WO2024208519A1 - Sensor of a sensor network - Google Patents
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- WO2024208519A1 WO2024208519A1 PCT/EP2024/055810 EP2024055810W WO2024208519A1 WO 2024208519 A1 WO2024208519 A1 WO 2024208519A1 EP 2024055810 W EP2024055810 W EP 2024055810W WO 2024208519 A1 WO2024208519 A1 WO 2024208519A1
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- H04Q2209/883—Providing power supply at the sub-station where the sensing device enters an active or inactive mode
Definitions
- the invention relates to sensor networks for process automation in industrial or private environments.
- the invention relates to a sensor of a sensor network, a sensor network with a plurality of such sensors, a use, a method for operating a sensor, a program element and a computer-readable medium.
- Gateways can be used to forward sensor data. Gateways are used to receive and forward data, whereby the communication protocols for receiving and sending can be different.
- the data sources can be, for example, a local computer or sensors, and the data sink can be a remote computer, e.g. a server that is connected to the gateway via the Internet or mobile communications.
- the interfaces can be wired or wireless on both sides. The energy to operate a gateway is usually drawn from the power grid, so flexibility is limited despite possible wireless interfaces. Alternatively, a gateway can also be operated with a battery, but the usual power consumption of a gateway means that the battery has to be changed or recharged frequently, which reduces cost-effectiveness.
- a first aspect of the present disclosure relates to a field device or a sensor of a sensor network, set up for process automation in an industrial or private environment.
- the field device comprises, for example, a sensor, a display module, a gateway, and/or a removable module.
- the field device or the sensor has a communication module that is set up to receive external sensor data from a neighboring sensor of the sensor network in a first communication mode.
- the communication module is also set up to send the received sensor data to a receiver outside the sensor network in a second communication mode.
- the sensor also has a processor that is set up to switch the communication module from the first communication mode to the second communication mode.
- the field device or sensor has only a single communication module, which is typically a radio module.
- the selected communication mode can be switched. The Switching the communication mode no longer makes the use of a permanently installed gateway necessary, since one of the sensors in the sensor network can take on the role of the gateway.
- Bluetooth is used, for example, to activate the second communication module.
- Communication module protocol is DECT NR+: Normally it is disabled because it requires more power than Bluetooth. Bluetooth activates it, allowing data exchange (faster than Bluetooth).
- NB-loT Data is sent to the cloud.
- Which sensor takes on the role of the gateway is not determined deterministically; rather, this role can be performed alternately by different sensors over time.
- the sensors can communicate with each other and independently select which device takes on this role.
- the processor is configured to decide whether the own sensor data acquired by the sensor is sent by the communication module to the neighboring sensor in the first communication mode or to the receiver outside the sensor network in the second communication mode.
- the processor is configured to switch the communication module regularly or as needed from the first communication mode to the second communication mode.
- a third (or fourth, etc.) communication mode/module/protocol can also be provided. This is very economical and can be permanently active. It can be provided that the other communication modes are activated via a signal.
- the processor is configured to switch the communication module from the first communication mode to the second communication mode based on a trigger event by the adjacent sensor.
- the processor can also be installed/present in the communication module.
- the senor or field device is configured as a buffer for the external sensor data.
- the sensor can thus collect external sensor data from neighboring sensors and then forward it in bundles to the external receiver.
- the senor or the field device is configured to simultaneously send the external sensor data and the own sensor data to the receiver.
- the measuring device is configured to communicate with the other measuring devices according to one or more of the network protocols (first communication mode) Bluetooth LE, MATTER, LoRa (Long Range Wide Area Network), Symphony Link, Weightless, Wi-Fi HaLow (WLAN standard 802.11 ah), Dect ULE (Digital Enhanced Cordless Telecommunications Ultra Low Energy), Dect NR+, M- Bus Wireless, Wireless HART, Ethernet, or Mioty.
- first communication mode Bluetooth LE
- MATTER LoRa (Long Range Wide Area Network), Symphony Link
- Weightless Wi-Fi HaLow (WLAN standard 802.11 ah)
- Dect ULE Digital Enhanced Cordless Telecommunications Ultra Low Energy
- Dect NR+ M- Bus Wireless
- Wireless HART Wireless HART
- Ethernet or Mioty
- the measuring device is configured to communicate in its role as a gateway with an external receiver that is not part of the network of measuring devices according to one or more of the communication standards (second communication mode) 1G, 2G, 3G or GSM, 4G or UMTS, 5G or loT, Sigfox, Waviot, RPMA, NB-IOT, LTE-M, LoRa, or CAT-M1.
- second communication mode 1G, 2G, 3G or GSM, 4G or UMTS, 5G or loT
- Sigfox Waviot
- RPMA NB-IOT
- LTE-M Long Term Evolution
- LoRa LoRa
- CAT-M1 e.g. proprietary or future protocols
- the DECT-2020 (DECT NR+) standard is used in stand-alone NB-loT devices in the form of sensors.
- the processor is further configured to delete the foreign sensor data after sending.
- the senor is a level sensor, for example a level radar sensor, a limit level sensor, a pressure sensor or a flow sensor.
- Another aspect of the present disclosure relates to a sensor network comprising a plurality of the sensors described above and below.
- Another aspect of the present disclosure relates to a gateway for a sensor network as described above.
- a further aspect of the present disclosure relates to a method for operating a sensor described above and below, in which external sensor data is received from a neighboring sensor of the sensor network in a first communication mode of the communication module in the sensor. The sensor then switches the communication module from the first
- Another aspect of the present disclosure relates to a program element that, when executed on a processor of a sensor described above and below, instructs the sensor to perform the steps described above.
- Another aspect of the present disclosure relates to a computer-readable medium on which a program element described above is stored.
- process automation in an industrial environment can be understood as a branch of technology that includes measures for operating machines and systems without human involvement.
- One goal of process automation is to automate the interaction of individual components of a plant in the chemical, food, pharmaceutical, petroleum, paper, cement, shipping or mining sectors.
- sensors can be used for this purpose, which are particularly adapted to the specific requirements of the process industry, such as mechanical stability, insensitivity to contamination, extreme temperatures and extreme pressures. Measured values from these sensors are usually transmitted to a control room, in which process parameters such as fill level, limit level, flow, pressure or density are monitored and settings for the entire plant can be changed manually or automatically.
- a sub-area of process automation in the industrial environment concerns the logistics automation of plants and the logistics automation of supply chains.
- processes inside or outside a building or within a single logistics plant are automated in the field of logistics automation.
- Typical applications include logistics automation systems in the area of baggage and freight handling at airports, in the area of traffic monitoring (toll systems), in retail, in parcel distribution or in the area of building security (access control).
- presence detection in combination with precise measurement of the size and position of an object is dependent on the respective Application-side sensors can be used for this purpose based on optical measurement methods using lasers, LEDs, 2D cameras or 3D cameras that measure distances according to the time of flight (ToF) principle.
- TOF time of flight
- factory-to-production automation Another area of process automation in the industrial environment concerns factory-to-production automation. Applications for this can be found in a wide variety of industries such as automobile manufacturing, food production, the pharmaceutical industry or in the packaging sector in general.
- the aim of factory automation is to automate the production of goods using machines, production lines and/or robots, i.e. to allow it to run without human involvement.
- the sensors used here and the specific requirements with regard to measurement accuracy when recording the position and size of an object are comparable to those in the previous example of logistics automation.
- the phrase "at least one of A, B and C" is to be understood as one or more elements from a group of elements consisting of A, B and C, and not to be construed to require at least one of each of the listed elements A, B and C, whether A, B and C are related as categories or in some other way.
- the mention of "A, B and/or C" or "at least one of A, B or C” should be construed to include any single entity of the listed elements, e.g. A, any subset of the listed elements, e.g. A and B, or the entire list of elements A, B and C.
- Fig. 1 shows a sensor network according to an embodiment of the present disclosure.
- Fig. 2 shows a sensor network according to another embodiment of the present disclosure.
- Fig. 3 shows a sensor of a sensor network according to an embodiment of the present disclosure.
- Fig. 4 shows a flowchart of a method according to an embodiment of the present disclosure.
- Fig. 1 shows a sensor network 1000 according to an embodiment of the present disclosure.
- the sensor network 1000 has a sensor 100 that can take on the role of the gateway in the sensor network.
- a plurality of further sensors 200 are provided that can communicate with each other and with the sensor 100 using a first communication mode. This can be a short-range communication mode.
- the sensor 100 can also communicate with a receiver 300 outside the sensor network 1000 using a second communication mode, for example a cloud, a server or a user's mobile device, such as a cell phone.
- the second communication mode is, for example, a cellular communication mode for long-range communication.
- each of the sensors 100, 200 It is not necessary for each of the sensors 100, 200 to communicate individually with a corresponding cell tower. This has the advantage that not every sensor 100, 200 requires its own SIM card including a contract.
- Each sensor 100, 200 requires a complex radio setup (communication with cell towers, establishing a connection to the server/cloud, verification and/or encryption) before the data can be sent. Establishing a connection to the cloud 300 sometimes requires a larger amount of data than is later transmitted in the form of measurement data. This is inefficient and costs energy, time and data volume and leads to increased utilization of the cell network, which is also reflected in the energy consumption of the respective sensor.
- the server may have to communicate with many devices at the same time, which can also lead to increased utilization and increased energy requirements.
- One embodiment of the present disclosure combines the data from multiple sensors 200 into one sensor 100 so that they can then be sent together from the sensor 100 to the server or cloud.
- the sensors 100, 200 communicate with each other and decide based on defined parameters, if required supported by artificial intelligence, which device takes on the role of the gateway.
- a standalone gateway 400 can be used specifically for this purpose. This is shown in Fig. 2.
- An example of such an additional gateway is the VEGAMET from VEGA.
- the communication standard DECT NR+ can be used as a communication mode for communication between the sensors 100, 200, which offers basic support for flexible handling of gateways.
- Fig. 3 shows a sensor 100 with a sensor housing in which the processor 102 is located.
- a communication module 101 is connected to the processor 102, which has a wireless communication interface and a wired communication interface. Only one such communication interface can also be provided.
- a memory unit 104 for storing the received sensor data, as well as a sensor system 103 for recording the (own) sensor data, for example in the form of a radar circuit with antenna. Not every sensor 100, 200 sends its measured value (temperature, pressure, distance, fill level, etc.) (“sensor data”) independently to the Cloud 200. The sensors communicate with each other.
- the measured values can be collected in a sensor 100 and then bundled and sent together to the cloud. This collection can include a time delay. The permissible delay of the measured values is adjustable.
- the measured value can be sent to the gateway and forwarded from there without delay.
- the measured values prefferably be encrypted so that the gateway only has/passes on encrypted measured values from other sensors.
- the cloud 300 can then forward data to the individual sensors 200 via the gateway (100, 400).
- the sensors can communicate with each other, which also allows for flexible switching of the gateway.
- a change of gateway is triggered by external circumstances of the device (so-called trigger events), among other things.
- the external circumstances include things such as reception strength, signal quality, network coverage of the mobile operator, availability/signal quality of individual mobile standards (NB-loT or CAT-M1), condition of the battery or energy storage, available data volume, amount of data to be sent, existing mobile connection (no connection establishment necessary), data utilization in relation to the owner of the device (in the case of automatic communication between devices of different owners), existing connection to the server or cloud (no transmission of keys; authentication, etc.
- position data or other useful data can also be shared with other participants.
- A-GPS data makes it easier to share your own position.
- Other useful data can be the mobile phone coverage of individual mobile phone operators in the region. Failure of a mobile phone network or a mobile phone band so that another mobile phone network is used.
- Grouping several sensors can be done manually at the beginning.
- An automatic search for compatible devices is also possible. This can include the devices of a single owner, but also the devices of different owners who do not know each other.
- a gateway change can be supported and improved by AI or machine learning.
- the use of a gateway is optionally adjustable or can be changed.
- the sensor, the gateway and also the server can decide for themselves (if necessary with the support of the Kl) whether the use of a gateway is necessary/useful.
- the sensor can communicate directly with the server at regular/irregular times to avoid unnecessary load on the gateway. This can be the case when there is a software update or exchange of new certificates/keys, or when a message needs to be sent as quickly as possible.
- the gateway can be used as a buffer if a sensor is already ready to communicate or if several sensors require identical data (software update). This enables more efficient operation and consequently a longer battery life of the sensors.
- Each sensor can have a unique ID that cannot be changed, as well as a flexible ID to cyclically anonymize devices.
- the communication between the sensors may not be limited to wireless DECT NR+.
- Other interfaces such as Bluetooth, Hart, Ethernet, etc. may also be provided.
- NB-loT sensors mounted within an area. Each of these devices wakes up at a set time and sends a measured value to the cloud.
- the sensors communicate with each other and determine which sensor is best suited to transmit the measured values of the entire group in the current situation.
- This type of communication can be activated by a signal (wired or another radio signal). This can save further energy.
- the selected device 100 is the only device that establishes a connection to the cloud and transmits all measured values.
- operation with a permanently installed gateway 400 e.g. VEGAMET
- VEGAMET e.g. VEGAMET
- the sensors 100, 200 then communicate directly with the gateway, which takes over all further communication. If the permanently installed gateway 400 fails, the data can be sent to the cloud via a newly defined gateway 100 (formerly sensor).
- the selection of the “optimal gateway” is not carried out in a fixed order, but is parameter-based.
- Fig. 4 shows a flow chart of a method according to an embodiment of the present disclosure.
- the sensors of a sensor network collect sensor data. This is then transmitted to a sensor of the sensor network in step 402 using short-range communication and collected there. This transmission can also take place step by step from sensor to sensor until it has arrived at the appropriate sensor.
- this sensor changes its communication mode from short-range communication between the sensors to long-range communication and transmits the collected and its own sensor data to an external receiver, for example a cloud or a cell tower, in step 402.
- an external receiver for example a cloud or a cell tower
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- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
A sensor of a sensor network, designed for process automation in an industrial or private environment, comprises a communication module and a processor, the processor being able to switch the communication mode of the communication module from a first communication mode to a second communication mode.
Description
Sensor eines Sensornetzwerks sensor of a sensor network
Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen reference to related applications
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2023 108 466.6, eingereicht am 3. April 2023, die in vollem Umfang durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen wird. The present application claims priority from German patent application No. 10 2023 108 466.6, filed on April 3, 2023, which is incorporated in its entirety by reference into the present document.
Gebiet der Erfindung field of the invention
Die Erfindung betrifft Sensornetzwerke zur Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Sensor eines Sensornetzwerks, ein Sensornetzwerk mit einer Vielzahl derartiger Sensoren, eine Verwendung, ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium. The invention relates to sensor networks for process automation in industrial or private environments. In particular, the invention relates to a sensor of a sensor network, a sensor network with a plurality of such sensors, a use, a method for operating a sensor, a program element and a computer-readable medium.
Technischer Hintergrund Technical Background
Zur Weiterleitung von Sensordaten können Gateways verwendet werden. Gateways dienen dem Empfang und der Weiterleitung von Daten, wobei die Kommunikationsprotokolle für den Empfang und das Senden unterschiedlich sein können. Die Datenquellen können hierbei z.B. ein lokaler Rechner oder Sensoren sein, und die Datensenke ein entfernter Rechner, z.B. ein Server, der über das Internet oder über Mobilfunk mit dem Gateway verbunden ist. Die Schnittstellen können auf beiden Seiten drahtgebunden oder drahtlos sein.
Die Energie zum Betreiben eines Gateways wird üblicherweise aus dem Stromnetz bezogen, so dass trotz eventueller drahtloser Schnittstellen die Flexibilität eingeschränkt ist. Alternativ kann ein Gateway auch mit einer Batterie betrieben werden, was jedoch durch den üblichen Stromverbrauch eines Gateways häufiges Wechseln oder Wiederaufladen der Batterie bedingt, wodurch die Wirtschaftlichkeit verringert wird. Gateways can be used to forward sensor data. Gateways are used to receive and forward data, whereby the communication protocols for receiving and sending can be different. The data sources can be, for example, a local computer or sensors, and the data sink can be a remote computer, e.g. a server that is connected to the gateway via the Internet or mobile communications. The interfaces can be wired or wireless on both sides. The energy to operate a gateway is usually drawn from the power grid, so flexibility is limited despite possible wireless interfaces. Alternatively, a gateway can also be operated with a battery, but the usual power consumption of a gateway means that the battery has to be changed or recharged frequently, which reduces cost-effectiveness.
Zusammenfassung Summary
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Sensornetzwerk bereitzustellen, das einen energieeffizienten Kommunikationsmodus bereitstellt. It is an object of the present disclosure to provide a sensor network that provides an energy efficient communication mode.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen. This object is achieved by the subject matter of the independent patent claims. Further developments of the invention emerge from the subclaims and the following description of embodiments.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Feldgerät bzw. einen Sensor eines Sensornetzwerks, eingerichtet zur Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld. Das Feldgerät umfasst beispielsweise einen Sensor, ein Anzeigemodul, ein Gateway, und/oder ein abnehmbares Modul. A first aspect of the present disclosure relates to a field device or a sensor of a sensor network, set up for process automation in an industrial or private environment. The field device comprises, for example, a sensor, a display module, a gateway, and/or a removable module.
Das Feldgerät bzw. der Sensor weist ein Kommunikationsmodul auf, das eingerichtet ist zum Empfangen von fremden Sensordaten von einem benachbarten Sensor des Sensornetzwerks in einem ersten Kommunikationsmodus. Das Kommunikationsmodul ist darüber hinaus eingerichtet zum Versenden der empfangenen Sensordaten an einen Empfänger außerhalb des Sensornetzwerks, und dies in einem zweiten Kommunikationsmodus. Darüber hinaus weist der Sensor einen Prozessor auf, der eingerichtet ist zum Umschalten des Kommunikationsmoduls von dem ersten Kommunikationsmodus auf den zweiten Kommunikationsmodus. The field device or the sensor has a communication module that is set up to receive external sensor data from a neighboring sensor of the sensor network in a first communication mode. The communication module is also set up to send the received sensor data to a receiver outside the sensor network in a second communication mode. The sensor also has a processor that is set up to switch the communication module from the first communication mode to the second communication mode.
Das Feldgerät bzw. der Sensor weist, gemäß einer Ausführungsform, nur ein einzelnes Kommunikationsmodul auf, bei dem es sich typischer Weise um ein Funkmodul handelt. Der gewählte Kommunikationsmodus kann dabei umgeschaltet werden. Die
Umschaltung des Kommunikationsmodus macht den Einsatz eines festinstallierten Gateways nicht mehr zwingend notwendig, da einer der Sensoren des Sensornetzwerks die Rolle des Gateways übernehmen kann. According to one embodiment, the field device or sensor has only a single communication module, which is typically a radio module. The selected communication mode can be switched. The Switching the communication mode no longer makes the use of a permanently installed gateway necessary, since one of the sensors in the sensor network can take on the role of the gateway.
Es können auch mehrere Kommunikationsmodule vorgesehen sein, z.B. in Art eines dreistufigen Aufbaus: Several communication modules can also be provided, e.g. in a three-stage structure:
1. Bluetooth wird beispielsweise zur zum Aktivieren des zweiten Kommunikationsmoduls genutzt. 1. Bluetooth is used, for example, to activate the second communication module.
2. KommunikationsmodulZ-protokoll ist DECT NR+: Normalerweise ist es deaktiviert, da es mehr Energie benötigt, wie Bluetooth. Durch Bluetooth wird es aktiviert, wodurch der Datenausgetauscht (schneller als mit Bluetooth) stattfinden kann. 2. Communication module protocol is DECT NR+: Normally it is disabled because it requires more power than Bluetooth. Bluetooth activates it, allowing data exchange (faster than Bluetooth).
3. NB-loT: Daten werden in die Cloud gesendet. 3. NB-loT: Data is sent to the cloud.
Es ist möglich, dass für die drei Kommunikationsmodi ein, zwei oder auch drei separate Bauteile/Funkmodule verwendet werden können. It is possible that one, two or even three separate components/radio modules can be used for the three communication modes.
Welcher Sensor dabei die Rolle des Gateways übernimmt, ist nicht deterministisch festgelegt; vielmehr kann diese Rolle während der Zeit von verschiedenen Sensoren wechselseitig wahrgenommen werden. Hierzu können die Sensoren miteinander kommunizieren und selbstständig auswählen, welches Gerät diese Rolle übernimmt. Which sensor takes on the role of the gateway is not determined deterministically; rather, this role can be performed alternately by different sensors over time. The sensors can communicate with each other and independently select which device takes on this role.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der Prozessor eingerichtet, zu entscheiden, ob die vom Sensor erfassten eigenen Sensordaten von dem Kommunikationsmodul in dem ersten Kommunikationsmodus an den benachbarten Sensor gesendet werden, oder in dem zweiten Kommunikationsmodus an den Empfänger außerhalb des Sensornetzwerks. According to an embodiment of the present disclosure, the processor is configured to decide whether the own sensor data acquired by the sensor is sent by the communication module to the neighboring sensor in the first communication mode or to the receiver outside the sensor network in the second communication mode.
Im ersteren Fall übernimmt ein anderer Sensor bzw. ein anderes Feldgerät des Sensornetzwerks die Rolle des Gateways. Im zweiten Fall wird diese Rolle vom eigenen Sensor übernommen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der Prozessor eingerichtet, das Kommunikationsmodul regelmäßig oder nach Bedarf von dem ersten Kommunikationsmodus auf den zweiten Kommunikationsmodus umzuschalten. Auch kann ein dritter (auch vierter usw.) Kommunikationsmodus/Modul/Protokoll vorgesehen sein. Dieser ist sehr sparsam und kann dauerhaft aktiv sein. Es kann vorgesehen sein, dass über ein Signal die anderen Kommunikationsmodi aktiviert werden. In the first case, another sensor or another field device in the sensor network takes on the role of the gateway. In the second case, this role is taken on by the sensor itself. According to a further embodiment of the present disclosure, the processor is configured to switch the communication module regularly or as needed from the first communication mode to the second communication mode. A third (or fourth, etc.) communication mode/module/protocol can also be provided. This is very economical and can be permanently active. It can be provided that the other communication modes are activated via a signal.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der Prozessor eingerichtet, das Kommunikationsmodul aufgrund eines Triggerereignisses durch den benachbarten Sensor von dem ersten Kommunikationsmodus auf den zweiten Kommunikationsmodus umzuschalten. Der Prozessor kann auch im Kommunikationsmodul verbaut/vorhanden sein. According to a further embodiment of the present disclosure, the processor is configured to switch the communication module from the first communication mode to the second communication mode based on a trigger event by the adjacent sensor. The processor can also be installed/present in the communication module.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor bzw. das Feldgerät eingerichtet als Zwischenspeicher für die fremden Sensordaten. Somit kann der Sensor fremde Sensordaten von benachbarten Sensoren sammeln und dann gebündelt an den externen Empfänger weiterleiten. According to a further embodiment, the sensor or field device is configured as a buffer for the external sensor data. The sensor can thus collect external sensor data from neighboring sensors and then forward it in bundles to the external receiver.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der Sensor bzw. das Feldgerät eingerichtet zum gleichzeitigen Versenden der fremden Sensordaten und der eigenen Sensordaten an den Empfänger. According to a further embodiment of the present disclosure, the sensor or the field device is configured to simultaneously send the external sensor data and the own sensor data to the receiver.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Messgerät eingerichtet, mit den anderen Messgeräten gemäß einem oder mehreren der Netzwerkprotokolle (erster Kommunikationsmodus) Bluetooth LE, MATTER, LoRa (Long Range Wide Area Network), Symphony Link, Weightless, Wi-Fi HaLow (WLAN-Standard 802.11 ah), Dect ULE (Digital Enhanced Cordless Telecommunications Ultra Low Energy), Dect NR+, M- Bus Wireless, Wireless HART, Ethernet, oder Mioty zu kommunizieren. Neben diesen
dem Fachmann bekannten Protokollen können auch weitere Protokolle, z.B. proprietäre oder zukünftige Protokolle verwendet werden. According to one embodiment, the measuring device is configured to communicate with the other measuring devices according to one or more of the network protocols (first communication mode) Bluetooth LE, MATTER, LoRa (Long Range Wide Area Network), Symphony Link, Weightless, Wi-Fi HaLow (WLAN standard 802.11 ah), Dect ULE (Digital Enhanced Cordless Telecommunications Ultra Low Energy), Dect NR+, M- Bus Wireless, Wireless HART, Ethernet, or Mioty. In addition to these In addition to protocols known to those skilled in the art, other protocols, such as proprietary or future protocols, may also be used.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Messgerät eingerichtet, in seiner Rolle als Gateway mit einem externen Empfänger, der nicht Bestandteil des Netzwerks an Messgeräten ist, gemäß einem oder mehreren der Kommunikationsstandards (zweiter Kommunikationsmodus) 1G, 2G, 3G bzw. GSM, 4G bzw. UMTS, 5G bzw. loT, Sigfox, Waviot, RPMA, NB-IOT, LTE-M, LoRa, oder CAT-M1 zu kommunizieren. Neben diesen dem Fachmann bekannten Protokollen können auch weitere Protokolle, z.B. proprietäre oder zukünftige Protokolle verwendet werden. According to one embodiment, the measuring device is configured to communicate in its role as a gateway with an external receiver that is not part of the network of measuring devices according to one or more of the communication standards (second communication mode) 1G, 2G, 3G or GSM, 4G or UMTS, 5G or loT, Sigfox, Waviot, RPMA, NB-IOT, LTE-M, LoRa, or CAT-M1. In addition to these protocols known to the person skilled in the art, other protocols, e.g. proprietary or future protocols, can also be used.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erfolgt die Nutzung des DECT-2020 (DECT NR+) Standards in autarken NB-loT Geräten in Form von Sensoren. According to one embodiment of the present disclosure, the DECT-2020 (DECT NR+) standard is used in stand-alone NB-loT devices in the form of sensors.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der Prozessor ferner eingerichtet, die fremden Sensordaten nach dem Versenden zu löschen. According to another embodiment of the present disclosure, the processor is further configured to delete the foreign sensor data after sending.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der Sensor ein Füllstandsensor, beispielsweise ein Füllstandradarsensor, ein Grenzstandsensor, ein Drucksensor oder ein Durchflusssensor. According to another embodiment of the present disclosure, the sensor is a level sensor, for example a level radar sensor, a limit level sensor, a pressure sensor or a flow sensor.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Sensornetzwerk, das eine Vielzahl der oben und im Folgenden beschriebenen Sensoren aufweist. Another aspect of the present disclosure relates to a sensor network comprising a plurality of the sensors described above and below.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Gateway für ein oben beschriebenes Sensornetzwerk. Another aspect of the present disclosure relates to a gateway for a sensor network as described above.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines oben und im Folgenden beschriebenen Sensors, bei dem fremde Sensordaten von einem benachbarten Sensor des Sensornetzwerks in einem ersten Kommunikationsmodus des Kommunikationsmoduls im Sensor empfangen werden. Daraufhin schaltet der Sensor das Kommunikationsmodul von dem erstenA further aspect of the present disclosure relates to a method for operating a sensor described above and below, in which external sensor data is received from a neighboring sensor of the sensor network in a first communication mode of the communication module in the sensor. The sensor then switches the communication module from the first
Kommunikationsmodus auf den zweiten Kommunikationsmodus, woraufhin die
empfangenen Sensordaten an einen Empfänger außerhalb des Sensornetzwerks in dem zweiten Kommunikationsmodus versendet werden. Communication mode to the second communication mode, whereupon the received sensor data are sent to a receiver outside the sensor network in the second communication mode.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Programmelement, das, wenn es auf einem Prozessor eines oben und im Folgenden beschriebenen Sensors ausgeführt wird, den Sensor anleitet, die oben beschriebenen Schritte durchzuführen. Another aspect of the present disclosure relates to a program element that, when executed on a processor of a sensor described above and below, instructs the sensor to perform the steps described above.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein oben beschriebenes Programmelement gespeichert ist. Another aspect of the present disclosure relates to a computer-readable medium on which a program element described above is stored.
Unter dem Begriff „Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld“ kann ein Teilgebiet der Technik verstanden werden, welches Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet. Ein Ziel der Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten einer Werksanlage in den Bereichen Chemie, Lebensmittel, Pharma, Erdöl, Papier, Zement, Schifffahrt oder Bergbau zu automatisieren. Hierzu können eine Vielzahl an Sensoren eingesetzt werden, welche insbesondere an die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie, wie bspw. mechanische Stabilität, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, extremen Temperaturen und extremen Drücken, angepasst sind. Messwerte dieser Sensoren werden üblicherweise an eine Leitwarte übermittelt, in welcher Prozessparameter wie Füllstand, Grenzstand, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können. The term "process automation in an industrial environment" can be understood as a branch of technology that includes measures for operating machines and systems without human involvement. One goal of process automation is to automate the interaction of individual components of a plant in the chemical, food, pharmaceutical, petroleum, paper, cement, shipping or mining sectors. A variety of sensors can be used for this purpose, which are particularly adapted to the specific requirements of the process industry, such as mechanical stability, insensitivity to contamination, extreme temperatures and extreme pressures. Measured values from these sensors are usually transmitted to a control room, in which process parameters such as fill level, limit level, flow, pressure or density are monitored and settings for the entire plant can be changed manually or automatically.
Ein Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Logistikautomation von Anlagen und die Logistikautomation von Lieferketten. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb oder außerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer einzelnen Logistikanlage automatisiert. Typische Anwendungen finden z.B. Systeme zur Logistikautomation im Bereich der Gepäck- und Frachtabfertigung an Flughäfen, im Bereich der Verkehrsüberwachung (Mautsysteme), im Handel, der Paketdistribution oder aber auch im Bereich der Gebäudesicherung (Zutrittskontrolle). Gemein ist den zuvor aufgezählten Beispielen, dass eine Präsenzerkennung in Kombination mit einer genauen Vermessung der Größe und der Lage eines Objektes von der jeweiligen
Anwendungsseite gefordert wird. Hierfür können Sensoren auf Basis optischer Messverfahren mittels Laser, LED, 2D-Kameras oder 3D-Kameras, die nach dem Laufzeitprinzip (time of flight, ToF) Abstände erfassen, verwendet werden. A sub-area of process automation in the industrial environment concerns the logistics automation of plants and the logistics automation of supply chains. With the help of distance and angle sensors, processes inside or outside a building or within a single logistics plant are automated in the field of logistics automation. Typical applications include logistics automation systems in the area of baggage and freight handling at airports, in the area of traffic monitoring (toll systems), in retail, in parcel distribution or in the area of building security (access control). What the examples listed above have in common is that presence detection in combination with precise measurement of the size and position of an object is dependent on the respective Application-side sensors can be used for this purpose based on optical measurement methods using lasers, LEDs, 2D cameras or 3D cameras that measure distances according to the time of flight (ToF) principle.
Ein weiteres Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Fabrik-ZFertigungsautomation. Anwendungsfälle hierzu finden sich in den unterschiedlichsten Branchen wie Automobilherstellung, Nahrungsmittelherstellung, Pharmaindustrie oder allgemein im Bereich der Verpackung. Ziel der Fabrikautomation ist, die Herstellung von Gütern durch Maschinen, Fertigungslinien und/oder Roboter zu automatisieren, d. h. ohne Mitwirkung des Menschen ablaufen zu lassen. Die hierbei verwendeten Sensoren und spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Lage und Größe eines Objektes sind mit denen der im vorigen Beispiel der Logistikautomation vergleichbar. Another area of process automation in the industrial environment concerns factory-to-production automation. Applications for this can be found in a wide variety of industries such as automobile manufacturing, food production, the pharmaceutical industry or in the packaging sector in general. The aim of factory automation is to automate the production of goods using machines, production lines and/or robots, i.e. to allow it to run without human involvement. The sensors used here and the specific requirements with regard to measurement accuracy when recording the position and size of an object are comparable to those in the previous example of logistics automation.
Die in den Ansprüchen verwendeten Begriffe sollten so ausgelegt werden, dass sie die weitestmögliche vernünftige Interpretation in Übereinstimmung mit der vorstehenden Beschreibung erhalten. Zum Beispiel sollte die Verwendung des Artikels "ein" oder "der" bei der Einführung eines Elements nicht so ausgelegt werden, dass sie eine Vielzahl von Elementen ausschließt. Ebenso sollte die Erwähnung von "oder" so ausgelegt werden, dass sie eine Vielzahl von Elementen einschließt, so dass die Erwähnung von "A oder B" nicht "A und B" ausschließt, es sei denn, aus dem Kontext oder der vorangehenden Beschreibung geht klar hervor, dass nur eines von A und B gemeint ist. Ferner ist die Formulierung "mindestens eines von A, B und C" als eines oder mehrere Elemente aus einer Gruppe von Elementen zu verstehen, die aus A, B und C besteht, und nicht so auszulegen, dass mindestens eines von jedem der aufgeführten Elemente A, B und C erforderlich ist, unabhängig davon, ob A, B und C als Kategorien oder auf andere Weise miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sollte die Erwähnung von "A, B und/oder C" oder "mindestens eines von A, B oder C" so ausgelegt werden, dass sie jede einzelne Einheit der aufgeführten Elemente, z. B. A, jede Teilmenge der aufgeführten Elemente, z. B. A und B, oder die gesamte Liste der Elemente A, B und C umfasst. The terms used in the claims should be construed to give them the broadest reasonable interpretation consistent with the foregoing description. For example, the use of the article "a" or "the" in introducing an element should not be construed to exclude a plurality of elements. Similarly, the mention of "or" should be construed to include a plurality of elements, so that the mention of "A or B" does not exclude "A and B" unless it is clear from the context or the preceding description that only one of A and B is meant. Further, the phrase "at least one of A, B and C" is to be understood as one or more elements from a group of elements consisting of A, B and C, and not to be construed to require at least one of each of the listed elements A, B and C, whether A, B and C are related as categories or in some other way. Furthermore, the mention of "A, B and/or C" or "at least one of A, B or C" should be construed to include any single entity of the listed elements, e.g. A, any subset of the listed elements, e.g. A and B, or the entire list of elements A, B and C.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung
die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. In the following, further embodiments of the present disclosure are described with reference to the figures. In the following description of the figures, If the same reference symbols are used, these designate identical or similar elements. The representations in the figures are schematic and not to scale.
Kurze Beschreibung der Figuren Short description of the characters
Fig. 1 zeigt ein Sensornetzwerk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Fig. 1 shows a sensor network according to an embodiment of the present disclosure.
Fig. 2 zeigt ein Sensornetzwerk gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Fig. 2 shows a sensor network according to another embodiment of the present disclosure.
Fig. 3 zeigt einen Sensor eines Sensornetzwerks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Fig. 3 shows a sensor of a sensor network according to an embodiment of the present disclosure.
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Fig. 4 shows a flowchart of a method according to an embodiment of the present disclosure.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen Detailed description of embodiments
Fig. 1 zeigt ein Sensornetzwerk 1000 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Sensornetzwerk 1000 weist einen Sensor 100 auf, der die Rolle des Gateways im Sensornetzwerk einnehmen kann. Es ist eine Vielzahl weiterer Sensoren 200 vorgesehen, die untereinander und mit dem Sensor 100 unter Verwendung eines ersten Kommunikationsmodus kommunizieren können. Hierbei kann es sich um einen Nahbereichskommunikationsmodus handeln. Der Sensor 100 kann darüber hinaus unter Verwendung eines zweiten Kommunikationsmodus mit einem Empfänger 300 außerhalb des Sensornetzwerks 1000 kommunizieren, beispielsweise einer Cloud, einem Server oder einem mobilen Endgerät eines Benutzers, wie einem Mobiltelefon. Der zweite Kommunikationsmodus ist beispielsweise ein Mobilfunk- Kommunikationsmodus zur Fernbereichskommunikation. Fig. 1 shows a sensor network 1000 according to an embodiment of the present disclosure. The sensor network 1000 has a sensor 100 that can take on the role of the gateway in the sensor network. A plurality of further sensors 200 are provided that can communicate with each other and with the sensor 100 using a first communication mode. This can be a short-range communication mode. The sensor 100 can also communicate with a receiver 300 outside the sensor network 1000 using a second communication mode, for example a cloud, a server or a user's mobile device, such as a cell phone. The second communication mode is, for example, a cellular communication mode for long-range communication.
Es ist nicht erforderlich, dass jeder der Sensoren 100, 200 einzeln mit einem entsprechenden Mobilfunkmasten kommuniziert. Das hat den Vorteil, dass nicht jeder Sensor 100, 200 eine eigene SIM-Karte inklusive Vertrag benötigt. Auch wird nicht für
jeden Sensor 100, 200 ein aufwändiger Funkaufbau (Kommunikation mit Mobilfunkmasten, Verbindung zum Server/Cloud aufbauen, Verifikation und/oder Verschlüsselung) benötigt, bevor die Daten gesendet werden können. Der Verbindungsaufbau bis zur Cloud 300 benötigt teilweise eine größere Datenmenge, als später in Form von Messdaten übertragen wird. Dies ist ineffizient und kostet Energie, Zeit und Datenvolumen und führt zur erhöhten Auslastung des Mobilfunknetzes, was sich auch im Energieverbrauch des jeweiligen Sensors niederschlägt. Zusätzlich muss der Server mit vielen Geräten ggf. gleichzeitig kommunizieren, was ebenfalls zu einer erhöhten Auslastung und einem erhöhten Energiebedarf führen kann. It is not necessary for each of the sensors 100, 200 to communicate individually with a corresponding cell tower. This has the advantage that not every sensor 100, 200 requires its own SIM card including a contract. Each sensor 100, 200 requires a complex radio setup (communication with cell towers, establishing a connection to the server/cloud, verification and/or encryption) before the data can be sent. Establishing a connection to the cloud 300 sometimes requires a larger amount of data than is later transmitted in the form of measurement data. This is inefficient and costs energy, time and data volume and leads to increased utilization of the cell network, which is also reflected in the energy consumption of the respective sensor. In addition, the server may have to communicate with many devices at the same time, which can also lead to increased utilization and increased energy requirements.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung fasst die Daten von mehreren Sensoren 200 in einen Sensor 100 zusammen, sodass diese dann gemeinsam von dem Sensor 100 an den Server bzw. die Cloud gesendet werden können. One embodiment of the present disclosure combines the data from multiple sensors 200 into one sensor 100 so that they can then be sent together from the sensor 100 to the server or cloud.
Die Sensoren 100, 200 kommunizieren untereinander und entscheiden basierend auf festgelegten Parametern, falls gewünscht gestützt durch eine künstliche Intelligenz, welches Gerät die Rolle des Gateways übernimmt. Alternativ kann auch ein eigenständiges Gateway 400 speziell für diesen Zweck eingesetzt werden. Dies ist in Fig. 2 gezeigt. Ein Beispiel für ein solches zusätzliches Gateway ist das VEGAMET der Firma VEGA. The sensors 100, 200 communicate with each other and decide based on defined parameters, if required supported by artificial intelligence, which device takes on the role of the gateway. Alternatively, a standalone gateway 400 can be used specifically for this purpose. This is shown in Fig. 2. An example of such an additional gateway is the VEGAMET from VEGA.
Als Kommunikationsmodus zur Kommunikation zwischen den Sensoren 100, 200 kann der Kommunikationsstandard DECT NR+ verwendet werden, der eine grundlegende Unterstützung von flexibler Handhabung von Gateways bietet. The communication standard DECT NR+ can be used as a communication mode for communication between the sensors 100, 200, which offers basic support for flexible handling of gateways.
Fig. 3 zeigt einen Sensor 100 mit einem Sensorgehäuse, in dem sich der Prozessor 102 befindet. An den Prozessor 102 ist ein Kommunikationsmodul 101 angeschlossen, welches eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle und eine drahtgebundene Kommunikationsschnittstelle aufweist. Es kann auch nur eine derartige Kommunikationsschnittstelle vorgesehen sein. Fig. 3 shows a sensor 100 with a sensor housing in which the processor 102 is located. A communication module 101 is connected to the processor 102, which has a wireless communication interface and a wired communication interface. Only one such communication interface can also be provided.
Ebenfalls an den Prozessor 102 angeschlossen sind eine Speichereinheit 104 zum Speichern der empfangenen Sensordaten, sowie eine Sensorik 103 zur Erfassung der (eigenen) Sensordaten, beispielsweise in Form einer Radarschaltung mit Antenne.
Nicht jeder Sensor 100, 200 sendet seinen Messwert (Temperatur, Druck, Entfernung, Füllhöhe, usw.) („Sensordaten“) selbstständig an die Cloud 200. Die Sensoren kommunizieren untereinander. Also connected to the processor 102 are a memory unit 104 for storing the received sensor data, as well as a sensor system 103 for recording the (own) sensor data, for example in the form of a radar circuit with antenna. Not every sensor 100, 200 sends its measured value (temperature, pressure, distance, fill level, etc.) (“sensor data”) independently to the Cloud 200. The sensors communicate with each other.
Die Messwerte können in einem Sensor 100 gesammelt werden und dann gebündelt gemeinsam an die Cloud gesendet werden. Dieses Sammeln kann eine zeitliche Verzögerung beinhalten. Die zulässige Verzögerung der Messwerte ist einstellbar. The measured values can be collected in a sensor 100 and then bundled and sent together to the cloud. This collection can include a time delay. The permissible delay of the measured values is adjustable.
Der Messwert kann an das Gateway gesendet und von dort ohne Verzögerung weitergeleitet werden. The measured value can be sent to the gateway and forwarded from there without delay.
Auch ist es möglich, dass die Messwerte verschlüsselt werden, damit das Gateway nur verschlüsselte Messwerte von anderen Sensoren besitzt/weiterreicht. It is also possible for the measured values to be encrypted so that the gateway only has/passes on encrypted measured values from other sensors.
Die Cloud 300 kann dann über das Gateway (100, 400) Daten an die einzelnen Sensoren 200 weiterleiten. The cloud 300 can then forward data to the individual sensors 200 via the gateway (100, 400).
Die Sensoren können untereinander kommunizieren, wodurch auch ein flexibler Wechsel des Gateways ermöglicht wird. The sensors can communicate with each other, which also allows for flexible switching of the gateway.
Ein Wechsel des Gateways wird u. a. durch externe Umstände der Geräte ausgelöst (sog. Triggerereignisse). Die externen Umstände umfassen Dinge, wie z. B. Empfangsstärke, Signalqualität, Netzabdeckung des Mobilfunkbetreibers, Verfügbarkeit/Signalqualität einzelner Mobilfunkstandards (NB-loT oder CAT-M1), Zustand der Batterie bzw. des Energiespeichers, vorhandenes Datenvolumen, Menge der zu sendenden Daten, bereits vorhandene Mobilfunkverbindung (kein Verbindungsaufbau notwendig), Auslastung der Daten in Bezug auf den Eigentümer des Geräts (bei automatischer Kommunikation von Geräten verschiedener Besitzer), bereits vorhandene Verbindung zum Server bzw. zur Cloud (keine Übermittlung der Schlüssel; Authentifizierung, usw. notwendig), Anweisung vom Server, dass ein anderes Gateway zu nutzen ist (der Sensor bzw. das Gateway, das aktuell verwendet wird, wird ausgetauscht/ersetzt), regelmäßig auftretende äußere Umstände, wie z. B. Ortswechsel, Temperaturschwankungen, energetische Verfügbarkeit (Solarzellen) oder
Abschaltungen, die die Gateway-Funktion beeinflussen, können berücksichtigt werden. Eine Kl (oder Maschinenlernen) kann solche Ereignisse erkennen und auch vorhersagen. A change of gateway is triggered by external circumstances of the device (so-called trigger events), among other things. The external circumstances include things such as reception strength, signal quality, network coverage of the mobile operator, availability/signal quality of individual mobile standards (NB-loT or CAT-M1), condition of the battery or energy storage, available data volume, amount of data to be sent, existing mobile connection (no connection establishment necessary), data utilization in relation to the owner of the device (in the case of automatic communication between devices of different owners), existing connection to the server or cloud (no transmission of keys; authentication, etc. necessary), instruction from the server that a different gateway is to be used (the sensor or gateway that is currently being used is exchanged/replaced), regularly occurring external circumstances such as change of location, temperature fluctuations, energy availability (solar cells) or Shutdowns that affect the gateway function can be taken into account. AI (or machine learning) can detect and also predict such events.
Neben den eigentlichen Messwerten können auch Positionsdaten oder anderweitig nützliche Daten (z. B. GPS, A-GPS) mit anderen Teilnehmern geteilt werden. In addition to the actual measured values, position data or other useful data (e.g. GPS, A-GPS) can also be shared with other participants.
Geräte, die keine GPS-Position ermitteln können (Funktion nicht gegeben oder Funktion durch die Umgebung, innerhalb eines Gebäudes, beeinträchtigt), erfahren so die ungefähre Position. Durch geteilte/vorhandene A-GPS-Daten kann die eigene Position besser geteilt werden. Weitere nützliche Daten können die Mobilfunkabdeckung einzelner Mobilfunkbetreiber in der Region sein. Ausfall eines Mobilfunknetzes oder eines Mobilfunkbandes, damit ein anderes Mobilfunknetz genutzt wird. Devices that cannot determine a GPS position (not working or function impaired by the environment, inside a building) can thus find out the approximate position. Shared/available A-GPS data makes it easier to share your own position. Other useful data can be the mobile phone coverage of individual mobile phone operators in the region. Failure of a mobile phone network or a mobile phone band so that another mobile phone network is used.
Gruppierung mehrerer Sensoren kann zu Beginn händisch erfolgen. Auch ein automatischer Suchlauf von kompatiblen Geräten ist möglich. Dies kann die Geräte eines einzigen Besitzers beinhalten, aber auch die Geräte von unterschiedlichen Besitzern, die nichts voneinander wissen. Grouping several sensors can be done manually at the beginning. An automatic search for compatible devices is also possible. This can include the devices of a single owner, but also the devices of different owners who do not know each other.
Ein Gateway-Wechsel kann durch Kl oder Maschinenlernen unterstützt und verbessert werden. A gateway change can be supported and improved by AI or machine learning.
Die Nutzung eines Gateways ist optional einstellbar bzw. kann geändert werden. Der Sensor, das Gateway, aber auch der Server können selbst entscheiden (ggf. durch Unterstützung der Kl), ob die Nutzung eines Gateways erforderlich/sinnvoll ist. The use of a gateway is optionally adjustable or can be changed. The sensor, the gateway and also the server can decide for themselves (if necessary with the support of the Kl) whether the use of a gateway is necessary/useful.
Der Sensor kann in regelmäßigen/unregelmäßigen Zeiten direkt mit dem Server kommunizieren, um das Gateway nicht unnötig zu belasten. Dies kann bei einem Software-Update oder Austausch neuer Zertifikate/Schlüssel der Fall sein, oder wenn eine Nachricht schnellstmöglich versendet werden muss. The sensor can communicate directly with the server at regular/irregular times to avoid unnecessary load on the gateway. This can be the case when there is a software update or exchange of new certificates/keys, or when a message needs to be sent as quickly as possible.
Das Gateway kann als Zwischenspeicher eingesetzt werden, falls ein Sensor zum Kommunizieren bereits einsatzfähig ist oder mehrere Sensoren die identischen Daten benötigen (Software-Update).
Somit kann ein effizienter Betriebsablauf und daraus folgend eine längere Batterielebenszeit der Sensoren erreicht werden. The gateway can be used as a buffer if a sensor is already ready to communicate or if several sensors require identical data (software update). This enables more efficient operation and consequently a longer battery life of the sensors.
Jeder Sensor kann eine eindeutige ID besitzen, die nicht geändert werden kann, sowie eine flexible ID, um Geräte zyklisch zu anonymisieren. Each sensor can have a unique ID that cannot be changed, as well as a flexible ID to cyclically anonymize devices.
Die Kommunikation der Sensoren untereinander ist ggf. nicht nur auf das drahtlose DECT NR+ begrenzt. Auch können weitere Schnittstellen wie Bluetooth, Hart, Ethernet, usw. vorgesehen sein. The communication between the sensors may not be limited to wireless DECT NR+. Other interfaces such as Bluetooth, Hart, Ethernet, etc. may also be provided.
Es kann als ein Kernaspekt der vorliegenden Offenbarung angesehen werden, dass mehrere Sensoren ihre Nachrichten an einem Punkt (den Sensor 100 bzw. den Gateway 400) sammeln, um diese hinsichtlich Energieverbrauch und Übertragungszeit so effizient wie möglich zu verschicken. Anstatt wie bisher (jeder Sensor sendet einzeln) werden die Nachrichten an einem optimalen Punkt, der dann als Gateway fungiert, gebündelt und von dort versandt. It can be considered a core aspect of the present disclosure that several sensors collect their messages at one point (the sensor 100 or the gateway 400) in order to send them as efficiently as possible in terms of energy consumption and transmission time. Instead of as before (each sensor sends individually), the messages are bundled at an optimal point, which then acts as a gateway, and sent from there.
Beispielsweise gibt es also eine Gruppe von autarken NB-loT Sensoren, die innerhalb eines Bereiches montiert sind. Jedes dieser Geräte wacht zu einem festgelegten Zeitpunkt auf und sendet einen Messwert an die Cloud. For example, there is a group of self-contained NB-loT sensors mounted within an area. Each of these devices wakes up at a set time and sends a measured value to the cloud.
Um diesen Vorgang zu optimieren, soll das energieintensive Senden der Messwerte über Mobilfunk reduziert werden. Dazu kommunizieren die Sensoren untereinander und legen fest, welcher Sensor in der aktuellen Situation am besten geeignet ist, die Messwerte der gesamten Gruppe zu übertragen. Dieses Kommunikationsart kann durch ein Signal (drahtgebunden oder ein weiteres Funksignal) aktiviert werden. Hierdurch kann weiter Energie eingespart werden. In order to optimize this process, the energy-intensive transmission of measured values via mobile communications should be reduced. To do this, the sensors communicate with each other and determine which sensor is best suited to transmit the measured values of the entire group in the current situation. This type of communication can be activated by a signal (wired or another radio signal). This can save further energy.
Das ausgewählte Gerät 100 baut als einziges Gerät eine Verbindung zur Cloud auf und überträgt alle Messwerte.
Alternativ ist auch der Betrieb mit einem festinstallierten Gateway 400 (z. B. VEGAMET) vorgesehen. Dies ermöglicht den Geräten vollständig, auf eine Mobilfunkkommunikation zu verzichten. Die Sensoren 100, 200 kommunizieren dann direkt mit dem Gateway, welches die komplette weitere Kommunikation übernimmt. Fällt das festinstallierte Gateway 400 aus, können die Daten durch ein neu definiertes Gateway 100 (ehemals Sensor) in die Cloud gesendet werden. The selected device 100 is the only device that establishes a connection to the cloud and transmits all measured values. Alternatively, operation with a permanently installed gateway 400 (e.g. VEGAMET) is also possible. This allows the devices to completely dispense with mobile communication. The sensors 100, 200 then communicate directly with the gateway, which takes over all further communication. If the permanently installed gateway 400 fails, the data can be sent to the cloud via a newly defined gateway 100 (formerly sensor).
Die Auswahl des „optimalen Gateways“ erfolgt nicht nach einer festen Reihenfolge, sondern parameterbasiert. The selection of the “optimal gateway” is not carried out in a fixed order, but is parameter-based.
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In Schritt 401 erfassen die Sensoren eines Sensornetzwerks Sensordaten. Diese werden dann in Schritt 402 mittels Nahbereichskommunikation an einen Sensor des Sensornetzwerks übertragen und dort gesammelt. Diese Übertragung kann auch stufenweise von Sensor zu Sensor erfolgen, bis sie im passenden Sensor angekommen sind. In Schritt 403 wechselt dieser Sensor seinen Kommunikationsmodus von Nahbereichskommunikation zwischen den Sensoren auf Fernbereichskommunikation und überträgt in Schritt 402 die gesammelten und die eigenen Sensordaten an einen externen Empfänger, beispielsweise eine Cloud oder einen Mobilfunkmast.
Fig. 4 shows a flow chart of a method according to an embodiment of the present disclosure. In step 401, the sensors of a sensor network collect sensor data. This is then transmitted to a sensor of the sensor network in step 402 using short-range communication and collected there. This transmission can also take place step by step from sensor to sensor until it has arrived at the appropriate sensor. In step 403, this sensor changes its communication mode from short-range communication between the sensors to long-range communication and transmits the collected and its own sensor data to an external receiver, for example a cloud or a cell tower, in step 402.
Claims
1. Feldgerät (100) eines Sensornetzwerks (1000), eingerichtet zur Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld, aufweisend: zumindest ein Kommunikationsmodul (101), eingerichtet zum Empfangen von fremden Sensordaten von einem benachbarten Sensor (200) des Sensornetzwerks in einem ersten Kommunikationsmodus; wobei das Kommunikationsmodul darüber hinaus eingerichtet ist zum Versenden der empfangenen Sensordaten an einen Empfänger (300) außerhalb des Sensornetzwerks in einem zweiten Kommunikationsmodus; einen Prozessor (102), eingerichtet zum Umschalten des Kommunikationsmoduls von dem ersten Kommunikationsmodus auf den zweiten Kommunikationsmodus. 1. Field device (100) of a sensor network (1000), set up for process automation in an industrial or private environment, comprising: at least one communication module (101), set up to receive external sensor data from a neighboring sensor (200) of the sensor network in a first communication mode; wherein the communication module is further set up to send the received sensor data to a receiver (300) outside the sensor network in a second communication mode; a processor (102), set up to switch the communication module from the first communication mode to the second communication mode.
2. Feldgerät (100) nach Anspruch 1 , wobei der Prozessor (102) eingerichtet ist, zu entscheiden, ob die vom Sensor (100) erfassten eigenen Sensordaten von dem Kommunikationsmodul (101) in dem ersten Kommunikationsmodus an den benachbarten Sensor (200) gesendet werden, oder in dem zweiten Kommunikationsmodus an den Empfänger (300). 2. Field device (100) according to claim 1, wherein the processor (102) is configured to decide whether the own sensor data acquired by the sensor (100) are sent by the communication module (101) to the neighboring sensor (200) in the first communication mode, or to the receiver (300) in the second communication mode.
3. Feldgerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (102) eingerichtet ist, das Kommunikationsmodul (101) regelmäßig oder bedarfsweise von dem ersten Kommunikationsmodus auf den zweiten Kommunikationsmodus umzuschalten. 3. Field device (100) according to one of the preceding claims, wherein the processor (102) is configured to switch the communication module (101) regularly or as needed from the first communication mode to the second communication mode.
4. Feldgerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (102) eingerichtet ist, das Kommunikationsmodul (101) aufgrund eines Triggerereignisses durch den benachbarten Sensor (200) von dem ersten Kommunikationsmodus auf den zweiten Kommunikationsmodus umzuschalten. 4. Field device (100) according to one of the preceding claims, wherein the processor (102) is configured to switch the communication module (101) from the first communication mode to the second communication mode based on a trigger event by the adjacent sensor (200).
5. Feldgerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingerichtet als Zwischenspeicher für die fremden Sensordaten.
5. Field device (100) according to one of the preceding claims, configured as a buffer for the external sensor data.
6. Feldgerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingerichtet zum gleichzeitigen Versenden der fremden Sensordaten und der eigenen Sensordaten an den Empfänger (300). 6. Field device (100) according to one of the preceding claims, configured to simultaneously send the external sensor data and the own sensor data to the receiver (300).
7. Feldgerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kommunikationsmodus gemäß einem oder mehreren der Netzwerkprotokolle Bluetooth LE, LoRa, Symphony Link, weightless, Wi-Fi, HaLow, DECT ULE, DECT NR+, M-Bus Wireless, Wireless HART, Matter, Thread, Zigbee, oder Mioty eingerichtet ist. 7. Field device (100) according to one of the preceding claims, wherein the first communication mode is set up according to one or more of the network protocols Bluetooth LE, LoRa, Symphony Link, weightless, Wi-Fi, HaLow, DECT ULE, DECT NR+, M-Bus Wireless, Wireless HART, Matter, Thread, Zigbee, or Mioty.
8. Feldgerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Kommunikationsmodus gemäß einem oder mehreren der Kommunikationsstandards 1G, 2G, 3G, 4G, 5G, LoRa, Sigfox, Waviot, RPMA, NB-IOT, LTE-M, oder CAT-M1 eingerichtet ist. 8. Field device (100) according to one of the preceding claims, wherein the second communication mode is set up according to one or more of the communication standards 1G, 2G, 3G, 4G, 5G, LoRa, Sigfox, Waviot, RPMA, NB-IOT, LTE-M, or CAT-M1.
9. Feldgerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (102) ferner eingerichtet ist, die fremden Sensordaten nach dem Versenden zu löschen. 9. Field device (100) according to one of the preceding claims, wherein the processor (102) is further configured to delete the foreign sensor data after sending.
10. Feldgerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor ein Füllstandsensor, ein Grenzstandsensor, ein Drucksensor oder ein Durchflusssensor ist. 10. Field device (100) according to one of the preceding claims, wherein the sensor is a level sensor, a limit level sensor, a pressure sensor or a flow sensor.
11 . Sensornetzwerk (1000), aufweisend eine Vielzahl an Feldgeräten(100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10. 11. Sensor network (1000) comprising a plurality of field devices (100) according to one of claims 1 to 10.
12. Sensornetzwerk (1000) nach Anspruch 11 , weiterhin aufweisend ein Gateway (400). 12. Sensor network (1000) according to claim 11, further comprising a gateway (400).
13. Verwendung eines Gateways (400) für ein Sensornetzwerk (1000) nach einem der Ansprüche 11 oder 12. 13. Use of a gateway (400) for a sensor network (1000) according to one of claims 11 or 12.
14. Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts(IOO) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend die folgenden Schritte:
Empfangen von fremden Sensordaten von einem benachbarten Feldgerät (200) des Sensornetzwerks (1000) in einem ersten Kommunikationsmodus des Kommunikationsmoduls (101); 14. A method for operating a field device (IOO) according to one of claims 1 to 10, comprising the following steps: Receiving external sensor data from a neighboring field device (200) of the sensor network (1000) in a first communication mode of the communication module (101);
Umschalten des Kommunikationsmoduls von dem ersten Kommunikations- modus auf den zweiten Kommunikationsmodus; Switching the communication module from the first communication mode to the second communication mode;
Versenden der empfangenen Sensordaten an einen Empfänger (300) außerhalb des Sensornetzwerks in dem zweiten Kommunikationsmodus. Sending the received sensor data to a receiver (300) outside the sensor network in the second communication mode.
15. Programmelement, das, wenn es auf einem Prozessor (102) eines Feldgeräts (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgeführt wird, den Sensor anleitet, die Schritte gemäß dem Verfahren nach Anspruch 14 durchzuführen. 15. A program element which, when executed on a processor (102) of a field device (100) according to any one of claims 1 to 10, instructs the sensor to perform the steps according to the method of claim 14.
16. Computerlesbares Medium, auf welchem ein Programmelement nach Anspruch 15 gespeichert ist.
16. A computer-readable medium on which a program element according to claim 15 is stored.
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