The slide introduces the TGR-1E Telemetry System, a CAN-to-Cloud telemetry solution designed for the electric race car TGR-1E in Formula Student. It presents the system's design, architecture, and implementation.

TGR-1E Telemetriesystem

CAN-zu-Cloud-Telemetrie für das elektrische Rennfahrzeug TGR-1E in Formula Student. Präsentiert Entwurf, Architektur und Implementierung.

Source: TGR-1E Telemetriesystem – Vollständig deutsche Version der Präsentation

High data rates from the CAN bus in real-time telemetry for Formula Student vehicles like the electric race car TGR-1E demand efficient processing and a reliable system as the central goal. Cloud integration enables detailed analysis, while optimizing real-time transmission and storage provides competitive advantages.

Motivation und Problemdefinition (2/20)

• Hohe Datenraten vom CAN-Bus in Echtzeit-Telemetrie erfordern effiziente Verarbeitung.
• Cloud-Integration für detaillierte Analyse in Formula Student Herausforderung.
• Zuverlässiges Telemetriesystem für das elektrische Rennfahrzeug TGR-1E zentrales Ziel.
• Echtzeitübertragung und Speicherung optimieren für Wettbewerbsvorteile.

Source: Herausforderungen der Echtzeit-Telemetrie in Formula Student: Hohe Datenraten vom CAN-Bus, Cloud-Integration für Analyse. Ziel: Zuverlässiges System für TGR-1E.

The slide discusses key technologies for vehicle telemetry in racing, including CAN protocols for reliable real-time vehicle communication, MQTT for efficient IoT cloud transmission, and InfluxDB for time-series analysis of telemetry data. It also outlines essential requirements such as latency under 100 ms for real-time race monitoring, scalability to handle high data rates during races, and security mechanisms to protect against disruptions in dynamic conditions.

Literaturanalyse und Anforderungen (3/20)

• CAN-Protokolle: Standard für zuverlässige Fahrzeugkommunikation und Echtzeitdaten.
• MQTT: Leichtgewichtiges Protokoll für effiziente Cloud-Übertragung in IoT.
• InfluxDB: Optimierte Datenbank für Zeitreihenanalyse von Telemetrie.
• Anforderung: Latenz <100 ms für Echtzeit-Rennüberwachung.
• Skalierbarkeit: Handhabung hoher Datenraten unter Rennbelastung.
• Sicherheit: Schutzmechanismus gegen Störungen in dynamischen Bedingungen.

Source: TGR-1E Telemetriesystem

Vehicle sensors transmit data via the CAN-Bus to a PC-Gateway, which aggregates and processes telemetry in real-time while converting robust CAN communication to higher-level protocols. The Gateway then sends processed data to the cloud using MQTT, where InfluxDB efficiently stores and analyzes time-series data for scalable storage and remote access in the TGR-1E system.

Architektur und Systemaufbau (4/20)

This slide outlines the PC-first prototype architecture, positioning the PC as a gateway for processing CAN data. It details Python scripts for reading CAN messages, sending telemetry data via MQTT, and includes a placeholder for an architecture diagram.

PC-First-Prototyp-Architektur (5/20)

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• PC als Gateway für CAN-Datenverarbeitung.
• Python-Skripte lesen CAN-Nachrichten ein.
• MQTT-Versand der Telemetriedaten.
• Platzhalter für Architektur-Diagramm.

Source: Image from Wikipedia article "CAN bus"

In 2023, the literature research on CAN-Cloud integration was successfully completed through a comprehensive analysis of relevant publications. In 2024, ongoing work includes DBC design implementation and testing, planned CAN bus simulation, PC gateway prototype development, and MQTT-to-InfluxDB pipeline integration for cloud storage.

Arbeitsstatus (Gantt – Erste 5 Kategorien) (6/20)

2023: Literaturrecherche abgeschlossen Umfassende Analyse relevanter Publikationen zur CAN-Cloud-Integration erfolgreich finalisiert. 2024: DBC-Design in Arbeit Entwicklung des Datenbank-Schemas für CAN-Nachrichten wird derzeit implementiert und getestet. 2024: CAN-Simulation geplant Simulation des CAN-Busses für Telemetriedaten steht in naher Zukunft auf dem Plan. 2024: PC-Gateway Prototyp Erster Prototyp des PC-Gateways für Datenübergabe erfolgreich aufgebaut und initial getestet. 2024: MQTT zu InfluxDB testend Integration und Testphase der MQTT-zu-InfluxDB-Pipeline für Cloud-Speicherung laufen.

Source: TGR-1E Telemetriesystem

The slide presents key performance benchmarks for a system, highlighting a system latency of 50 ms compared to competitors' 120 ms. It also features a throughput rate of 100 kbps for data transmission per second and a reliability of 99.9% for high system stability.

Benchmark & Bewertung (7/20)

• 50 ms: Systemlatenz

vs. 120 ms Konkurrenz

• 100 kbps: Durchsatzrate

Datenübertragung pro Sekunde

• 99,9%: Zuverlässigkeit

Hohe Systemstabilität

This slide presents demo results highlighting real-time data visualization in a cloud dashboard. It demonstrates successful transmission of CAN data with a stable connection and consistent data flow.

Demoergebnisse (8/20)

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• Echtzeit-Datenvisualisierung im Cloud-Dashboard
• Erfolgreiche Übertragung von CAN-Daten
• Stabile Verbindung und Datenfluss demonstriert

Source: Image from Wikipedia article "CAN bus"

The slide outlines the remaining tasks for the downlink implementation, focusing on transmitting cloud commands to CAN and integrating ECU control for bidirectional functionality. It also covers conducting tests for bidirectionality and system validation, extending the CAN interface for real-time commands, and completing documentation and overall system integration.

Verbleibende Arbeiten (Downlink) (9/20)

• Downlink-Implementierung: Cloud-Kommandos zu CAN übertragen
• Integration der ECU-Steuerung für bidirektionale Kontrolle
• Tests der Bidirektionalität und Systemvalidierung durchführen
• Erweiterung der CAN-Schnittstelle für Echtzeit-Befehle
• Dokumentation und Integration in das Gesamtsystem

The timeline slide outlines the project roadmap for a CAN-to-Cloud telemetry system, starting with prototype finalization in Q3 2024, including completion of all core components. It progresses to integration and testing on the TGR-1E electric race car in Q4 2024, full system integration and validation in Q1 2025, and optimization with deployment for Formula Student in Q2 2025.

Zeitplan und Roadmap (10/20)

Q3 2024: Prototyp-Finalisierung Abschluss der Prototyp-Entwicklung für CAN-zu-Cloud-Telemetrie mit allen Kernkomponenten. Q4 2024: Tests auf TGR-1E Integration und umfassende Tests des Systems auf dem elektrischen Rennfahrzeug TGR-1E. Q1 2025: Vollintegration des Systems Vollständige Integration in das Telemetriesystem mit Validierung und Abhängigkeitsprüfung. Q2 2025: Optimierung und Deployment Feinabstimmung basierend auf Tests und finales Deployment für Formula Student.

Source: TGR-1E Telemetriesystem

This section header slide, titled "Anhänge: Technische Details," marks the 11th of 20 sections in the presentation. It introduces the appendices, which provide detailed specifications and diagrams for technical aspects.

Anhänge: Technische Details

11/20

Anhänge: Technische Details

Einführung in die Anhänge mit detaillierten Spezifikationen und Diagrammen

Source: TGR-1E Telemetriesystem – Vollständig deutsche Version der Präsentation

The DBC file specifies the CAN message structure for sensor data, including speed and battery information, with details on message IDs, lengths, and signal assignments. The project is currently 80% complete with integration underway, and the next steps involve validation and expansion to additional sensors.

DBC-Datei-Spezifikation (12/20)

• DBC-Datei definiert CAN-Nachrichtenstruktur für Sensoren.
• Spezifikation umfasst Geschwindigkeits- und Batteriedaten.
• Nachrichtenformat: ID, Länge und Signalzuordnungen.
• Aktueller Status: 80% abgeschlossen, Integration läuft.
• Nächste Schritte: Validierung und Erweiterung auf weitere Sensoren.

The slide presents simulation results for CAN data streams, highlighting stable transmission and full validation of protocol integrity with no detected errors in data integrity. It concludes with a successful simulation specifically for TGR-1E telemetry.

CAN-Simulationsergebnisse (13/20)

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• Simulierte CAN-Datenströme zeigen stabile Übertragung.
• Protokoll-Integrität vollständig validiert.
• Keine Fehler in der Datenintegrität erkannt.
• Erfolgreiche Simulation für TGR-1E Telemetrie.

Source: Image from Wikipedia article "Virtual Air Traffic Simulation Network"

The slide details the implementation of a PC-Gateway, including Python code snippets created for SocketCAN integration and a Paho-MQTT client for cloud communication. It highlights the successful forwarding of CAN data to an MQTT broker, with the system currently functional while performance optimizations are ongoing.

PC-Gateway-Implementierung (14/20)

• Python-Code-Snippets für SocketCAN-Integration erstellt.
• Paho-MQTT-Client für Cloud-Kommunikation implementiert.
• CAN-Daten erfolgreich an MQTT-Broker weitergeleitet.
• Status: Funktional, Optimierung der Performance läuft.

The MQTT to InfluxDB performance slide highlights a processing speed of 1000 data points per second during testing. It also reports a 99% storage success rate under high load and performance that is 50% faster than Kafka.

MQTT→InfluxDB Performance (15/20)

• 1000: Datenpunkte/s

Verarbeitungsgeschwindigkeit im Test

• 99%: Speicherungserfolg

Erfolgsquote bei hoher Last

• 50%: Schneller als Kafka

Vergleich mit Alternativen

The slide features a quote from SAE International emphasizing that CAN remains the established standard for automotive telemetry due to its robust, real-time communication capabilities for vehicle systems. It highlights the importance of prioritizing CAN protocols in modern race car telemetry systems, such as the TGR-1E.

Literaturzitate (16/20)

> CAN bleibt der etablierte Standard für Automotive-Telemetrie, da es eine robuste, real-time fähige Kommunikationsschnittstelle für Fahrzeugsysteme bietet. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, CAN-Protokolle in modernen Rennfahrzeug-Telemetriesystemen wie dem TGR-1E zu priorisieren.

— SAE International (Society of Automotive Engineers)

Source: Formula Student Guidelines

The slide provides a progress overview, highlighting achieved milestones such as completed literature research and requirements analysis, finalized DBC design for CAN-Bus, successful CAN simulation testing, implemented and validated PC gateway prototype, and functional MQTT-to-InfluxDB integration. It also outlines open items including ongoing downlink functionality development from cloud to CAN, pending full system integration and real-time tests, risks like cloud communication latency and MQTT broker stability dependency, plus next steps involving benchmark comparisons and final calibration.

Fortschrittsübersicht (17/20)

| - Literaturrecherche und Anforderungsanalyse abgeschlossen.

• DBC-Design für CAN-Bus finalisiert.
• CAN-Simulation erfolgreich getestet.
• PC-Gateway-Prototyp implementiert und validiert.
• MQTT-zu-InfluxDB-Integration funktional. | - Downlink-Funktionalität (Cloud → CAN) in Entwicklung.
• Vollständige Systemintegration und Echtzeit-Tests ausstehend.
• Risiken: Latenz in der Cloud-Kommunikation; Abhängigkeit von MQTT-Broker-Stabilität.
• Nächste Schritte: Benchmark-Vergleich und finale Kalibrierung. |

This agenda slide summarizes key attachments in a telemetry system project, covering system design and architecture with an overview of the system's blueprint and structure. It also outlines the implementation of core modules including PC-Gateway, MQTT, and InfluxDB integration; test procedures with simulation, benchmark, and demo results; plus technical details like schemata, Gantt charts, and progress overviews.

Zusammenfassung der Anhänge (18/20)

1. Systemdesign und Architektur

Überblick über Entwurf und Aufbau des Telemetriesystems.

2. Implementierung der Kernmodule

Beschreibung der PC-Gateway, MQTT und InfluxDB-Integration.

3. Testverfahren und Validierung

Ergebnisse von Simulationen, Benchmarks und Demo-Tests.

4. Technische Details und Diagramme

Detaillierte Schemata, Gantt-Charts und Fortschrittsübersichten. Source: TGR-1E Telemetriesystem – Agenda der technischen Anhänge: Von Design bis Tests

The slide on security aspects highlights how MQTT communication is secured via TLS encryption, with firewall rules configured for limited cloud access and adherence to Formula Student safety regulations. It also covers protection against unauthorized access through authentication, along with regular audits and software updates.

Sicherheitsaspekte (19/20)

• MQTT-Kommunikation durch TLS-Verschlüsselung gesichert.
• Firewall-Regeln für begrenzten Cloud-Zugriff konfiguriert.
• Einhaltung der Formula Student-Sicherheitsregeln gewährleistet.
• Schutz vor unbefugtem Zugriff durch Authentifizierung.
• Regelmäßige Audits und Software-Updates implementiert.

The slide concludes the presentation by announcing the successful achievement of a prototype and clear next steps, followed by a thank you to the audience. It also invites questions or feedback in the subtitle.

Schlussfolie (20/20)

Erfolgreicher Prototyp erreicht. Nächste Schritte klar. Vielen Dank!

Fragen oder Feedback willkommen.

Source: TGR-1E Telemetriesystem