Die Messwerte der Wetterstation(en) MIA-1 gelangen über ein LoRaWAN Funknetz Ihrer Wahl auf den Server expoint.ch. Sofern gewünscht, kann ein LoRa-Server beim Kunden installiert werden. MIA-1 Daten können mit einem Webbrowser oder über eine Mobile App abgefragt werden. Dazu werden die Messwerte fortlaufend in einer Datenbank gespeichert.

Die Mobile App MIA gibt es für die beiden Systeme Android und iPhone.

mia1 sw app

 

 mia1 sw app1

 Gesamtübersicht aller Messstellen 

Möglichkeit für die Glatteisbildung

grün = keine

orange = möglich

rot = wahrscheinlich

und

Wahrscheinlichkeit in %

mia1 sw app2
 Daten einer selektierten Messstelle 

Gemessene Werte mit Tendenz

(Pfeil)

-->

= unverändert

 

mia1 sw app3

 Zeitlicher Verlauf der Messwerte

(Datenbank)

Erleichtert die Prognose

Verlauf:

[ 6h ¦ Tag ¦ Woche ¦ Monat ]

 

Aus der Lufttemperatur und der relativen Feuchte wird der Taupunkt gerechnet. In Kombination mit der gemessenen Oberflächentemperatur (Strassenbelag) und dem Wert 10 cm im Belag ("Wärmespeicher") kann eine Aussage betreffend Glatteisbildung gemacht werden.

mia1 sw ice

Das Bild zeigt eine mögliche Situation für die Glatteisbildung am frühen Morgen

  • Lufttemperatur und Taupunkt liegen beisammen
  • Die Oberflächentemperatur liegt leicht unter 0°C
  • Die Temperatur bei -10cm (Boden unten) lässt darauf schliessen, dass die Situation vermutlich nicht allzu lange anhalten wird.

 

 

Im Winter 2017/2018 wurde in der Gemeinde Lützelflüh der Einsatz des MIA-1 (Mobile Ice Alert)  getestet. Glatteiswarnsysteme namhafter Hersteller gibt es einige auf dem Markt. Die Beschaffung, Installation, wie auch der Betrieb solcher Systeme ist meist mit hohen Kosten verbunden. Mit MIA-1 haben wir uns zum Ziel gesetzt, ein mobiles, kostengünstiges System zur Unterstützung des Winterdienstes anzubieten. MIA-1 kann natürlich auch in Städten, der Agglomeration oder für örtlich definierte Bereiche wie Werksareale oder Siedlungskomplexe als Entscheidungswerkzeug für den sparsamen Salzeinsatz und die optimale Mobilisierung des Personals genutzt werden.
   

IoT ist in aller Munde. Eine klare Definition ist unmöglich und die damit verbundenen Technologien unüberschaubar. Dieser Beitrag bringt diesbezüglich keine Besserung. Es sind einige Gedanken aus der Sicht der ISET GmbH - ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

IoT, meine Definition

IoT umschreibt „ein Ding“, bestehend aus Elektronik und Software. Dieses Ding besitzt eine mehr oder weniger sinnvolle Funktionalität. Es ist eingebunden in einem - oder gar dem Netz aller Netze (WWW). IP-Telefone gehören ebenso dazu wie die hapifork, eine Gabel zum gesund Essen, ausgerüstet mit einem ARM® Cortex®-M0 Prozessor!

IoT in der Gebäude- und Hausautomation

Welche Auswirkungen das Internet der Dinge (IoT) auf die Gebäude- und Hausautomation (HA) hat, dessen sind sich wenige bewusst. Dies ist aufgrund der Komplexität und den umfangreichen Anwendungsmöglichkeiten nicht verwunderlich. Folgendes Bild kann dies trefflich illustrieren. Wie daraus ersichtlich, ist die Hausautomation (Smart Home) nur einer unter vielen Themenbereichen innerhalb des IoT.

Internet of Things

Quelle: Dr. Cuno Pfister (Oberon microsystems)

 
Welches sind die relevanten Standards bei IoT?

Die Bezeichnung Standard muss bei IoT mehrere Punkte berücksichtigen. Zum Beispiel den physikalischen und den protokollarischen Aspekt inklusive Semantik.


Physikalisch

Diese Standards definieren wie IoT's untereinander oder mit dem Rest der Welt physikalisch verbunden sind. Dabei unterscheidet man prinzipiell zwischen Kabel und Funk basierenden Systemen. Einige Beispiele:

Kabel: Stromschnittstelle TTY / EIA232/485 / CAN / Ethernet / „Powerline“ / ...

Funk: ZigBee / EnOcean / Z-Wave / NFC / HomeMatic / Bluetooth / WLAN (Wi-fi) / ...

iot comic wifi

Die Vor- und Nachteile der verschiedenen physikalischen Standards sind für sich ein umfassender Themenbereich. Dies wird hier nicht weiter ausgeführt.

Wichtige Aspekte sind:

  •     Zuverlässigkeit / Sicherheit (besonders bei Funkübertragung)
  •     Kosten (Infrastruktur wie Verdrahtung, Anzahl Funkknoten etc.)
  •     Verbreitung (welche mir nützlichen IoT's besitzen den gleichen Standard)

 
Protokoll und Semantik

Selbst wenn IoT's identische, physikalische Schnittstellen aufweisen, bedeutet dies noch lange nicht, dass sie miteinander kommunizieren können. Nutzen sie nicht dieselbe Kommunikationsmethode (Protokoll), werden sie sich nie verstehen. In der Praxis sind sie in einem System nicht nutzbar, stören oder blockieren es.

Damit nicht genug. Selbst bei gleichem Protokoll ist die gemeinsame Nutzung nicht zwingend garantiert - dies wenn Inhaltlich keine Übereinstimmung vorliegt (Beispiel: das Protokoll MQTT Message Queue Telemetry Transport).

iot comic protocol

IoT miteinander zu verbinden und auch zu nutzen, ist alles andere als selbstverständlich. Dazu braucht es Standards auf verschiedenen Ebenen.

Es sind einige Bestrebungen im Gange, IoT-Technologien und Anwendungen zu standardisieren. Nebst Idealisten engagieren sich Grosskonzerne wie SIEMENS, Panasonic, ABB, Bosch - um nur einige zu nennen.

Wer glaubt, dass die Vielzahl der Standards in naher Zukunft harmonisiert werden, wird enttäuscht. Zu verschieden sind die Interessen der beteiligten Parteien. Zudem werden, abhängig vom Nutzungszweck, unterschiedliche Anforderungen an IoT und deren Funktion gestellt. So ist die Sicherheit bei der Übertragung von Daten, z.B. zwecks Öffnen einer Türe, zwingend zu gewährleisten. Andererseits, wenn der Nachbar die Temperatur des Wohnzimmers auf dem Funknetz „mithören“ kann, ist dies noch kein Sicherheitsrisiko.

iot standards pwr

Apropos Standardisierung: Strom aus der Netzdose im 21 Jahrhundert

 Ein Comic, das den Sachverhalt von Standards auf den Punkt bringt.

iot comic standards

Quelle: https://xkcd.com/927/

Betrachtet man die Grafik ganz am Anfang, ist es verständlich, dass es „den“ Standard nie geben wird! Einige haben sich behauptet oder werden sich behaupten, andere nur in speziellen Anwendungen zum Tragen kommen und wieder andere in der Weite des World Wide Web in die Bedeutungslosigkeit verschwinden.

Eine der zentralen Fragen lautet daher:

Welche Faktoren beeinflussen die Akzeptanz und somit die breite Nutzung eines IoT Standards?

Dazu folgende Überlegungen:

  1. Mit der Einführung von IPv6 gib es theoretisch keine Begrenzung was die eindeutige Adressierung von „Dingen“ angeht. Mit 128Bit könnten eine ganze Menge Dinge, genau „340'282'366'920'938'463'463'374'607'431'768'211'456“, adressiert werden. Auf 1mm2 Erdoberfläche sind das ca. 667 Billiarden (1015) !
    iot ipv6 1mm2  Diese Zahl zeigt, dass eine Standardisierung, zumindest auf der Protokollebene IPv6, zwingend ist.
    Ansonsten hätten wir das völlige Chaos.

    Bemerkung: Gemäss Spezifikation IPv6 sind für IoT natürlich längst nicht alle 128 Bits nutzbar.
     
     
  2. Die Hardwarekosten für einen IoT Knoten sind so tief (wenige Franken), dass alle möglichen Dinge, sofern sinnvoll, damit ausgerüstet werden können. Damit die Kosten auf der Softwareseite in einem vernünftigen Verhältnis stehen, drängt es sich auf, bestehende Technologien (physikalisch/inhaltlich) zu adaptieren. Dies funktioniert nur dann, wenn Standards offengelegt werden.

  3. Die niedrigen IoT Kosten, gepaart mit den frei (nicht immer gratis) zugänglichen Standards, motivieren weltweit unzählige, sogenannte „Makers“, Lösungen zu realisieren. Als „Abfallprodukt“ ist auf dem Netz eine schier unendliche Fülle von mehr oder weniger frei (Lizenzierung) verfügbarer Software vorhanden. Die qualitative Bandbreite bewegt sich dabei von „na ja“ bis professionell.

  4. Erfahrungen und Probleme der angewendeten Technologien werden auf dem WWW rege ausgetauscht. Indirekt funktioniert diese grosse Gemeinschaft als freie, kostenlose „Entwicklungsabteilung“. Als Nebeneffekt werden Technologien verbessert. Von der Gemeinschaft „technisch“ Akzeptiertes, wird verbreitet. So findet eine Art Selektion statt.

Grosskonzerne können sich diesen Tatsachen nicht entziehen. Bisweilen werden „gute Ideen“ oder Jungfirmen desshalb präventiv einfach aufgekauft.

Oben beschriebene Entwicklungen (offene Standards) entsprechen ja nicht von Natur aus dem Szenario, dass sich gewinnmaximierte Unternehmungen wünschen. Vorteilhaft möchte jeder seine (geschützten) Standards als das Mass aller Dinge durchsetzen. Womit wir beim Wuchern derselben angekommen sind.

 
Die Cloud

Viele Anbieter nutzen eine Cloud zum Anbinden ihrer IoT/HA-Komponenten, speziell wenn die Funktionalität von überall nutzbar sein soll (World Wide Web). Was bedeutet dies für den Benutzer? Normalerweise nichts, es funktioniert ja meistens!

iot comic clouds

Die Cloud: Warum bekommt Mann/Frau „gratis“ ausgelagerte Rechnerleistung, Funktionalität und Speicherplatz zur Verfügung gestellt?

Gratis gibt es natürlich nichts, bezahlt wird indirekt oder direkt mit:

  •     Benutzerdaten
  •     Produktebindung
  •     Abgeltung für erweiterte Dienste

Ich will an dieser Stelle weder für, noch gegen die Nutzung von Clouds Stellung beziehen. Dennoch gibt es Aspekte die eine Überlegung wert sind. Stellen sie sich vor, sie kommen morgens um eins nach Hause und müssen sich im dunklen Treppenhaus zur Eingangstür vortasten. Dies nur, weil die Cloud nicht erreichbar ist.

 
IoT / HA, wo stehen wir in der Praxis ?

Es gibt eine Unmenge an „Experten“, die über IoT in allen erdenklichen Medien und an Informationsanlässen berichten. Wirkliche Experten mit dem nötigen Fachwissen und vor allem dem Überblick, sind eher dünn gesät.

Der Markt wächst unabdingbar. Küchengeräte, Rollläden, Beleuchtungen, Bewässerungen und was es sonst noch alles im, am oder um das Haus gibt, lassen sich heute problemlos über ein Smartphone steuern und überwachen.

Diverse Produkte gibt es für wenig Geld in Grossmärkten zu kaufen. Inwiefern diese für den professionellen Alltagseinsatz taugen, sei dahingestellt. Natürlich gibt es auch den Fachhandel mit etablierten und bewährten Systemen. Die Kosten für solche Lösungen bewegen sich schnell mal bei ein paar tausend Franken.

Egal in welchem Preis- und Qualitätssegment ein Produkt gewählt wird, ein Wermutstropfen gibt es fast immer. Die Produkte verschiedener Anbieter können oft nicht oder nur bedingt gemeinsam in einer einzigen Anwendung genutzt werden. Doch wer will heute schon 10 verschiedene Apps auf seinem Mobile, nur um sein „Smart Home“ zu nutzen?

Auch gibt es Spezialfälle für die keine fertige Lösung verfügbar ist. Die physikalische Adaptierung (Elektronik) kann meistens realisiert werden (dazu gibt es ja uns). Ist das verwendete Kommunikationsverfahren und die Einbindung in das System nicht „offen“ dokumentiert, stösst man an die Grenzen des Machbaren.

iot app jungle

Verschiedene autonome Lösungen bedeuten in der Praxis, dass nicht alle Komponenten untereinander interagieren können. Der theoretisch mögliche Funktionsumfang ---X--- kann nicht genutzt werden.

Beispiel (siehe Bild): Der Ausfall der Kühltruhe wird akustisch auf der Hausglocke signalisiert. Natürlich nur wenn jemand zu Hause ist (Anwesenheitskontrolle).


Es stellt sich die Frage, ob es überhaupt eine Möglichkeit gibt, Systeme zu realisieren, die alle verfügbaren Komponenten nutzen.


Die Antwort ist JEIN

JA: Proprietäre Produkte müssen nicht zwingend genutzt werden, es gibt genügend Alternativen. Im Bereich der Software (Applikation) ist es dank Open Source möglich, offene, zukunftsorientierte Systeme zu realisieren.

NEIN: Proprietäre Hard- und Softwarelösungen können nicht oder nur über Kunstgriffe (Hacks, Reverse Engineering usw.) direkt adaptiert werden. In einigen Fällen lassen sich sogar diese Komponenten über ihre Zugangsknoten (Gateways etc.) in ein offenes System einbinden.

Mir ist bewusst, dass bei einigen der Begriff „Open Source“ (OS) negativ belastet ist. Ich sage es etwas pointiert. Es ist sicher nicht die Schuld von OS, wenn sich die Microsoft PowerPoint Datei des Kollegen nicht „richtig“ unter LibreOffice öffnen lässt. Nebenbei bemerkt, die meisten Kritiker nutzen unbewusst eine ganze Menge OS-Software. Es sei denn, das World Wide Web sei ihnen völlig fremd.

Ein wesentlicher Punkt: Nutzbare OS darf nicht mit „gratis“ verwechselt werden. Die Kosten fallen als Aufwand an anderer Stelle an:

  • Einarbeitung in die Materie
    Dieser Punkt ist für den Benutzer nicht relevant, jedoch für die an der Umsetzung eines Projektes beteiligten Personen.

  • Aufwand beim Beheben von Fehlern
    Es wäre anmassend zu behaupten, dass OS bessere Software generiert. Fehler können aber aufgrund des offenen Quellcodes beseitigt werden.

  • Erweitern, optimieren
    Der Funktionsumgang von OS Software kann, aufgrund fehlender Mittel oder Ressourcen des Urhebers, teilweise beschränkt sein. Eine Erweiterung oder Verbesserung ist möglich. Das ist ein wichtiger Unterschied zu proprietären Lösungen.

  • Dokumentieren
    OS Lösungen müssen auch angemessen dokumentiert werden. Dies geht oft vergessen, ist aber ein wichtiger Faktor.


Schlussbemerkung

Dank der rasanten Entwicklung von IoT und Open Source Software lassen sich im Bereich Haus- und Gebäudeautomation -  aber auch in vielen anderen Einsatzgebieten - interessante Projekte mit einem vernünftigen Kostenrahmen realisieren. Wir schaffen Mehrwert auf der Basis der Dienstleistung. Die Wahl offener Software ist zugleich ein Investitionsschutz des Kunden.

Als Basis zur Realisation von IoT / HA Lösungen setzen wir u.a. auf das Projekt:

- open Home Automation Bus (openHAB) -

 iot comic situation

 Autor: Heinz Herren, ISET GmbH

iot panaorama4

 

Der Begriff Low Power Network (LPN) ist im Zusammenhang mit IoT (Internet der Dinge) all gegenwärtig. Wir berichten an dieser Stelle über das LoRaWAN (Long Range Wide Area Network). Dieses Video auf YouTube gibt einen Überblick.

 

LoRaWAN ist nur eine der LPN Varianten. Gemeinsam nutzen all diese Technologien das ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical). Die europaweit dafür definierten Frequenzbereiche sind, unter Einhaltung bestimmter Regeln, für jedermann gebührenfrei nutzbar.

Viele Anwendungen findet man im urbanen Bereich. Die Technologie hat auch Potential in ländlichen Gebieten, bei grossflächigen Industrieanlagen oder innerhalb von Gebäuden. Mobile temporäre Netze, z.B. für kurzzeitige Überwachungsaufgaben, sind weitere Einsatzgebiete.

Abhängig von der Topographie, können Sensoren / Aktoren über Distanzen  von einigen Kilometern an eine Basisstation (Gateway) angebunden und genutzt werden. Bei „freier Luftlinie“ zwischen dem Gateway und einem Knoten wurden auch schon Spitzenwerte von 100-300 km erreicht. Dies mit einer Leistung die rund 40x geringer ist, als diejenige eines Mobile Telefons!

 

             

 

Gut zu wissen

  • LoRaWAN ist nicht für grosse Datenmengen, z.B. Übertragung von Bild und Ton, ausgelegt.

  • Die Übertagung der Daten ist vom Knoten bis zur Anwendung gesichert und bei der Nutzung vor ungewolltem Zugriff geschützt.

  • LoRaWAN Sensoren können bei moderater Anwendung (minimaler Datenverkehr) über mehrere Jahre wartungsfrei mit einer Batterie betrieben werden. Mit einem kleinen Solarpanel sogar unbeschränkt.

 

Wir nutzen folgende LoRaWAN Netzwerkstrukturen

 

Eigene Infrastruktur

  • LoRaWAN Server und Applikationen auf unserem Server www.expoint.ch.

  • LoRaWAN Server und Applikation auf einer Infrastruktur beim Kunden (vorhanden oder durch uns geliefert). Sofern nicht bereits durch eigene Gateways abgedeckt, müssen diese vom Kunden beschafft werden.                                          

Offene Netzwerke

  • TTN (THE THINGS NETWORK) Es gibt bereits eine Vielzahl frei nutzbarer Gateways. Bei fehlender Abdeckung kann TTN durch unsere Gateways erweitert werden! Wichtig: Die 100% Verfügbarkeit und Funktionalität (QS) kann nicht gewährleistet werden. Dieses Netz ist daher nur für Applikationen nutzbar, bei welchen ein undefinierter Ausfall keine gravierenden (Sicherheit/Schaden) zur Folge hat.

Drittanbieter

  • Wenn der Kunde es wünscht und die Netzabdeckung es ermöglicht (z.B. Swisscom LPN).

 

Unsere Stärken

Im Gegensatz zu vielen IOT Anbietern beinhaltet unser Angebot nicht nur eine Cloud basierte Softwarelösung. Wir entwickeln mit unserem Partner, der INETRONIC AG, eigene Hardware. In sich abgeschlossene Lösungen über die ganze Kette vom Knoten bis zur Applikation sind unsere Stärken.

 

 

Eigene Hardware zu ihrem Vorteil

  • Die eigene Hard- und Software Entwicklung ermöglicht es uns, auf Ihre Bedürfnisse abgestimmte Lösungen zu realisieren. Dabei profitieren Sie von unserer langjährigen Erfahrung im Umfeld der Industriellen Elektronik.

  • Wir kennen die Stärken und Schwächen dieser Technologie genau und können auftretende Probleme an der Wurzel beseitigen und das Optimale aus dieser Technologie herausholen.

  • Durch die Fertigung in der Schweiz können wir die Qualität der Produkte bestimmen und garantieren deren Verfügbarkeit.

 

Beispiele Einsatz LoRaWAN

  • Messen der Bodenbeschaffenheit oder klimatischer Parameter im Freien und in Gewächshäusern. Grosser Vorteil: LoRaWAN Sensoren sind „mobil“, d.h. Sie platzieren diese wo immer sie gebraucht werden.

  • Entfernte Anlageteile, Gerätschaften oder Messstellen müssen überwacht / gesteuert werden. Die Nutzung des Mobilnetzes (GSM/LTE) ist zu kostspielig oder aufgrund der Netzabdeckung nicht möglich.

  • In einer Liegenschaft oder einem Werkareal sollen weit verzweigt Sensoren / Aktoren betrieben werden. Obschon die Sendeleistung meistens weit unterhalb derjenigen üblicher WLAN Anlagen liegt, ist die Abdeckung in und um Liegenschaften um ein Vielfaches besser!

  • Die Knoten werden in der Regel autonom, d.h. ohne elektrische Installation betrieben. Ein Gateway lässt sich mit entsprechender Aufrüstung; Solarpanel, Akku und GSM/LTE-Schnittstelle, ebenfalls als mobiler Anlageteil realisieren. Somit sind Anwendungen möglich, die nach Bedarfsfall an beliebigen Orten einsetzbar sind. Z.B. Datenerhebung bei; Gebäuden, im Feld, an geologisch heiklen Stellen, an Grossanlässen usw..

  • mia1 video  MIA-1 (Mobile Ice Alert)

 

 
 Autor: Heinz Herren, ISET GmbH

Ein fundiertes Wissen in den Bereichen Messtechnik, Elektronik und der Informatik, gepaart mit der langen Praxiserfahrung bilden die Grundlage bei der Realisation erfolgreicher Projekte. Stärken der ISET GmbH sind Lösungen von A(nfang) bis Z(um Schluss). Das heisst, von der Idee des Kunden, bis zum Betrieb. Natürlich gehören auf Wunsch auch die Betreuung oder Schulung dazu.

aa_node-red-gui1
ab_mia1
ac_lora
Adapter Pneumatisch
Akku Test
Gewaechshaus ADAM
GSM Test
LabVIEW Anaesthesie
LIMS Geraeteanbindung
Massenspektrometrie
MOXA ADAM
Potentiometrie
RedBoot openOCD
sojaproduction
TS94A Testsystem
Wetterstation Wind
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Entstanden ist die ISET GmbH aus dem 1991 gegründeten Ingenieurbüro für Testsysteme, H. Herren. Die lange in Laupen BE ansässige Kleinunternehmung hat sich am Anfang ausschliesslich auf den Bereich Prüf- und Messtechnik von elektronischen Baugruppen spezialisiert. Vier Jahre später ist mit der Gründung der ISET GmbH (Industrial Solution & Electronic Technologies) der Tätigkeitsbereich erweitert worden.

Über 10 Jahre war die ISET GmbH im Alliance Programm von NATIONAL INSTRUMENTS™. Lösungen, die auf der graphischen Programmiersprache LabVIEW™ basieren, gehören daher zur Kernkompetenz.

Die ISET GmbH ist nicht im Besitz unzähliger, wohlklingender Produktezertifizierungen. Diesbezüglich gibt es keine Bindung bei der Wahl von Hard-/ und Software. Für optimale Lösungen im Interesse des Kunden, sicher kein Nachteil.

Wir halten uns an die Philosophie "Das Erreichte zählt, nicht das Erzählte reicht".

Die ISET GmbH ist Gründungsmitglied des  , ein Verbund innovativer Kleinfirmen.   

 

Kundensegment

KMU's, mittlere bis grosse Firmen oder Institute. Nach über 20 Jahren kennen wir die Ansprüche diverser Zielgruppen.

 

 

Das breite Betätigungsfeld der ISET GmbH fordert eine hohe Flexibilität. Für den Kunden bedeutet dies die Nutzung von Synergien bei der Umsetzung seiner Projekte.