M2M-Interfaces für technisches Facility Management
Fernzugriff über Mobilfunknetze
In der Gebäudeautomation nimmt die Machine-to-Machine-Kommunikation eine bedeutende Rolle ein. Besonders der Einsatz von Mobilfunknetzwerken mit hohen Übertragungsraten bietet neue Anwendungsbereiche. Zunehmend lassen sich in diese Nezte auch Embedded Computer anbinden. Diese Systeme übernehmen dann beispielsweise das Energie-Management von Blockheizkraftwerken oder bilden dezentrale Cloud-Knotenpunkte für das Infrastruktur-Monitoring im Facility-Management.
Die Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) wird zunehmend leistungsfähiger und günstiger. So ist es heute möglich, über Mobilfunknetze auf einen Computer zuzugreifen und ihn zu bedienen bzw. zu konfigurieren, ohne dass die Kosten explodieren oder sich die Performance als ungenügend erweist. Daraus ergeben sich vollkommen neue Möglichkeiten für das technische Facility Management sowie für Installationen an oder in Gebäuden. Anwendungsbereiche reichen von digitalen Ausschilderungssystemen über die Videoüberwachung von Eingängen oder Fahrstühlen bis hin zum Remote-Zugriff auf komplexe Heizungs- und Lüftungssteuerungen oder die aktuell viel diskutierten Energie-Management-Gateways mit Zusatz-Funktionen. Unternehmen wie Kontron entwickeln für diese unterschiedlichen Anforderungen applikationsfertig vorintegrierte Embedded Computing Plattformen mit bedarfsgerechter Konnektivität, sodass sich OEM-Hersteller nicht um das Zusammenspiel von Embedded PC und Netz-Anbindung kümmern müssen.
Anfänge in der Telemetrie
Am Anfang dieser Entwicklung stand die Telemetrie: Dabei wurden zunächst nur kleine Datenpakete sehr sporadisch zwischen Maschinen und Anlagen ausgetauscht und dies meist auch nur in eine Richtung. Ein Beispiel sind Tankfüllstandsangaben an Befüll-Managementsystemen für Tankfahrzeuge. Lösungen in diesem Bereich waren immer vergleichsweise teuer. Seit einiger Zeit gibt es jedoch die M2M-Kommunikation: Hier kann in beide Richtungen kommuniziert werden. Und dies mit zunehmend höherer Bandbreite, die eine stetig wachsende Zahl neuer Anwendungsbereiche eröffnet.
Ständige Verbindung bei hohen Bandbreiten
Möglich macht dies der zunehmende Ausbau der Telekommunikationsnetze sowie die Verfügbarkeit passender Tarifmodelle der Netzbetreiber. Lieferten beispielsweise die Mobilfunknetze mit GSM ursprünglich noch eine Datenrate von gerade einmal 9600 bit/s bei V.110, erreicht man heute mit UMTS bis zu 7,2 Mbit/s bei HSDPA. Mit dem Mobilfunkstandard Long-Term-Evolution (LTE) werden gar Download-Kapazitäten von bis zu 100 Mbit/s erreicht, was der Datenübertragungskapazität von kabelgebundenen Fast Ethernet-Netzwerken entspricht. Zudem sind Tarife verfügbar geworden, mit denen diese Bandbreiten auch rund um die Uhr und über jede Entfernung hinweg kosteneffizient genutzt werden können. Mit M2M-Lösungen, die diese Übertragungsstandards unterstützen, wird ‚always-on‘-Konnektivität, wie sie beispielsweise in sicherheitskritischen Applikationen oft gefordert ist, jetzt auch bei hohen Bandbreiten ohne Verkabelung an nahezu jedem Ort der Welt realisierbar.
Anwendung im Energie- und Alarm-Management
Zu den neuen Anwendungsbereichen, die sich aus dem erweiterten Leistungs- und Einsatz-Potential ergeben, zählen Lösungen, die Computersysteme als Knotenpunkte mit Netz-Anschluss einsetzen. Die Kommunikation ist dabei je nach Mobilfunk- oder Festnetz-Verbindung so schnell, dass sie sich kaum vom Browsen am heimischen PC unterscheidet. Daraus ergibt sich ein enormes Remote Access Potenzial, sodass zunehmend mehr Embedded Computer dezentral mit Telko-Netzanschluss versehen werden können. Anwendung finden solche EDGE Computer z.B. in intelligenten Energie-Management-Lösungen von Blockheizkraftwerken genauso wie in dezentralen ‚Cloud‘-Knotenpunkten für das Infrastruktur-Monitoring von Facility Betreibern, die beispielsweise umfassende Heizungs- und Lüftungsanlagen fernüberwachen und fernsteuern wollen. Denkbar sind auch intelligente Alarm-Management-PCs für das Hotelgewerbe, die zum einen Telko-Eskalationsroutinen für Notfälle sicherstellen sowie dokumentieren sollen und zum anderen auch Hotelgäste in den einzelnen Zimmern in ihrer Muttersprache alarmieren können. Aber auch Lösungen für Aufzüge lassen sich damit effizient umsetzen. So ist es möglich, die Kommunikationsverbindung zwischen den Bedienelementen in der Fahrstuhlkabine und der Motorsteuerung IP-basiert mit Industrial Ethernet Protokollen aufzusetzen. Gleichzeitig können so für Notfälle auch Video- und Tondaten über IP-Telefonie bereitgestellt werden, sodass sich eingeschlossene Personen weniger auf sich allein gestellt fühlen, da sie im Notfall den Ansprechpartner nicht nur hören, sondern auch sehen können. Die Verbindung zur Störstelle könnte vom M2M-Gerät dann flexibel, beispielsweise über das Mobilfunknetz, oder ebenfalls ethernetbasiert, über eine DSL-Leitung erfolgen. Auch eine redundante Kommunikation über verschiedene Kanäle wie Festnetz und Mobilfunknetz würde damit realisierbar, so dass Störungsmeldungen auch dann noch übermittelt werden können, wenn ein Kanal ausgefallen ist. Das kann die Verfügbarkeit der Gesamtlösung deutlich erhöhen.
Alte Aufzüge auf den aktuellen Stand bringen
Übrigens ist eine solche Technologie nicht nur für neue Aufzüge interessant. Zunehmend gilt es, auch bestehende Aufzuganlagen auf den aktuellen Stand zu bringen. So berichtete beispielsweise das Online TV-Magazin ct.tv von Problemen, die durch in die Jahre gekommene Wählautomaten verursacht wurden. Die Wählautomaten sind nach wie vor Teil vieler Alarmsysteme, in denen sie mittels Impulswahlverfahren über das Telefonnetz Alarmmeldungen an eine Störstelle kommunizieren sollen. Bei den veralteten Wählautomaten kam es jedoch in der jüngeren Vergangenheit vermehrt dazu, dass einzelne Wählimpulse verschluckt wurden. Das führte dazu, dass eine falsche Nummer angewählt wurde. Die Alarme sind deshalb nicht bei der Störstelle sondern in einem Privathaushalt eingegangen.
Amortisierung durch Mehrwertfunktionen
Aber ganz gleich, ob es sich um alte oder neue Anlagen handelt: Computer-basierte M2M-Technologie bietet für komplexere Aufgabenstellungen die ideale technologische Plattform, um zeitgemäße Performance und Kommunikationskanäle effizient bereit zu stellen. Eine PC-basierte Aufzug-Steuerung ist zudem sehr flexibel sowie einfach programmierbar und kann somit schnell um zusätzliche Mehrwertfunktionen erweitert werden, die beispielsweise sogar ohne Mehraufwand bei der Software umgesetzt werden könnten. So könnten beispielsweise Fahrstuhlkabinen leicht mit einer IP-basierten Webcam zur Vandalismusprävention ausgestattet werden. Aufgrund der Möglichkeit, Bild und Audiodaten mit hoher Qualität zu übertragen, wäre es sogar denkbar, die Kabinen mit Displays auszustatten, die beispielsweise auch für Werbe- und Informationszwecke genutzt werden. In vielfrequentierten Aufzügen könnten so die Investitionsaufwendungen und Wartungskosten über Werbeeinnahmen finanziert bzw. mitfinanziert werden. Wetterdaten, Nachrichten und Ausflugstipps könnten mit Werbeeinspielern kombiniert werden.
PC-basiertes M2M Developer Kit
Für die effiziente Realisierung solcher Embedded Systeme mit Telko-Netzanschuss hat Kontron kürzlich eine modulare, computerbasierte M2M-Lösung auf Basis des Intel Atom Prozessors vorgestellt. Das auf standardbasierten Computer-on-Modules (COMs) aufbauende M2M Smart Services Developer Kit wurde speziell dafür entwickelt, Evaluierung, Entwicklung und Roll-Out von computerbasierten M2M-Lösungen für Remote Management Services über Telekommunikationsnetze zu beschleunigen. Aufgrund der flexiblen Konnektivität über Mobilfunknetze, Festnetz, WLAN und WPAN sowie der ‚Plug&Play‘-Fähigkeit des Systems können Entwickler nicht nur sehr einfach die Konnektivität der Applikation entwickeln und testen sondern im Anschluss auch schneller eine fertige Lösung ausliefern. Zusätzlich zu seiner hohen Flexibilität und Modularität unterscheidet sich das M2M Developer-Kit von geschlossenen Residential-Gateway-Systemen außerdem durch seine umfassende x86er-Softwareunterstützung. So umfasst das Kontron M2M-System eine bereits vorinstallierte 90-Tage Testversion von Wind River Linux 4.1 inklusive Softwarepakete und Treiber, um sofort mit den Testläufen für die drahtlose Konnektivität starten zu können. Auch wird für die OEM-spezifisch vorintegrierte Software bei Bedarf das gesamte Lizenzmanagement übernommen, etwa für das Betriebssystem oder für weitere Funktionen wie Antiviren-Software oder Linux-basierte ISDN-, DSL- und Ethernet-Router. OEM profitieren von einer solchen Application Ready Plattform von reduzierten Hardwareentwicklungs- und Softwareintegrations-Kosten und können sich so ganz auf die Applikationsentwicklung konzentrieren. Indem Kunden bei Kontron die Hardware zusammen mit diesen Services aus einer Hand erhalten, entfällt nach erfolgreicher Spezifizierung und Validierung des Systems zudem der gesamte administrative Aufwand für die laufende Serienfertigung.
Remote in der Cloud oder mit dezentralem Service
Kontron plant diese M2M-Plattform zusammen mit den von Intel im Rahmen der M2M Initiative initiierten Ökosystempartnern wie WindRiver, Ericsson sowie T-Online und Vodafone kontinuierlich weiter zu entwickeln und zu pflegen. Auch weitere Partnerschaften will der Hardware-Anbieter sowohl bei den zentralen Services wie etwa ‚Cloud‘-Realisierungen als auch der dezentralen Software in den M2M-Geräten anbieten, mit deren Hilfe sich nahezu beliebige Remote-Service-Projekte umsetzen lassen. OEM erhalten somit automatisch Zugriff auf Softwareupgrades, Firmware-Patches sowie auf die gesamte Infrastruktur, die für die Umsetzung industrieller M2M-Projekte erforderlich ist. Dies gilt natürlich auch für die erforderliche Cloud-Technologie für die zentralen Server- und Service-Infrastrukturen, die in Zusammenarbeit mit Partnern umgesetzt werden. Für Geräteverwaltung, Trendanalyse, Reporting oder Alarmierung beispielsweise, existieren Vorlagen, sodass sich OEM voll und ganz auf die Entwicklung ihrer Maschinen und Anlagen konzentrieren und den M2M-Bedarf an kompetente Partner auslagern können. Kontron versteht sich in diesem Zusammenhang als Serviceanbieter für OEM, der ihnen möglichst viel Entwicklungsarbeit abnehmen will. Als Wettbewerber zu M2M-Lösungsanbietern oder Systemintegratoren wird sich Kontron hingegen nicht platzieren.
Anbindung an die Telekommunikations-Netze
Das lüfterlose Kontron M2M-System in der Größe von 67x100x27mm integriert zusätzlich zu einem energieeffizienten Intel-Atom-Prozessor die volle Bandbreite an M2M Kommunikationsschnittstellen: Mit integriertem 802.11a/b/g/n WLAN und 802.15.4 WPAN oder Wireless Personal Area Network erlaubt dieses Kit die schnelle Entwicklung von Wireless Lösungen z.B. für 6LoPAN, Wireless Hart, ZigBee und andere. Optional ist das M2M-System mit dem vorzertifizierten Ericsson 5521gw Modul lieferbar und kann alternativ auch mit anderen, steckbaren PCI-Express 3G/4G Modulen bestückt werden.
Anbindung eines Embedded PC als M2M-System
Zusätzlich zum Anschluss an die unterschiedlichen Telekommunikationsnetze ist für einen Embedded PC, der als M2M-System eingesetzt wird, auch die lokale ‚Peripherie‘ von großer Bedeutung. Diese ist in der Regel so heterogen, wie es unterschiedliche Gewerke in einem Gebäude gibt: Von analogen und digitalen I/O, über Relais und Feldbusse für die Gebäudeautomatisierung, bis hin zu Industrial Ethernet-Anbindungen reichen die Kommunikationsanforderungen vor Ort. Für diese individuelle Peripherie bietet das M2M Development-Kit einen Mini-PCIe-Steckplatz sowie einen Ethernetanschluss an, über den auch I/O-Systeme beispielsweise von Wago angeschlossen werden können. In OEM-Projekten lassen sich zudem beliebige Interfaces, wie beispielsweise Feldbusse einbinden. Selbst über FPGA implementierte I/Os sind einsetzbar und über Intel Atom E6x5 Prozessorimplementierungen zudem platzsparend und hochintegriert möglich. Interessant sind solche Lösungen beispielsweise in Smart Kamera-Implementierungen mit automatischem Preprocessing der Videodaten. Der modulare Aufbau des M2M-Systems ermöglicht es, lediglich die Features im fertigen System umzusetzen, die auch wirklich benötigt werden.
