Aufbau Sensor Netzwerk

Sensor Netzwerk

Die Architektur eines Sensor Netzwerks

Die Sensor Netzwerk Architektur gliedert sich in die Sensor/Microcontroller-, die Server-, die Cloud- und die Administrations-ebene (siehe Abbildung). Die Funktionen werden im Folgenden näher beschrieben.

Sensor-Ebene (Datenerfassung / Steuerung)

Die Sensor-Ebene besteht aus drei wesentlichen Baugruppen:

  • Sensoren : alle Elemente die Messwerte geben (analog oder digital). Da die Fülle unterschiedlicher Sensoren den Rahmen sprengen würde, werden hier nur ein paar Beispile angegeben: Temperatur, Helligkeit, Druck, Winkellage, Beschleunigung, ...
  • Aktuatoren : sind zu Beispiel Schalter oder Relais die Geräte ein- oder ausschalten oder Schrittmotoren, die Drehzahlen regeln, Ventile öffnen, o. ä.
  • Microcontroller : sind das verbindende Element, das Messwerte der Sensoren ausliest und Stellgrössen an die Aktuatoren weiter gibt. Microcontroller bilden auch die Verbindung zur Server-Ebene. Sie können über drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen realisiert sein. Über ein Programmier-Interface können Instruktionen in den Microcontroller geleden werden, die definieren welche Sensoren und Aktuatoren wie ausgelesen bzw. angesprochen werden sollen.

Beispiel:
Ein DHT22 Temperatur-Sensor wird mit einem Arduino-Nano ausgelesen und gibt die Daten über ein Bluetooth Kommunikationsmodul an ein Mobilfunk-Telefon weiter, das eine Bluetooth-Terminal-App installiert hat

Server-Ebene (Datenverarbeitung / Speicherung / Analyse / Überwachung)

Auf der Server-Ebene steht an erster Stelle die Verarbeitung der eingehenden Daten. In der Regel werden diese in einer Datenbank gespeichert. Zur Analyse der Daten kann nun eine Datenbankverbindung, oder andere Schnittstellen - wie zum Beispiel RESTful webservices genutzt werden. Beide Schnittstellen eignen sich sowohl für die weitergehende Analyse als für die Regelung von Prozessen. In einfachen Systemen, oder wo sehr kurze Reaktionszeit erforderlich ist, kann unter Umständen auf die Server-Ebene verzichtet werden. Durch die Speicherung der Daten ist eine Überwachung/Regelung der Prozesse möglich.
Beispiel:
Über eine Reihe verschiedener Helligkeits-Sensoren wird entschieden, dass Licht einzuschalten.

Cloud-Ebene (Anwendungen / Orchestrierung / Integration)

In der Cloud-Ebene sind eine Reihe von Funktionen zusammengefasst. Hier werden Anwendungen und Schnittstellen zu anderen "Mehrwert"-Diensten bereitgestellt, die eine Orchestrierung auf höherer Ebene erlauben. Außerdem stellt die Cloud-Ebene die wesentlichen Funktionen zu Vertrieb, Zugriffsschutz, dem Abrechnung und Konfigurations-Interface auf Kundenseite bereit.

Administrations-Ebene (Konfiguration / Zugriffssteuerung / O & M

Um den Betrieb des Sensor Netzwerks dauerhaft sicher zu stellen, müssen:

  • defekte Komponenten erfasst und ausgetauscht,
  • Software angepasst,
  • und Konfigurations-Parameter angepasst werden.

Für diese Funktionen steht die Administrations-Ebene.