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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen der Signalqualität an einem Einsatzort eines LPWAN-Sensor gemäß Anspruch 1.
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Batteriebetriebenen Funksensoren werden häufig in LPWAN Netzwerken eingesetzt Als Funktechnologien werden in diesen Netzwerken Mioty, LoRA, Bluetooth Mesh und SigFox eingesetzt.
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Problematisch ist hierbei, dass nicht an jedem Einsatzort eines Funksensors die Netzabdeckung ausreichend ist, um mit einer Basisstation sicher zu kommunizieren.
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Aufgabe der Erfindung zu prüfen, ob die Netzabdeckung am Einsatzort eines LPWAN-Sensors ausreichend ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nähere erläutert.
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Es zeigen:
- 1: Mioty Telegramm Splitting
- 2: schematische Darstellung eines Sensornetzwerkes mit Cloud Anbindung
- 3: Blockdiagramm eines Funksensors
- 4: Kommunikationsablauf
- 5: Tester in range
- 6: Tester out of range
- 7: Gerät mit wechselbarer Antenne
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1 zeigt schematisch eine zerkleinerte Nachricht über Zeit und Frequenz (Links im Bild) für den Mioty-Funkstandard.
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Mioty als Funkstandard wird in Sensoren dort eingesetzt, bei denen eine hohe Reichweite, auch in elektromagnetisch stark gestörten Umgebungen, und eine geringe Energieaufnahme gefordert sind. Daher gibt der Mioty-Standard vor, dass der Sensor selbst bestimmt, wann er sendet und wann er Daten empfangen kann. Hierzu wurde das Verhalten wie folgt festgelegt:
- Der Sensor erwacht aus dem Schlafmodus, verarbeitet die gemessenen Daten und sendet sie anschließend. Danach wartet er kurz, ob von der Basisstation Daten gesendet werden. Wenn keine Daten empfangen wurden geht der Sensor wieder in den Schlafmodus bis zum nächsten Sendezeitpunkt.
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Um direkt auf eine Nachricht reagieren zu können, müsste die Empfangselektronik des Sensors immer im Betrieb sein. Dies benötigt allerdings sehr viel Energie. Nur mit dem festgelegten sehr sparsamen Verhalten sind Batterielaufzeiten von mehreren Jahren möglich.
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Mioty ist eine Technologie, die auf dem „Telegram Splitting Ultra narrow band“ (TS-UNB) basiert, dass im ETSI standard TS 103 357 („TS-UNB Specification“) verankert ist. Mioty wird in Deutschland im ISM Frequenzband 868 MHz betrieben, und unterliegt daher Einschränkungen, vorgeschrieben von der ETSI, für den Regelbetrieb was Sendeleistung, Sendezyklus und übertragbare Datenmenge angeht (ETSI 300-220-2 Duty Cycle Limitierung im 868 MHz Frequenzband).
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Durch das Telegram Splitting (siehe ) ist mioty sehr robust, was Störfestigkeit, Reichweite und Durchdringung selbst von flüssigen Medien betrifft. Das Telegram Splitting ermöglicht es zudem, dass bis zu 50 % der Subpakete beim Versenden verloren gehen, trotzdem kann die Nachricht nach Empfang weiterhin zusammengesetzt werden.
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Die Sub-Pakete beim Mioty Standard werden nach dem Empfang wieder zu einer Nachricht zusammengebaut und sind durch Forward Error Correction bis zu 50% Verlusttolerant.
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2 zeigt ein Funknetzwerk FN von Funksensoren FS mit einer Basisstation B, die mit einer Cloud C verbunden ist. Über Anwenderschnittstellen (user Interfaces) kann der Anwender auf die in der Cloud gespeicherten Daten zugreifen.
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3 zeigt ein Blockdiagramm eines Funksensors im Funknetzwerk, der auch als Sensorknoten bezeichnet wird.
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Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand mehrerer Figuren detailliert beschrieben
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1. Vorteile der Erfindung
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Bei der Erfindung handelt es ich um ein Verfahren, mit welchem man die Netzabdeckung von mioty testen kann. Das wird benötigt um Entscheidungen zu treffen, wo neue Basisstationen aufgebaut werden müssen, da ein Sensor seine Daten nur dann ausliefern kann, wenn eine entsprechende Basisstation in seiner Nähe ist, die die Daten empfangen kann.
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2. Stand der Technik
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Bei kabelgebundenen Protokollen ist diese Art der Netzabdeckung nicht nötig, da überall wo ein Kabel liegt (mit gewissen Limits von Kabellängen) auch Daten abgerufen werden können. Bei Protokollen die auch im Privaten Umfeld eingesetzt werden, gibt es ähnliche Geräte, z.B. bei Wlan (App: NetSpot, WiFi Analyzer, Wireshark). Hier ist die Hardware jedoch immer direkt im Gerät verbaut. Für mioty im speziellen gibt es so ein Gerät noch nicht, da 868 MHz im privaten Umfeld nicht so häufig verwendet wird.
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3. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung ist ein Gerät mit Knöpfen zum Bedienen, einem Display zur Anzeige, einem Akku und einer möglichen Schnittstelle zum Übertragen von Daten auf das Gerät. Das Gerät sendet auf Knopfdruck und zyklisch eine Nachricht an die Basisstation, mit der Anforderung auf eine acknowledgement (ACK). Die Basisstation schickt darauf hin eine Nachricht mit ACK zurück(4, 5). Diese Nachricht wertet die Erfindung dann aus und zeigt alle nenneswerte Werte wie Signalstärke, Störung Verhältnis Signal/Störung, ausgesendetet Leistung etc) an. Kommt keine Antwort, weil die Basistation zu weit entfernt ist (6), so wird dies dem Nutzer auch angezeigt und er weiß dass er eine weitere Basistation aufstellen muss um an dem gemessenen Ort eine Funkverbindung zu haben.
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3.1 Evtl. Unabhängiger Anspruch:
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3.1.1 Wechselbare Antennen und einstellbare Sendeleistung
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Je nach dem welcher Sensor verwendet wird, kann die Distanz in der sich die Basisstation befinden muss stark variieren. Das liegt daran dass nicht jeder Sensor mit der gleichen Leistung sendet (evtl aus Energiespargründen) und auch nicht immer die gleichen Antennen verbaut sind. Daher soll das Gerät mit wechselbaren Antennen ausgestattet sein und per Software soll die Sendeleistung eingestellt werden können. So kann sich der Kunde vor dem Kauf über die verwendete Antenne informieren und die Sendeleistung erfragen, um so vor Ort ausmessen zu können, ob der Sensor so bei ihm funktioniert, oder er noch weitere Basisstationen benötigt.
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3.1.2 Gerät als Ansteckvariante für Smartphone/PC
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Die Hardware wird nur auf das Minimum reduziert (Sendemodul +Antenne). Der Rest (Steuerung, Bildschirm, Knöpfe,..) wird von einem Pc, Laptop, Smartphone oder Tablett gestellt, auf der eine entsprechende App die verbundene Hardware (Funkmodul) steuert. Verbunden werden kann die Hardware via USB-A (PC/Laptop), USB-C (Android Smartphone/Tablet), Lightning (Apple Iphone/IPad) oder via Bluetooth.
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3.1.3 Minimale Sendeleistung
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Bei erfolgreicher Kommunikation reduziert das Gerät die Sendeleistung und schaut bis zu welchem Minimum an Sendeleistung noch eine Nachricht bei der Basisstation ankommt. Dies kann Aufschluss darüber geben, warum ein Gerät an einer bestimmten Position mehr Energie verbraucht, weil es mit mehr Sendeleistung senden muss, um überhaupt mit der Basisstation kommunizieren zu können.
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3.1.4 Einstellung des zu emulierenden Sensors
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Es kann in den Einstellungen des Gerätes ein bestimmter Sensor ausgewählt werden, welcher simuliert werden soll. Dabei werden die entsprechend hinterlegten Werte der Antenne und der Ausgangsleistung geladen und automatisch an die angeschlossene, eingestellte Antenne angepasst.
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3.1.5 Erweitern der hinterlegten Sensordatenbank
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Die Sensordatenbank ist als ASCII-Zeichen Datei bei dem vollwertigem Gerät auf dem Gerät hinterlegt. Dies kann sich bei der Minimal-Version des Gerätes unterscheiden. Die Sensordatenbank kann somit relativ einfach mit einem Update dieser Datei erweitert werden.
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3.1.6 Einfaches Einstellen des zu emulierenden Sensors mithilfe QR-Code
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Auf jedem Sensor ist ein QR-Code, in welchem cheffriert ist, welche Art von Sensor er ist inklusive der notwendigen Daten für die Emulation. Mithilfe einer App für PC/Smartphone kann dieser QR-Code gelesen werden und dann werden die entsprechenden Daten in das Gerät via den oben genannten Wegen übertragen und eingestellt. Außerdem wird automatisch den Sensordatenbank erweitert, falls der Sensor noch nicht enthalten sein sollte.
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3.1.7 Batteriefach
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Das Gerät enthält ein Batteriefach für die Spannungsversorgung des Gerätes.
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3.1.8 Austauschbarer Akku
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Das Gerät enthält einen Akku, welcher ausgetauscht werden kann zum Laden des Akkus außerhalb des Gerätes.
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3.1.9 Interner Akku
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Das Gerät enthält einen internen Akku, der nicht ausgetauscht werden kann. Der Akku wird direkt am Gerät geladen via USB-Schnittstelle und/oder anderen Konnektoren.
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3.1.10 Integrierte Ladeschaltung
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Das Gerät enthält eine integrierte Ladeschaltung, um den internen oder den austauschbaren Akku via USB-Schnittstelle und/oder anderen Konnektoren zu laden.
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3.1.11 Integrierter optischer Sensor für QR-Code
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Das Gerät enthält einen integrierten optischen Sensor zur selbstständigen Erfassung von Sensor-QR-Codes um den entsprechenden Sensor emulieren zu können und die Sensordatenbank erweitern zu können.
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3.1.12 GNSS-Empfänger
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Das Gerät enthält einen GNSS-Empfänger, um seinen genauen Standort zu erfassen und diesen in der Messdatenbank hinterlegen zu können.
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3.1.13 Messdatenbank
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Das Gerät kann seine Messungen in einer Messdatenbank, welche als ASCII-Datei abgespeichert wird, abspeichern. Darin enthalten ist eine Kommentarfunktion, falls das Gerät mit einer App gesteuert wird.
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3.1.14 Kartenfunktionalität
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Es ist möglich eine Karte in das Gerät oder/und in die App zu laden. In dieser Karte ist es nun während dem Betrieb möglich seinen aktuellen Standort für die Messung einzutragen. Diese Karte kann später inklusive den Messdaten mit einer Export-Funktion exportiert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
- Eine Testeinheit am Einsatzort sendet ein Sendesignal mit einer Request for acknowlegement an eine Basisstaion aus. Die Basisstation beantwortet die Request for acknowlegement, wenn das empfangene Sendesignal eine ausrechende Signalqualität aufweist, mit einem Antwortsignal acknowlegement receipt. In der Testeinheit wird die Signalstärke des Empfangssignals, Störungen im Empfangssignal, Abstand Signallevel zu Störlevel ermittelt und die Sendeleistung des Sendesignals schrittweise verringert, um die minimale Sendeleistung, die zu einem detektierbaren Antwortsignal führt, zu ermittelt.
