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This work presents a new concept to implement the elliptic curve point multiplication (PM). This computation is based on a new modular arithmetic over Gaussian integer fields. Gaussian integers are a subset of the complex numbers such that the real and imaginary parts are integers. Since Gaussian integer fields are isomorphic to prime fields, this arithmetic is suitable for many elliptic curves. Representing the key by a Gaussian integer expansion is beneficial to reduce the computational complexity and the memory requirements of secure hardware implementations, which are robust against attacks. Furthermore, an area-efficient coprocessor design is proposed with an arithmetic unit that enables Montgomery modular arithmetic over Gaussian integers. The proposed architecture and the new arithmetic provide high flexibility, i.e., binary and non-binary key expansions as well as protected and unprotected PM calculations are supported. The proposed coprocessor is a competitive solution for a compact ECC processor suitable for applications in small embedded systems.
Die Projektaufgabe bestand darin, den aktuellen Laborversuch zu modernisieren, indem die Kommunikation zwischen dem Versuchsaufbau und Laborrechner nicht wie bisher über Wandlerkarten stattfindet, sondern über EtherCAT und TwinCAT 3.
Die Installation von TwinCAT 3 mit den zugehörigen Erweiterungen und erforderlichen Programmen stellt sich als sehr umfangreich und schwierig dar, was die Installationsanleitungen zeigen. Außerdem gab es sehr viele Fehlerquellen, die nicht auf Anhieb ersichtlich waren, wie das Aktualisieren der aktuellen MATLAB Version. Ist die Installation abgeschlossen kann die Kommunikation zwischen MATLAB und TwinCAT relativ einfach umgesetzt werden.
In der Projektarbeit wurde anfangs dann die Kommunikation mit mehreren Tests überprüft und Optimierungen vorgenommen. So wurde zum Beispiel die Wegbegrenzung angepasst. Schwierigkeiten zeigten sich bei der Bedienung über MATLAB oder beim Abstürzen von MATLAB, da beim Stoppen oder Abstürzen von MATLAB, der zuletzt gesendete Wert immer noch an TwinCAT 3 anliegt und somit der Aktor weiter verfahren würde. Diese sehr gefährliche Situation wäre ein gravierender Nachteil, gegenüber der alten Kommunikation mit einer Wandlerkarte. Um einen sicheren Stopp zu garantieren, wird über ein neues TcCOM Objekt der Matlab-Status mit einem Togglebit überprüft, ändert sich der Wert des Bits nicht mehr, stoppt die Anlage sicher.
Um einen Vergleich mit dem bisherigen Masterversuch erhalten zu können, wurde die Strecke mit der neuen Kommunikation untersucht und ein passender Regler dafür auszulegt.
Die Auswertung der Impulsantwort sowie der „Spectrum-Analyse“ zeigten beim Vergleich mit den Schnittstellen gleiche Ergebnisse, somit sind die Versuche bei dem Laborversuch ohne Einschränkungen durchführbar. Die Auslegung des Reglers zeigte entgegen den Prognosen der Beckhoff-Experten sehr gute Ergebnisse und die Kommunikation über die Schnittstelle zeigte keine Probleme.
Einschränkungen zeigten sich jedoch bei der einzustellenden Abtastzeit, da eine Abtastzeit unter 2ms nicht möglich ist. Zwar kann man eine geringere Abtastzeit einstellen, jedoch zeigt sich bei der Auswertung, dass die Schnittstelle mit Abtastzeiten unter 2ms Probleme aufweist. Die Rechendauer wird deutlich größer und die größere Anzahl an Messpunkte kann nicht richtig verarbeitet werden. Ein Regler kann damit nicht implementiert werden.
Die Projektarbeit konnte somit erfolgreich angeschlossen werden und bis auf die aufwendige Installation sind die Erweiterungen von Beckhoff sehr zuverlässig und gut zu bedienen. Die ersten Voruntersuchen waren positiv, somit kann auch an weiteren Laborrechnern eine Umstellung der Schnittstelle in Betracht gezogen werden.
Shared Field, Divided Field
(2020)
The IETF, concerned with the evolution of the Internet architecture, nowadays also looks into industrial automation processes. The contributions of a variety of IETF activities, initiated during the last ten years, enable now the replacement of proprietary standards by an open standardized protocol stack. This stack, denoted in the following as 6TiSCH-stack, is tailored for industrial internet of things (IIoTs). The suitability of 6TiSCH-stack for Industry 4.0 is yet to explore. In this paper, we identify four challenges that, in our opinion, may delay or hinder its adoption. As a prime example of that, we focus on the initial 6TiSCHnetwork
formation, highlighting the shortcomings of the default procedure and introducing our current work for a fast and reliable formation of dense network.
The recovery of our body and brain from fatigue directly depends on the quality of sleep, which can be determined from the results of a sleep study. The classification of sleep stages is the first step of this study and includes the measurement of vital data and their further processing. The non-invasive sleep analysis system is based on a hardware sensor network of 24 pressure sensors providing sleep phase detection. The pressure sensors are connected to an energy-efficient microcontroller via a system-wide bus. A significant difference between this system and other approaches is the innovative way in which the sensors are placed under the mattress. This feature facilitates the continuous use of the system without any noticeable influence on the sleeping person. The system was tested by conducting experiments that recorded the sleep of various healthy young people. Results indicate the potential to capture respiratory rate and body movement.
In my research sabbatical I was working on three different topics, namely orthogonal polynomials in geometric modeling, re-parametrized univariate subdivision curves, and reconstruction of 3d-fish-models and other zoological artifacts. In the subsequent Sections, I will describe my particular activity in these different fields. The sections are meant to present an overview of my research activities, leaving out the technical details.
Section 1 is on orthogonal polynomials and other related generating systems for functions systems of smooth function.
In Section 2, I will discuss the application of various re-parametrization schemes for interpolatory subdivision algorithms for the generation of space curves.
The next Section 3 is concerned with my research at the University of Queensland, Brisbane, in collaboration with Dr. Ulrike Siebeck from the School of Biomedical Sciences on fish behavior and reconstruction of 3d-fish models in particular.
In the last Section 4, I will describe what effects this research will have on in my subsequent teaching at the University of Applied Science Konstanz (HTWG).