Fernsteuerbare und hochgradig automatisierte Kontrollsysteme für die Aufgaben zukünftiger GGOS-Stationen

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1 Fernsteuerbare und hochgradig automatisierte Kontrollsysteme für die Aufgaben zukünftiger GGOS-Stationen (FESG) Martin Ettl (FESG), Matthias Mühlbauer (BKG), Martin Riederer (HS Deggendorf), Christian Plötz (BKG), Pierre Lauber (FESG), Andreas Leidig (FESG), Helge Rottmann (MPIfR), Hayo Hase (BKG), Walter Alef (MPIfR), Sergio Sobarzo (Udec), Cristian Herrera (Udec), Ed Himwich (NASA/GSFC/NVI), Reiner Dassing (BKG), Gerhard Kronschnabl (BKG), Erhard Bauernfeind (FESG), Ewald Bielmeier (FESG), Raimund Schatz (FESG), Reinhard Zeitlhöfler (FESG), Walter Schwarz (BKG) 1

2 Global Geodetic Observing System (GGOS) - Interdisziplinarität (S. 23, 262,...) => Klare Strukturen, Eingreifmöglichkeiten, Adaptionen - Mehrere Techniken sind für ein GGOS-Produkt nötig (S. 25) => Vermischung, Optimierung, Vereinheitlichung - Spezifikation: globales Netzwerk von Referenzstationen und Substationen mit guter, globaler Verteilung (S. 224) => remote, technische Beobachtungsstrategien - Monitor station health und schnelle Problembehebung (S.263) => Monitoring, Kontrollstellen, Fernzugriff, Fernassistenz - von wissenschaftlichem Betrieb hin zu operationellem (S. 283) => Qualitativ hochwertige Steuerungen, Automatisierung, Verlässlichkeit - temporäre Nutzeranforderungen (S. 285) => Flexibilität, flexible Beeinflussung durch Endnutzer - Standards (S. 284,...) => Standardisierung auch von der Messtechnik an... 2

3 Eigentlich schon eine typische GGOS-Station... Time& Frequency Radio Telescope Wettzell Meteo Laser Ranging Telescope Ringlaser (Large gyroscope) New gravimetry house GPS Area of the new Twin Radio Telescope Wettzell Gravimetry 3

4 Ideen zu neuen Betriebsstrategien 4

5 Weltweit verteilte Messsysteme un Kommunikationsmöglichkeiten Telearbeit Verteilung je Station RT Wettzell/ Germany TT Wettzell/ Germany TIGO Concepción/Chile 5 GARS O Higgins/Antarctica

6 - Sicherer, passiver Datenzugriff (live monitoring) - Kontrollzugriff durch externe Verantwortliche - Verteilter Zugriff zwischen Observatorien - Beobachtung von verteilten Nachtschichten Verteilte Beob. (shared) Neue Betriebsstrategien - Prüfen von Systemzuständen überall vom Observatorium - Telearbeit für begleitende Wochenendbeobachtungen - Fernassistenz-/diagnose - Steuerung von entfernten, unzugänglichen Teleskopen Ferngesteuerte Beob. (remote) - Beobachtungen laufen autonom und automatisch (bzw. semi-automatisch) Unbeaufsichtigte Beob. (unattended) 6

7 Neue Betriebsstrategien - Sicherer, passiver Datenzugriff (live monitoring) - Kontrollzugriff durch externe Verantwortliche - Verteilter Zugriff zwischen Observatorien - Beobachtung von verteilten Nachtschichten Verteilte Beob. (shared) - Prüfen von Systemzuständen überall vom Observatorium - Telearbeit für begleitende Wochenendbeobachtungen - Fernassistenz-/diagnose - Steuerung von entfernten, unzugänglichen Teleskopen Ferngesteuerte Beob. (remote) - Beobachtungen laufen autonom und automatisch (bzw. semi-automatisch) Unbeaufsichtigte Beob. (unattended) econtrol* * je System mit gewissen Abwandlungen und nur mit verlässlicher Hardware und geschultem Service-Personal vor Ort 7

8 Neue Betriebsstrategien - Sicherer, passiver Datenzugriff (live monitoring) - Kontrollzugriff durch externe Verantwortliche - Verteilter Zugriff zwischen Observatorien - Beobachtung von verteilten Nachtschichten Verteilte Beob. (shared) - Prüfen von Systemzuständen überall vom Observatorium - Telearbeit für begleitende Wochenendbeobachtungen - Fernassistenz-/diagnose - Steuerung von entfernten, unzugänglichen Teleskopen Ferngesteuerte Beob. (remote) - Beobachtungen laufen autonom und automatisch (bzw. semi-automatisch) Unbeaufsichtigte Beob. (unattended) econtrol* SysMon * je System mit gewissen Abwandlungen und nur mit verlässlicher Hardware und geschultem Service-Personal vor Ort 8

9 Wettzeller Basis für die neuen Beobachtungsstrategien: Verteilte Systeme 9

10 Verteilte Systeme Auf der Basis autonomer Produktions-/Prozesszellen Datenzentren Teleskop Kuppel Laser Datenbank Kontrollsystem Empfänger Operator Kameras Überwachung Eventtimer 10

11 Verteilte Systeme Auf der Basis autonomer Produktions-/Prozesszellen Zum Vergleich: VLBI (40m Antenne Yebes) Zu beachten: Generelle Strukturierung => Verteilte Systeme Vicente, P. de; Bolaño, R.; Barbas, L.: The 40m OAN radiotelescope control system. Results. 8th RadioNet Engineering Workshop. Yebes/Spain

12 Verteilte Systeme Was sind autonome Produktions-/Prozesszellen? (Selbstverwaltung) Simple Log Access or e-shell output e-shell* Fieldsystem Watchdog- (Father-) Process Activation Own code FS Shared Memory Device Device Device Memory Request Automatic Safety Device Request Own code SNAP Inject Must be written by user 12

13 Datenzentren Technische Universität München Verteilte Systeme Autonome Produktions-/Prozesszellen agieren hierarchisch miteinander slrdbsap Datenbank tcu Teleskop Remote-GUI sched domectrl Serial Kuppel Operator tru Serial Empfänger laserctrl Serial Laser eventtimer Eth. Eventtimer sysmon Überwachung sensicam PCI LWL Kameras 13

14 Generative Kommunikation Autonome Produktions-/Prozesszellen agieren hierarchisch miteinander 14

15 Wettzeller Basis für die neuen Beobachtungsstrategien: Generative Kommunikation 15

16 Generative Kommunikation Generative Programmierung der Kommunikation Präsentations- und Nutzercode Gerätsteuerungscode Kommunikationscode Generative Programmierung 16 Strikte Trennung der Aufgabenblöcke

17 Generative Kommunikation Generative Programmierung der Kommunikation mit idl2rpc.pl fsmc.idl idl2rpc.pl fsmc.idl Schritt 1: Definition der Schnittstelle in einer IDL-Datei Schritt 2: Aufruf des Generators idl2rpc.pl Schritt 4: Schreiben des Präsentationscodes FS GUI (wxwidgets) Automatically generated communication code FSconnection code Schritt 3: Füllen des Codeskeletts für den Gerätecode g++ Schritt 5: Übersetzen g++ Graphical User Interface (GUI) Command line shell Web Interface fsmc Client fsmc Server 17

18 Generative Kommunikation Generative Programmierung der Kommunikation mit idl2rpc.pl fsmc.idl idl2rpc.pl fsmc.idl Schritt 1: Definition der Schnittstelle in einer IDL-Datei Schritt 2: Aufruf des Generators idl2rpc.pl Schritt 4: Schreiben des Präsentationscodes FS GUI (wxwidgets) Automatically generated communication code FSconnection code Schritt 3: Füllen des Codeskeletts für den Gerätecode g++ Schritt 5: Übersetzen g++ Graphical User Interface (GUI) Command line shell Web Interface fsmc Client autom. SSH fsmc Server 18

19 Wettzeller Basis für die neuen Beobachtungsstrategien: System Monitoring 19

20 System Monitoring von Zusatzparametern Lokale Sicherheit (Arbeitsschutz) und Stabilität durch Monitoring Schnelle Not-Aus- Aktoren Aufbau auf gängigen Rechnerarchitekturen mit robusten Bauweisen Aufbau als modulares, mehrstufiges System Offenheit bzgl. verschiedener Datenzugangsgeräte und Sensoren Aufbau als rein passives System zum Monitoren ohne Aktoren Aufbau auf Linux-Betriebsystemen (evtl. Minimal-Linuxsystem) Nutzen von Open Source Umsetzungen Programmierung mit C/C++ Interne Umsetzung auf der Basis von idl2rpc Herstellerunabhängiges Design 20

21 System Monitoring von Zusatzparametern Lokale Sicherheit (Arbeitsschutz) und Stabilität durch Monitoring Meteo, WVR, Clock Offsets, Wissenschaft & Analyse Daten Stromversorgung, Windlasten, Not- Aus, Rack-Temp., System Operations- Daten Servo Spannungen, Schleppfehler, mit hohen Abtastraten Diagnose 21

22 Wettzeller Basis für die neuen Beobachtungsstrategien: Graphische Nutzerinteraktion 22

23 Graphische Nutzerinteraktion - Separation zwischen Darstellung und Logik/Prozessierung - Austauschbarkeit der Darstellungsschicht (Kommando-Shell (ncurses), Graphical User Interface (wxwidgets), Web-basiert via Browser, Web Service, ) - Fernsteuerbar durch Client-Server-Architektur mit idl2rpc-middleware - Modularität in Fensterbereiche mit zusätzlicher Möglichkeit der Nutzung von Administratorzugängen für jedes Endgerät - Basis für graphische Schnittstelle: wxwidgets (C++ basiertes Open- Source-Framework für die Entwicklung von Graphical User Interfaces auf verschiednenen Plattformen wie z.b. Linux, Windows, OS/X ) 23 Webcam

24 Graphische Nutzerinteraktion 24

25 Graphische Nutzerinteraktion Schnellansicht bei verteilten Beobachtungen (in Bearbeitung) Overview RTW TTW1 TTW2 TIGO O Higgins Overview Site Cam State Schedule Time Last error Source Next RTW TTW1 TTW2 TIGO O Hig 25

26 Und alles zusammen ergibt sich die Basis für econtrol 26

27 e-control Technische Universität München econtrol Live Demo FS Monitor Client GUI FS Monitor Client Communication Graphical User Interface (GUI) Client Network Kommunikation FS Monitor Server Communication FS Monitor Server Functionality FS Monitor FS Server Funktionalität Device Device Device 27

28 Und was die Zukunft bringt... Wettzell Japan????? Concepciòn? Tasmania O Higgins 28

29 Und die Zukunft bringt... 1) Teilnahme am NEXPRES-Projekt (EVN) zur Entwicklung eines Authentifizierungs- und Autorisierungsmechanismus für e-control zusammen mit dem MPIfR Bonn (eine Mitarbeiter für 3 Jahre) 2) Abschluss der Entwicklungsarbeiten des Kontrollsystems für SLR 3) Produktionsreife des Monitoring Systems 4) Ausbau der unterstützen Hardware 5) Weiterentwicklung der Technologie und erste verteilte Beobachtungen 6) Weitere Anfragen verschiedener Stationen (z.b. SKA): Open source Projektserver => Technische Realisierung von GGOS stationen 29

30 Danke für die Aufmerksamkeit! RTW TTW1 TTW2 OHIGGINS TIGO SOSW WLRS Datenzentren Similar to: Hase, Hayo; et. al.: Twin Telescope Wettzell (TTW) a VLBI2010 Radio Telescope Project. IVS General Meeting 2008 Ein glücklicher Beobachter in seinem kleinen, privaten Kontrollraum! 30

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