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18 | w w w c o m p u t e r - a u t o m a t i o n d e · 0 6 -2 3 IoT Ho t s p o t Die anspruchsvollste Detailaufgabe wäre im Moment die Nutzung eines IoT-Satellitennetzwerks mit LEO-Satelliten Low Earth Orbit Schwärme von Miniatursatelliten in Orbitalhöhen zwischen 200 und 2 000 km Die Schnittstellen und der Providerspezifische Funktechnikeinsatz in diesem Marktsegment erfordern umfangreiches Expertenwissen es existieren zurzeit keine Standards für die extraterrestrische IoT-Kommunikation Weitere Herausforderungen sind das mögliche Datenvolumen pro Monat der standortabhängige Zeitversatz zwischen den Sendeund Empfangszeitpunkten sowie die Datenintegration in IT-Anwendungen Auf der Kostenseite zeigt der zunehmende Wettbewerb aber bereits Wirkung Im schnellwachsenden Marktumfeld der Provider von LEO-Satellitenkommunikation sind die meisten Geschäftsmodelle gegenwärtig in der Positionierungsphase Das hat Auswirkungen auf die etablierten Preismodelle für Datenverbindungen mit geostationären Satelliten die bisher in erster Linie die Highend-M2M-Anwendungen adressierten Insofern ist es nicht einfach aussagefähige Betriebskostenvergleiche anzustellen zumal auch die Details und Anzahl der Satelliten im Orbit und die dadurch bedingten unterschiedlichen Nachrichtenübertragungszeiten eine erhebliche Rolle spielen Man findet neue Anbieter die für 5 US-Dollar pro Monat den Betrieb von IoT-Devices mit bis zu 750 Nachrichten bei maximal 192 Bytes Nutzdaten ermöglichen Als weitere Einschränkungen sind allerdings vorgegebene Tageslimits für die Anzahl der Uplinkund Downlink-Pakete bzw ein Limit von insgesamt maximal 60 Downlink-Nachrichten pro Monat zu beachten Beispiel SpaceX-Tochter Swarm Ein etablierter Mitbewerber fordert eine monatliche „Line Rental“-Gebühr von 15 US-Dollar je IoT-Device sowie 0 15 US-Dollar pro Datenpaket mit 50 Bytes Nutzdaten Größere Pakete kosten das doppelte Iridium Short Burst Data Provider Ground Control Communications Auf das Jahr gerechnet ergeben sich da schon gravierende Unterschiede in den Betriebskosten Integrationszwilling in der Cloud Durch die völlig unterschiedlichen WWAN-Varianten existieren stark voneinander abweichende Datenübertragungsbandbreiten zwischen der Maschinensteuerung auf der einen und einem Cloudservice auf der anderen Seite Unter Berücksichtigung der Providerbedingten Datenvolumen-Limits sowie der Besonderheiten von LEO-Satellitenorbits und der davon abhängigen Sichtbarkeitsbereiche eine Datenübertragung ist je nach Standort nur zu bestimmten Zeitpunkten innerhalb eines variablen Zeitfensters möglich führt das zu sehr unterschiedlichen Nutzdatenmengen pro Tag Der große Vorteil einer solchen modularen Lösung ist allerdings dass sich damit industrielle IoT-Anwendungen mit weltweiter Funkabdeckung zu akzeptablen Kosten realisieren lassen Egal an welchem Standort die IoT-Retrofit-Baugruppe installiert wird entweder gibt es einen LTE-Breitbandoder Schmalband-Netzzugang Ansonsten wird eine IoT-Satellitenfunkverbindung als Alternative genutzt In der Praxis ist sicherzustellen dass eine einheitliche Cloud-Schnittstelle für den Datenzugriff existiert Mit anderen Worten Der Datennutzer muss sich keine Gedanken darüber machen ob die Maschinendaten über einen Live-Datenstrom per LTE+ in stündlichen Intervallen per LTE-Moder durch einige wenige tägliche NB-IoTbeziehungsweise Satellitendatenübertragungen übermittelt werden die vor dem Versenden gegebenenfalls auch noch mit Hilfe spezieller Machine-Learning ML -Algorithmen vorverdichtet wurden Er kann wie gewohnt per Webbrowser auf eine Webseite bzw per VNC-Client auf einen Remote Desktop zugreifen um sich das aktuelle Maschinendatenbild bzw Betriebsmittelfüllstände anzuschauen oder neue Konfigurationsdateneinstellungen vorzunehmen Bei einer LTE-Aoder LTE-M-Verbindung könnte sich der dafür erforderliche Webbzw VNC-Server direkt in der Maschine befinden Mit einem NB-IoToder LEO-Satellitenlink ist das latenzbedingt nicht sinnvoll Diese Problematik lässt sich mit einem digitalen Zwilling lösen Webserver und Webseiten beziehungsweise VNC-Server nebst Remote Desktop befinden sich grundsätzlich in der Zwillingsinstanz innerhalb einer Cloudservice-Plattform Die eigentliche Datenverbindung zur Maschinensteuerung wird von einem Agenten abgewickelt der bei der Instanziierung des digitalen Zwillings in Bezug auf den benutzten Verbindungstyp LTE NB-IoT oder Satellit konfiguriert wird In einer solchen Lösung sollte der digitale Zwilling allerdings einen geeigneten „Datenqualitätsindikator“ hinzufügen der den Datennutzer informiert ob die dargestellten Maschinendaten per Live-Stream Intervallbasierter Übertragung Zeitreihendateninterpolation oder eventuell sogar durch den Einsatz spezieller ML-Klassifizierungsalgorithmen zu Stande gekommen sind Hintergrund ist mit einer LTE-Verbindung > CAT 9 lassen sich hochauflösende Kamerabilder in Echtzeit übertragen werden NB-IoT oder ein IoT-Satelliten-Link genutzt sollten die Bilddaten direkt im Sensor analysiert und nur das Ergebnis übertragen werden Weitere Details zur Implementierung lesen Sie im nächsten Teil dieser Serie hap Der digitale Zwilling wird bei der Installation einer IoT-Kommunikationsbaugruppe in einer Maschine vor Ort mit Hilfe einer Service App im Smartphone konfiguriert Dadurch kennt die jeweilige Zwillingsinstanz den Verbindungstyp IoT-Satellit LTE NB-IoT Über die App lassen sich auch verschiedene Diagnoseund Testaufgaben durchführen Signalqualität der Funkverbindung Verbindungstest zwischen Retrofit-Baugruppe und Maschinensteuerung Datenverbindung zum Cloudservice Klaus-Dieter Walter ist Mitglied der Geschäftsführung bei SSV Software Systems