Pendelgeschwindigkeit, angezeigt werden. Hierfür soll das HoloLens-API genutzt werden.

Teilschritt 2:

Unity stellt eine API für die HoloLens zur Verfügung. Im nächsten Schritt soll evaluiert werden, in wie weit es von Vorteil ist Unity für das Projekt zu nutzen.

Teilschritt 3:

Im letzten Schritt wird dann der eigentliche Prototyp realisiert. Die Firma Bosch-Rexroth stellt ein Modell eines Hebewerks fĂĽr BĂĽhnen­bilder zur VerfĂĽgung. Konkret ist dies eine Laststange, die mit zwei SeilzĂĽgen verbunden ist, um die BĂĽhnenbilder in die Höhe ziehen zu können. Die Höhenwerte können ausgelesen werden und sollen zusammen mit einer Bezeichnung und einer virtuellen Kulisse an der Laststange in der HoloLens sichtbar sein. Ein Datenaustausch zwischen HoloLens und dem realen physikalischen Modell per TCP/IP ist nötig.  

 

Wir freuen uns auf ein spannendes Projekt mit Euch!

Weitere Informationen bei:

Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein oder
Prof. Dr. Elke Hergenröther

 

 

 

 


Master-Projekt Systementwicklung als Blockveranstaltung im WS15/16

In der kommenden vorlesungsfreien Zeit bieten Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein und Prof. Dr. Elke Hergenröther ein Master-Projekt Systementwicklung aus den Themengebieten Embedded Systeme und graphischer Datenverarbeitung an. Es basiert auf dem im Sommersemester 2015 begonnenen Projekt.

Die Idee des "Digitalen Presenters
Ein Stift mit Kamera erkennt anhand feiner Muster in dem angezeigten Bild, auf
welchen Bereich er zeigt. Somit lassen sich Stellen von besonderem Interesse
hervorheben.

Aktueller Stand
Momentan verwenden wir noch eine statische Kamera, um die projizierten Bilder aufzunehmen. Mittels verschiedener Algorithmen wird das Kamerabild bildverarbeitungstechnisch aufbereitet, um daraus die Muster zu extrahieren.

Wir benutzen OpenCV, um die erforderlichen bildverarbeitungstechnischen Schritte zu realisieren. Die verwendete Sprache ist dabei C++. Die Projektdateien werden mit CMake erzeugt, daher könnt Ihr unabhängig von Eurem Betriebssystem mitarbeiten.

Erste Softwarekomponenten zur Mustererkennung sowie zur Mustererzeugung sind teilweise aus dem vorherigen Projekt verwendbar. Hardwarekomponenten stehen noch keine Fest, hier könnt Ihr eure eigenen Vorschläge ins Projekt mit einbringen.
Das Projekt selbst steckt noch in den Anfangsschuhen, daher sind wir auch offen fĂĽr
neue Ideen!

Das genaue Projektziel und eine erste Definition der Teilaufgaben werden wir gemeinsam am ersten Projekttag im Form eines Workshops erarbeiten.

Wir freuen uns auf ein spannendes Projekt mit Euch!


Weitere Informationen bei:
Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein
Prof. Dr. Elke Hergenröther

 

Jetzt belegen! Die LV ist bereits im OBS verfĂĽgbar!


Master-Projekt Systementwicklung SS 2015

Im Sommersemester 2015 bieten Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein und Prof. Dr. Elke Hergenröther ein gemeinsames Projekt aus den Themengebieten Embedded Systeme und graphischer Datenverarbeitung an:

„Der digitale Presenter“

 

Das Problem

Sie präsentieren mit Laptop und Beamer und wollen auf etwas Wichtiges hinweisen. Sie nehmen ihren Laserpointer. Ein kleiner leuchtender Punkt zittert auf den Bereich zu, der Ihnen wichtig ist. Sobald Sie ihr Publikum wieder anschauen, verschwindet der Punkt. Eine Hand reckt sich in der letzten Reihe hoch. Wo waren wir noch mal?

Papier kann interaktiv sein

Seit ein paar Jahren gibt es digitale Stifte, die auf gedrucktem Papier feine, hoch aufgelöste Muster erkennen können. Anbieter vertreiben diese als Produkte wie Tiptoi® oder TING®, die interaktive Konzepte insbesondere für Lernspiele nutzen. Mit einem intelligenten Stift und einem Buch haben Sie bereits alles.

Die Idee

Beamer, Displays und Kameras bekommen immer höhere Auflösungen. Ein Stift mit Kamera erkennt anhand feiner Muster in dem angezeigten Bild, auf welchen Bereich er zeigt. Diese Information gibt er an das anzeigende Gerät, welches den Bereich sichtbar markiert. Unser Publikum sieht sofort, worum es geht. Ist die Auflösung hoch genug und unser Publikum weit genug weg, sieht nur der Stift die feinen Muster.

Die Grundlagen

Muster, in denen digitale Informationen kodiert sind, begegnen uns überall. QR-Codes sind Beispiele, wie sich eine beliebige Information kodieren lässt. Eine Kamera nimmt den Code auf, den ein Algorithmus extrahiert und daraus die Information dekodiert. Im Unterschied zu QR-Codes sind die Muster für digitale Stifte direkt mit in ein Bild gedruckt, so dass das menschliche Auge vorrangig das Bild wahrnimmt und nicht die ebenso enthaltenen Muster.

SCRUM fĂĽr den Weg

Die Idee ist da. Nur gibt es keinen fertigen Plan hin zum Ziel. Sie werden eine Reihe von Fragen klären müssen, welche technischen Grenzen es gibt und welche Implementierungen möglich und machbar sind. Agile Vorgehensweisen eignen sich für solche Problemstellungen sehr gut. Wir wählen SCRUM.

Das Ziel

Sie entwickeln einen Prototyp eines „digitalen Presenters“ mit auszuwählender Hardware und Algorithmen zur Erkennung der Muster. Dazu entwickeln Sie eine Anwendung, mit der sich der Prototyp verwenden lässt. Die agile Vorgehensweise unterstützt uns dabei, zu einer in dem gegebenen zeitlichen Umfang machbaren Umsetzung zu gelangen und weiterführende Ideen für Folgesemester zu generieren.

 

Wir freuen uns auf ein spannendes Projekt mit Ihnen!

 

Weitere Informationen bei:

Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein

Prof. Dr. Elke Hergenröther