DE102021124959A1

DE102021124959A1 - Anordnung und Verfahren zum Betrieb einer Netzwerk-Infrastruktur

Info

Publication number: DE102021124959A1
Application number: DE102021124959.7A
Authority: DE
Inventors: Charles Fendt; Achim Schmidt
Original assignee: Diehl Metering Systems GmbH
Current assignee: Diehl Metering Systems GmbH
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2023-03-30
Also published as: CN117999775A; WO2023046456A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Netzwerk-Infrastruktur (1), umfassend mindestens ein Netzwerkknoten (10), insbesondere einen Sensor, einen Verbrauchszähler und/oder ein Endgerät, ein Gateway (2) mit mindestens einem Transceiver (20), wobei der mindestens eine Netzwerkknoten (10) mit dem Gateway (2) über einen primären Kommunikationsweg (100) kommuniziert und der mindestens eine Transceiver (20) zur Kommunikation mit der vom mindestens einem Netzwerkknoten (10) verwendeten Übertragungstechnologie (5) ausgestaltet ist, und mindestens ein Head-End-System (4), wobei das Gateway (2) mit dem mindestens einem Head-End-System (4) über tertiäre Kommunikationswege (300) kommuniziert, wobei für die tertiären Kommunikationswege (300) eine gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) vorgesehen ist, wobei die tertiäre Infrastruktur (3) zur Bereitstellung zentraler Netzwerkdienste vorgesehen ist, wobei die gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) spezifische Netzwerkdienste (6) für die verwendeten Übertragungstechnologien (5) im primären Kommunikationsweg (100) bereitstellt. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zum Betrieb einer Netzwerk-Infrastruktur (1), ein Verfahren zum Betrieb eines Gateways (2), sowie ein Gateway (2) eine gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) und ein Verfahren zur Anwendung der Programmlogik der Gateway Software (200).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung einer Netzwerk-Infrastruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Netzwerk-Infrastruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Gateways gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12 sowie ein Gateway gemäß Anspruch 21. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur gemäß Anspruch 22 sowie ein Verfahren zur Anwendung einer Programmlogik gemäß Anspruch 23.
Technologischer Hintergrund
Die Datenübertragung von Messeinheiten, wie z. B. Sensoren, Verbrauchsmessern bzw. Verbrauchszählern oder Komponenten von Smart-Home-Steuerungen, gewinnt im täglichen Gebrauch zunehmend an Bedeutung. Ein wichtiger Anwendungsbereich von Messeinheiten ist der Einsatz von intelligenten Verbrauchsdatenerfassungsgeräten, sogenannten Smart Metern. Diese sind in der Regel in ein Versorgungsnetz eingebundene Verbrauchszähler, z. B. für Energie, Strom, Gas oder Wasser, die dem jeweiligen Anschlussbenutzer den tatsächlichen Verbrauch anzeigen und ein Kommunikationsnetz zur Übertragung der Verbrauchsdaten an den Versorger nutzen. Intelligente Verbrauchszähler haben den Vorteil, dass manuelle Ablesungen der Zählerstände entfallen und seitens des Versorgers kurzfristigere Rechnungstellungen gemäß dem tatsächlichen Verbrauch vorgenommen werden können.
Gattungsgemäße Verbrauchsdatenerfassungsgeräte übertragen die anfallenden Messdaten in der Regel in Form von Datenpaketen oder Datentelegrammen per Funk, beispielsweise im SRD (Short Range Devices)- oder ISM (Industrial, Scientific, Medical)-Frequenzbereich an übergeordnete Datensammler (z. B. Konzentratoren, Netzwerkknotenpunkte oder Schaltzentralen eines Versorgers). Bei den intelligenten Verbrauchsdatenerfassungsgeräten ist zum einen der Energieverbrauch, da diese meist batteriegesteuert sind und möglichst lange Wartungsintervalle aufweisen sollen, und zum anderen die Betriebssicherheit von entscheidender Bedeutung.
Zur Erfassung der Verbrauchsdaten werden zunehmend intelligente Messinfrastrukturen eingesetzt. In diesen Messinfrastrukturen (Verbrauchsdatenerfassungssysteme) stellen die Verbrauchszähler die Netzwerkknoten bzw. die Endgeräte dar, durch die an den Verbrauchsstellen Messdaten aufgenommen werden. Die Messdaten werden digital von den Verbrauchszählern an ein übergeordnetes Managementsystem bzw. Head-End-System übertragen. Das Head-End-System verwaltet die Verbrauchsdaten und kommuniziert mit den Verbrauchszählern. Eine intelligente Messinfrastruktur kann dabei eine große Anzahl an Verbrauchszählern umfassen. Daher ist eine simultane direkte Kommunikationsverbindung von allen Verbrauchszählern zum Head-End-System oft nicht möglich, da nicht ausreichend Kommunikationsmittel zur Verfügung stehen bzw. die Übertragungsbandbreiten zu gering sind. Damit die von den Verbrauchszählern erfassten und versendeten Daten dennoch möglichst sicher und verlustfrei an das Head-End-System übertragen werden können, werden Gateways als Datensammelvorrichtungen, sogenannte Datensammler, eingesetzt. Die Gateways werden in der Kommunikationsstrecke zwischen den Verbrauchszählern und dem Head-End-System angeordnet. Dabei sammeln sie auf einem Kommunikationsweg die von den Verbrauchszählern versendeten Verbrauchsdaten und agieren als Zwischenspeicher bis die von ihnen gespeicherten Verbrauchsdaten durch das Head-End-System abgerufen werden. Ferner können die Datensammler zusätzliche Aufgaben übernehmen, wie beispielsweise Statusabfragen bei den Verbrauchszählern durchführen sowie diesen Informationen und Programmcodes, wie beispielsweise Firmware- und Software-Updates sowie Kommunikationszeitpläne, bereitzustellen.
Kommunikationswege zwischen Gateways und Netzwerkknoten, wie z. B. Verbrauchszähler, werden regelmäßig als Primärkommunikation bezeichnet, wohingegen Kommunikationswege zwischen Gateway und dem Head-End-System als Tertiärkommunikation bezeichnet werden. Für die Primärkommunikation von einem Netzwerkknoten zu einem Gateway werden für gewöhnlich andere Übertragungswege verwendet, als für die Tertiärkommunikation von einem Gateway zum Head-End-System, da unterschiedliche Anforderungen beispielsweise an die Übertragungsbandbreite, den Energieverbrauch, die Übertragungsqualität, die Reichweite sowie die Redundanz der Systeme gestellt werden.
Es besteht das Problem, dass die Einrichtung einer neuen Übertragungstechnologie bei bereits eingerichteten Netzwerkknoten mit einer konkurrierenden Anbindung eine Herausforderung darstellt. Es besteht somit die Notwendigkeit für ein wettbewerbsfähiges Migrationsszenario, bei dem eine neue Übertragungstechnologie parallel zu bereits eingerichteten Netzwerkknoten verwendet werden können. Als Übertragungstechnologie für bereits eingerichtete bzw. neue Netzwerkknoten kann vorteilhafterweise jede Übertragungstechnologie aus der Klasse der Low Power Wide Area Network (LPWAN) installiert bzw. vorgesehen sein.
Bisher wurde dieses Problem damit gelöst, dass der Betreiber eine weitere parallele Infrastruktur einrichten muss, so dass zu jedem vorhandenen Gateway ein weiteres neues Gateway eingerichtet werden muss, welches die neue Übertragungstechnologie unterstützt. Damit kommen zusätzliche Kosten und Gebühren beispielsweise für den Maststandort oder einen LTE-Vertrag auf den Betreiber zu. Zusätzlicher Aufwand für die Einrichtung und Unterhaltung sind notwendig. Es können zudem negative Effekte für die Kommunikationsverbindungen auftreten, da sich die Verbindungen der beiden Gateways miteinander interferieren. So ist es beispielsweise notwendig an jedem Standort einer Antenne ein „IZAR RDC-Premium“ von Diehl Metering für eine drahtlose M-Bus Verbindung, eine LoRaWAN Basisstation, ein „MIOTY Premium Gateway“ für MIOTY einzurichten. Für die Tertiärkommunikation kann es beispielsweise notwendig sein, einen LTE Router einzurichten.
Nächstliegender Stand der Technik
In der US 2013/0275736 A1 wird eine Verbrauchszähler-Infrastruktur beschrieben, bestehend aus einem Head-End, Datensammler und Verbrauchszähler, wobei der Datensammler Daten von jedem Verbrauchszähler empfängt, speichert und periodisch an eine zentrale Stelle sendet.
Die EP 2 671 052 B1 offenbart einen ein Versorgungszähler zum Messen mindestens eines Versorgungsverbrauchs und zum Optimieren des Datenverkehrs von Nachrichten, die mit einer Vielzahl von entfernten Versorgungszentren ausgetauscht werden.
In der US 2014/0361906 A1 wird ein Verfahren zur Kommunikation über einen Tag offenbart, wobei das Verfahren das Empfangen von Sensordaten von mindestens einem Sensor, das Erzeugen von Sensordaten sowie das Übertragen von Sensordaten umfasst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neuartiges Verfahren sowie eine Netzwerk-Infrastruktur zur Verfügung zu stellen, bei der bei einer vorteilhaften Kosteneffizienz gleichzeitig eine erhöhte Betriebsflexibilität bei gesteigerter Interoperabilität ermöglicht wird.
Lösung der Aufgabe
Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb einer Netzwerk-Infrastruktur gemäß Anspruch 7 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines Gateways gemäß Anspruchs 12 sowie durch ein Gateway gemäß Anspruch 21 gelöst. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur gemäß Anspruch 22 sowie ein Verfahren zur Anwendung einer Programmlogik gemäß Anspruch 23.
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Anordnung einer Netzwerk-Infrastruktur, welche mindestens ein Netzwerkknoten, insbesondere einen Sensor, einen Verbrauchszähler und/oder ein Endgerät, umfasst, ein Gateway mit mindestens einem Transceiver, wobei der mindestens eine Netzwerkknoten mit dem Gateway über einen primären Kommunikationsweg kommuniziert und der mindestens eine Transceiver zur Kommunikation mit der vom mindestens einem Netzwerkknoten verwendeten Übertragungstechnologie ausgestaltet ist, und mindestens ein Head-End-System, wobei das Gateway mit dem mindestens einem Head-End-System über tertiäre Kommunikationswege kommuniziert, wobei kennzeichnenderweise für die tertiären Kommunikationswege eine gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur vorgesehen ist, wobei die tertiäre Infrastruktur zur Bereitstellung zentraler Netzwerkdienste vorgesehen ist, wobei die gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur spezifische Netzwerkdienste für die verwendeten Übertragungstechnologien im primären Kommunikationsweg bereitstellt.
Der im Stand der Technik bekannte Ansatz zur Integration von Internet-of-Things (loT) Technologie in Verbrauchszähler ermöglicht eine einfache Bereitstellung von Verbrauchszählern in bestehende Netze, was vorteilhaft für bestehende oder öffentliche Netzwerke ist. Sofern jedoch eine proprietäre Infrastruktur betrieben soll, erfordert dies die Wahl einer bestimmten Netzwerk Technologie. Die vorliegende Erfindung bietet vorteilhafterweise mehr Flexibilität, da mehrere verschiedene Anbindungen parallel betrieben werden können. Diese Anbindungen müssen nicht unbedingt gleichzeitig installiert werden, so dass diese über einen längeren Zeitraum hinweg eingerichtet werden können. Hierfür werden die bereits vorhandenen Funktionalitäten der Netzwerktechnologien und Übertragungstechnologien zwischen dem Gateway und einem Rücktransport (Backhaul) aufgeteilt, um alle vorhanden Anwendungsfälle weiterhin zu ermöglichen. Das Gateway führt hierfür eine Abstraktion der einzelnen Verbindungen im Uplink durch sowie individuelle Verfahren für die Übertragungstechnologien bei Verbindungen im Downlink. Zudem bildet es eine Schnittstelle zu den einzelnen spezifischen Netzwerkdiensten im Rücktransport (Backhaul), um für die Übertragungstechnologien spezifische Funktionalitäten im Netzwerk zur Verfügung zu stellen. Die gewöhnliche Infrastruktur zur Übertragung verbindet jeden spezifischen Netzwerkdienst der unterschiedlichen Übertragungstechnologien mit einer vereinheitlichten Schnittstelle für das Head-End-System, um eine komfortable Integration des Netzwerks zu ermöglichen.
Es werden auf einer flexiblen Gateway-Plattform aufbauend mehrere verschiedene Übertragungstechnologien in Form von Hardware und Software integriert. Die Hardware des Gateways integriert verschiedene Transceiver und das Softwarepaket ermöglicht es, verschiedene Übertragungsprotokolle zu verarbeiten. Zu den verschiedenen Übertragungsprotokollen gehören die Netzwerkschlüsselverwaltung für LoRaWAN und MIOTY, die Verarbeitung der Datenübertragungsrate (baud rate) für drahtgebundene M-Bus Verbindungen, die Verarbeitung unterschiedlicher Adressierungen, wie beispielsweise IEEE EUI64 oder M-Bus Adressen (primär und sekundär), sowie die Zeitsteuerung für bidirektionale Übertragungen mit den Netzwerkknoten, insbesondere mit Verbrauchszählern. Es wird eine unterstützende gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur eingerichtet, um zentrale Netzwerkdienste zu ermöglichen. Diese Netzwerkdienste können beispielsweise die Einbindung von Geräten gemäß den Definitionen eines Standards und die Bereitstellung von Schlüsseln für das Netzwerk umfassen, beispielsweise in Form eines LoRaWAN Join Servers und MIOTY Service Centers.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Infrastruktur nicht mehr die Bedingungen für die Kompatibilität der Netzwerkknoten bestimmt, sondern die Kompatibilität mit allen Netzwerkknoten gewährleistet. Die Übertragungstechnologie wird damit durch den Netzwerkknoten vorgegeben oder kann so gewählt werden, um das Netzwerk zu optimieren. Ein Gateway kann eine Mehrzahl an Netzwerkknoten verbinden, welche unterschiedliche Übertragungstechnologien verwenden. Dies ist Kosteneffektiv und erlaubt die Auswahl der am besten passenden Übertragungstechnologie. Somit können bessere Funkeigenschaften ermöglicht werden im Gegensatz zum parallelen Betrieb mehrerer Gateways. Ein Gateway kann die Daten eines Netzwerkknotens kombinieren, welche das Gateway über verschiedene Übertragungstechnologien empfangen hat. Beispielsweise kann ein Netzwerkknoten in Form eines Verbrauchszählers gleichzeitig mit drahtlosem M-Bus und LoRAWAN an das Gateway angeschlossen sein. Durch den Einsatz eines einzigen Gateways wird die Übertragungstechnologie-übergreifende Planung des Sendevorgangs ermöglicht, wodurch der insbesondere zeitliche und frequenzmäßige, optimierte Einsatz der physischen Transportschicht über alle Übertragungstechnologien hinweg gewährleistet wird. Die einheitliche Integration über eine gemeinsam nutzbare Infrastruktur ermöglicht eine einfache erstmalige Integration sowie eine kostengünstige spätere Integration von weiteren Übertragungstechnologien.
Zweckmäßigerweise kann das Gateway eine Software zur Bearbeitung der vom mindestens einen Netzwerkknoten verwendeten Übertragungstechnologie umfassen. Damit kann in einfacher Weise sichergestellt werden, dass die übertragenen Daten des Netzwerkknotens empfangen und weiterverarbeitet werden können. Durch die Verwendung einer Software ist es zudem möglich, zu einem späteren Zeitpunkt weitere Übertragungstechnologien in einfacher Weise zu implementieren.
Vorteilhafterweise kann der mindestens eine Netzwerkknoten als Übertragungstechnologie eine aus der Klasse der Low Power Wide Area Network (LPWAN) verwenden, und wobei die spezifischen Netzwerkdienste der tertiären Infrastruktur entsprechend spezifische Netzwerkdienste der LPWAN-Protokolle bereitstellen.
Zweckmäßigerweise kann der mindestens eine Netzwerkknoten als Übertragungstechnologie eine aus der Gruppe bestehend aus der Übertragungstechnologie LoRaWAN, der Übertragungstechnologie MIOTY und der Übertragungstechnologie wireless M-Bus verwenden, und wobei die spezifischen Netzwerkdienste der tertiären Infrastruktur entsprechend spezifische LoRaWAN Netzwerkdienste, spezifische MIOTY Netzwerkdienste und/oder wireless M-Bus Netzwerkdienste bereitstellen.
Ferner besteht die Möglichkeit, dass mindestens zwei Netzwerkknoten umfasst sind, wobei das Gateway mindestens zwei Transceiver aufweist, wobei der erste Transceiver zur Kommunikation mit der vom ersten Netzwerkknoten verwendeten Übertragungstechnologie ausgestaltet ist und wobei der zweite Transceiver zur Kommunikation mit der vom zweiten Netzwerkknoten verwendeten Übertragungstechnologie ausgestaltet ist, wobei die gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur erste spezifische Netzwerkdienste für die erste Übertragungstechnologie und zweite spezifische Netzwerkdienste für die zweite Übertragungstechnologie bereitstellt.
Zweckmäßigerweise können die Übertragungstechnologien im primären Kommunikationsweg drahtgebundene Technologien und nicht drahtgebunden Technologien mittels Funkübertragung umfassen. Somit besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise M-Bus als drahtgebundene oder drahtlose Übertragungstechnologie verwendet werden kann.
Vorteilhafterweise kann das Gateway mindestens zwei Transceiver aufweisen, wobei mindestens ein Netzwerknoten umfasst ist, der über mindestens zwei Übertragungstechnologien verfügt, so dass der mindestens eine Netzwerkknoten mit dem ersten Transceiver über eine erste Übertragungstechnologie kommuniziert und mit dem zweiten Transceiver über eine zweite Übertragungstechnologie kommuniziert, wobei die gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur für den mindestens einen Netzwerkknoten erste spezifische Netzwerkdienste für die erste Übertragungstechnologie und zweite spezifische Netzwerkdienste für die zweite Übertragungstechnologie bereitstellt.
Nebengeordnet beansprucht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Netzwerk-Infrastruktur, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend mindestens einen Netzwerkknoten, ein Gateway sowie mindestens ein Head-End-System, wobei kennzeichnenderweise eine gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur vorgesehen ist, so dass das Gateway Datentelegramme von mindestens einem Netzwerkknoten empfängt, die Identität des Absenders überprüft, den Datentyp bestimmt und die Daten an das vorgesehene Head-End-System überträgt.
Zweckmäßigerweise kann das Gateway zusätzlich die eingehenden Daten selektiv sammeln, die Verbindungseigenschaften erfassen und Datenoperationen durchführen, insbesondere Datenreduktionen und Datensortierungen, wobei die Übertragung an das vorgesehene Head-End-System gemäß festgelegten Datenrichtlinien erfolgt.
Vorteilhafterweise kann die gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur die Übertragung zwischen den angebundenen Netzwerkgeräten und Netzwerkdiensten vermitteln, so dass Datenübertragungen von Sendern an vorgesehene Empfänger weitergeleitet werden, und wobei gegenseitiges Vertrauen gewährt wird, insbesondere durch die Verwendung von Zertifikaten.
Es besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit, dass die gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur spezifische Netzwerkdienste für die verwendeten Übertragungstechnologien erbringt. Diese spezifischen Netzwerkdienste können die Einbindung von Geräten und/oder die Bereitstellung von Schlüsseln für das Netzwerk umfassen.
Besonders zweckmäßig ist es, dass das die tertiären Kommunikationswege über eine gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur gewährleistet werden, wobei die tertiäre Infrastruktur zur Bereitstellung zentraler Netzwerkdienste vorgesehen ist, insbesondere eines LoRa Join Servers oder MIOTY Service Center, vorzugsweise für die in einem Standard definierte Eingliederung oder für Schlüsselverteilungsverfahren. Es können somit vorteilhafterweise auf die Funktionen der über primäre Kommunikationswege angebundene Netzwerkknoten gemeinsam im tertiären Kommunikationsweg zugegriffen werden.
Ferner beansprucht die vorliegende Erfindung nebengeordnet ein Verfahren zum Betrieb eines Gateways gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Gateway Software mit einer dreistufigen Hierarchie umfassend eine Anwendungslogik als höchste Hierarchiestufe, eine Abstraktionsschicht als mittlere Hierarchiestufe sowie mindestens ein spezifisches Verwaltungsprogram für die verwendeten Übertragungstechnologien als unterste Hierarchiestufe, wobei die Anwendungslogik die Verbindung mit der tertiären Übertragungsinfrastruktur bereitstellt, die Abstraktionsschicht der Anwendung sichert den allgemeinen Arbeitszyklus, und die spezifischen Verwaltungsprogramme für die einzelnen Übertragungstechnologien generieren die spezifischen Kommunikationsdaten. Die Übertragungstechnologien können zweckmäßigerweise unterschiedliche Kommunikationsprotokolle oder Kommunikationstechnologien umfassen.
Zweckmäßigerweise kann die Anwendungslogik die Zuordnung der einzelnen eingehenden Daten zur Liste der verwalteten Netzwerkknoten, insbesondere Sensoren oder Verbrauchszähler, umfassen. Die Liste der verwalteten Netzwerkknoten kann vorteilhafterweise jeweils einen Eintrag über die verwendeten Übertragungstechnologien umfassen. Somit ist in einfacher Weise eine Koordinierung der Funktionen der verschiedenen Übertragungstechnologien möglich.
Es besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit, dass die Anwendungslogik die Kontrolle des Datentransports entsprechend des Datentyps und der zugehörigen Transportrichtlinien umfasst. Zweckmäßigerweise kann die Anwendungslogik die Durchführung von Priorisierungen und Mechanismen zur Wiederholung von Übertragungen im tertiären Kommunikationsweg umfassen. Ferner kann die Anwendungslogik die Verwaltung von Betriebsinformationen, Protokollen und diagnostischen Daten umfassen. Zweckmäßigerweise kann die Anwendungslogik die Kontrolle von Sicherheitsinformationen und Sicherheitsverfahren umfassen.
Ferner kann die Abstraktionsschicht vorteilhafterweise die Durchführung von Priorisierungen und Mechanismen zur Wiederholung von Übertragungen im primären Kommunikationsweg umfassen. Zweckmäßigerweise kann die Abstraktionsschicht die Durchführung der Sendeorganisation für die einzelnen Übertragungstechnologien und Transceiver umfassen.
Zudem ist es besonders zweckmäßig, dass die spezifischen Verwaltungsprogramme die Abbildung der Informationen der unteren Ebene des Übertragungsframes zur Abstraktion des Datentyps umfassen.
Das Gateway kann somit zweckmäßigerweise eine Software zur Bearbeitung der vom mindestens einen Netzwerkknoten verwendeten Übertragungstechnologie umfassen. Die Bearbeitung der Übertragungstechnologien kann die Netzwerk-Schlüsselverwaltung für LoRaWAN und MIOTY umfassen, sowie die Symbolrate für drahtgebundenen M-Bus, oder unterschiedliche Adressierungen, insbesondere für IEEE EUI64 und M-Bus Adressen (primär und sekundär). Ferner kann die Software die Zeitsteuerung für bidirektionale Kommunikation mit einem Netzwerkknoten, insbesondere einem Sensor oder einem Verbrauchszähler durchführen.
Es wird somit die Interoperation gewährleistet. Hierzu gehört die Abstraktion der individuellen Uplinks, die Durchführung von Einzelmaßnahmen für verschiedene Technologien im Downlink, sowie die Zusammenarbeit mit einzelnen Netzwerkdiensten im Rücktransport (Backhaul), und die Verbindung aller technologischer Einzeldienste zu einer vereinten Schnittstelle für das Head-End-System.
Nebengeordnet beansprucht die vorliegende Erfindung ein Gateway zur Kommunikation über primäre Kommunikationswege sowie zur Kommunikation über tertiäre Kommunikationswege umfassend mindestens einen Transceiver, wobei eine Gateway Software vorgesehen ist, zur Verbindung mit einer tertiären Übertragungsstruktur, wobei die Gateway Software spezifische Verwaltungsprogramme zum Generieren von spezifischen Kommunikationsdaten für die im primären Kommunikationsweg verwendeten Übertragungstechnologien umfasst. Der mindestens eine Transceiver ist zweckmäßigerweise für die Kommunikation über ein LPWAN-Protokoll hergerichtet. Die Kommunikation über einen tertiären Kommunikationsweg kann vorteilhafterweise über eine gemeinsame Infrastruktur stattfinden. Für die Kommunikation über die gemeinsame tertiäre Infrastruktur kann vorzugsweise mindestens ein Transceiver vorgesehen sein.
Nebengeordnet wird ferner eine gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur zur Kommunikation über tertiäre Kommunikationswege mit mindestens einem Head-End-System sowie mit einem Gateway beansprucht, wobei spezifische Netzwerkdienste für die im primären Kommunikationsweg verwendeten Übertragungstechnologien erbracht werden. Die spezifischen Netzwerkdienste können eine Mehrzahl von technologiespezifischen Diensten umfassen, insbesondere für LoRaWAN spezifische Dienste oder für MIOTY spezifische Dienste. Die Kommunikation kann zweckmäßigerweise über einen tertiären Kommunikationsweg mit einem Gateway erfolgen.
Ein Verfahren zur Anwendung der Programmlogik der Gateway Software wird ebenfalls nebengeordnet beansprucht, wobei die Programmlogik gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 20 ausgeführt wird.
Figurenliste
Zweckmäßige Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden anhand von Zeichnungsfiguren nachstehend näher erläutert. Es zeigen:

1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Anordnung einer Netzwerk-Infrastruktur;
2 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Anordnung einer Netzwerk-Infrastruktur mit drei verschiedenen Übertragungstechnologien;
3 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Anordnung einer Netzwerk-Infrastruktur mit einem Netzwerkknoten mit zwei verschiedenen Übertragungstechnologien; und
4 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Gateway Software.

In 1 ist eine Anordnung einer Netzwerk-Infrastruktur (1) dargestellt. Diese umfasst drei Netzwerkknoten (10) und ein Gateway (2), wobei das Gateway mit drei Transceivern (20) ausgestaltet ist. Die Netzwerkknoten (10) kommunizieren mit dem Gateway (2) über primäre Kommunikationswege (100), wobei die Transceiver (20) so ausgestaltet sind, dass diese über die von den Netzwerkknoten (10) verwendeten Übertragungstechnologien (5) kommunizieren können.
Zudem umfasst die Netzwerk-Infrastruktur (1) zwei Head-End-Systeme (4), an die die Daten der Netzwerkknoten (10) weitergeleitet werden. Die Übertragung der Daten vom Gateway (2) zu den Head-End-Systemen (4) erfolgt über tertiäre Kommunikationswege (300). Für die tertiären Kommunikationswege (300) ist in der erfindungsgemäßen Netzwerk-Infrastruktur (1) eine gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) vorgesehen. Die tertiäre Infrastruktur (3) ist hierfür zwischen das Gateway (2) und die Head-End-System (4) geschaltet. Hierdurch kann die tertiäre Infrastruktur (3) zentrale Netzwerkdienste bereitstellen. In 1 sind zwei spezifische Netzwerkdienste (6) dargestellt. Diese Netzwerkdienste (6) stellen für die im primären Kommunikationsweg (100) verwendeten Übertragungstechnologien (5) spezifische Dienste zur Verfügung. Die tertiäre Infrastruktur (3) ist somit Teil des Rücktransports (Backhaul) und bildet damit die Schnittstelle zu den einzelnen spezifischen Netzwerkdiensten (6).
Das Gateway (2) umfasst zudem eine Gateway Software (200), welche die Verarbeitung der durch die Netzwerkknoten (10) einkommenden Daten gewährleistet, so dass diese zur gemeinsamen Nutzung in der tertiären Infrastruktur (3) zur Verfügung stehen.
In 2 ist eine alternative Ausgestaltung der Netzwerk-Infrastruktur (1) dargestellt. Diese umfasst drei Netzwerkknoten (11, 12, 13) und ein Gateway mit drei Transceivern (21, 22, 23). Als primären Übertragungsweg (100) zwischen den Netzwerkknoten (11, 12, 13) und dem Gateway (2) verwendet jeder Netzwerkknoten (11, 12, 13) eine unterschiedliche Übertragungstechnologie (51, 52, 53). Jeder Transceivern (21, 22, 23) ist zur Kommunikation mit einer der drei Übertragungstechnologien (51, 52, 53) ausgestaltet. Bei der ersten Übertragungstechnologie (51) kann es sich beispielsweise um LoRaWAN handeln; bei der zweiten Übertragungstechnologie (52) um MIOTY und bei der dritten Übertragungstechnologie (53) um wireless M-Bus. Bei den Netzwerkknoten (11, 12, 13) handelt es sich entsprechend um einen LoRa-Netzwerkknoten (11), einen MIOTY-Netzwerkknoten (12) sowie einen wM-Bus-Netzwerkknoten (13). In der gemeinsam nutzbaren tertiären Infrastruktur (3) werden für die unterschiedlichen Übertragungstechnologien (51, 52) spezifische Netzwerkdienste (61, 62) bereitgestellt. Beispielsweise können die spezifischen Netzwerkdienste (61, 62) die Bereitstellung von Schlüsseln für das Netzwerk umfassen, z. B. in Form eines LoRaWAN Join Servers als ersten spezifischen Netzwerkdienst (61) und eines MIOTY Service Centers als zweiten spezifischen Netzwerkdienst (62).
In 3 ist eine Ausgestaltung der Netzwerk-Infrastruktur (1) gezeigt, welchen einen Netzwerkknoten (19) umfasst, der über zwei verschiedene Übertragungstechnologien (51, 52) verfügt. Das Gateway (2) umfasst zwei Transceiver (21, 22), welche jeweils zur Kommunikation über eine der zwei Übertragungstechnologien (51, 52) ausgestaltet sind. Der Netzwerkknoten (19) kommuniziert hierbei mit dem ersten Transceiver (21) über die erste Übertragungstechnologie (51) und mit dem zweiten Transceiver (22) über die zweite Übertragungstechnologie (52). Im tertiären Kommunikationsweg (300) werden durch die gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) spezifische Netzwerkdienste (61, 62) bereitgestellt. Die tertiäre Infrastruktur (3) stellt für den Netzwerkknoten (19) erste spezifische Netzwerkdienste (61) für die erste Übertragungstechnologie (51) und zweite spezifische Netzwerkdienste (62) für die zweite Übertragungstechnologie (52) zur Verfügung. Es kann somit im Backhaul gleichzeitig auf für die Übertragunstechnologien (51, 52) spezifische Dienste (61, 62) des Netzwerkknotens (19) zugegriffen werden. Innerhalb einer Netzwerk-Infrastruktur (1) können somit verschiedene Netzwerkdienste (61, 62) vereint werden.
In 4 ist eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Gateway Software (200) gezeigt. Die Gateway Software (200) weist eine dreistufige Hierarchie auf. Die höchste Hierarchiestufe stellt die Anwendungslogik (210) dar. Die Anwendungslogik (210) stellt die Verbindung mit der tertiären Übertragungsinfrastruktur (300) bereit. Die Anwendungslogik (210) ordnet beispielsweise die eingehen Daten zu einer Liste der verwalteten Netzwerkknoten (10) zu. Weiter kontrolliert die Anwendungslogik (210) den Datentransport entsprechend des Datentyps und der zugehörigen Übertragungsrichtlinien. Ferner übernimmt die Anwendungslogik (210) die Priorisierung und wiederholte Übertragung von Daten im tertiären Kommunikationsweg (300). Zudem verwaltet die Anwendungslogik (210) Betriebsinformationen, Protokolle sowie diagnostische Daten und kontrolliert die Sicherheitsinformationen und Sicherheitsverfahren.
Die mittlere Hierarchiestufe wird durch die Abstraktionsschicht (220) gestellt. Die Abstraktionsschicht (220) sichert den allgemeinen Arbeitszyklus im Gateway (2). Ferner übernimmt die Abstraktionsschicht (220) die Priorisierung und wiederholte Übertragung von Daten im primären Kommunikationsweg (100). Zudem führt die Abstraktionsschicht (220) die Sendeorganisation für die einzelnen Transceiver (20) und entsprechende Übertragungstechnologien (5) durch.
Die unterste Hierarchiestufe wird durch die Verwaltungsprogramme (230) gebildet. Die Verwaltungsprogramme (230) für die einzelnen Übertragungstechnologien (5) generieren die für die Übertragungstechnologien (5) spezifischen Kommunikationsdaten. Zudem bilden die Verwaltungsprogramme (230) die Informationen der unteren Ebene des Übertragunsframes zur Abstraktion des Datentyps ab. In 4 werden beispielhaft drei spezifische Verwaltungsprogramme (231, 232, 233) gezeigt. Bei diesen kann es sich z. B. um LoRaWAN Handler, MIOTY Handler oder wM-Bus Handler handeln.
Bezugszeichenliste

1: Netzwerk-Infrastruktur
2: Gateway
3: tertiäre Infrastruktur
4: Head-End-System
5: Übertragungstechnologie
6: Netzwerkdienste
61: spezifische Netzwerkdienste
62: spezifische Netzwerkdienste
10: Netzwerkknoten
11: Netzwerkknoten
12: Netzwerkknoten
13: Netzwerkknoten
19: Netzwerkknoten
20: Gateway Transceiver
100: primärer Kommunikationsweg
200: Gateway Software
210: Anwendungslogik
220: Abstraktionsschicht
230: Verwaltungsprogramme
231: spezifisches Verwaltungsprogramm
232: spezifisches Verwaltungsprogramm
300: tertiärer Kommunikationsweg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20130275736 A1 [0008]
EP 2671052 B1 [0009]
US 20140361906 A1 [0010]

Claims

Anordnung einer Netzwerk-Infrastruktur (1), umfassend mindestens ein Netzwerkknoten (10), insbesondere einen Sensor, einen Verbrauchszähler und/oder ein Endgerät, ein Gateway (2) mit mindestens einem Transceiver (20), wobei der mindestens eine Netzwerkknoten (10) mit dem Gateway (2) über einen primären Kommunikationsweg (100) kommuniziert und der mindestens eine Transceiver (20) zur Kommunikation mit der vom mindestens einem Netzwerkknoten (10) verwendeten Übertragungstechnologie (5) ausgestaltet ist, und mindestens ein Head-End-System (4), wobei das Gateway (2) mit dem mindestens einem Head-End-System (4) über tertiäre Kommunikationswege (300) kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, dass für die tertiären Kommunikationswege (300) eine gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) vorgesehen ist, wobei die tertiäre Infrastruktur (3) zur Bereitstellung zentraler Netzwerkdienste vorgesehen ist, wobei die gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) spezifische Netzwerkdienste (6) für die verwendeten Übertragungstechnologien (5) im primären Kommunikationsweg (100) bereitstellt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gateway (2) eine Software (200) zur Bearbeitung der vom mindestens einen Netzwerkknoten (10) verwendeten Übertragungstechnologie (5) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Netzwerkknoten (10) als Übertragungstechnologie (5) eine aus der Klasse der Low Power Wide Area Network (LPWAN) verwendet, und wobei die spezifischen Netzwerkdienste (6) der tertiären Infrastruktur (3) entsprechend spezifische Netzwerkdienste der LPWAN-Protokolle bereitstellen.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Netzwerkknoten (11, 12) umfasst sind, wobei das Gateway (2) mindestens zwei Transceiver (21, 22) aufweist, wobei der erste Transceiver (21) zur Kommunikation mit der vom ersten Netzwerkknoten (11) verwendeten Übertragungstechnologie (51) ausgestaltet ist und wobei der zweite Transceiver (22) zur Kommunikation mit der vom zweiten Netzwerkknoten (12) verwendeten Übertragungstechnologie (52) ausgestaltet ist, wobei die gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) erste spezifische Netzwerkdienste (61) für die erste Übertragungstechnologie (51) und zweite spezifische Netzwerkdienste (62) für die zweite Übertragungstechnologie (52) bereitstellt.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungstechnologien (5) im primären Kommunikationsweg (100) drahtgebundene Technologien und nicht drahtgebunden Technologien mittels Funkübertragung umfassen.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gateway (2) mindestens zwei Transceiver (21, 22) aufweist, wobei mindestens ein Netzwerknoten (19) umfasst ist, der über mindestens zwei Übertragungstechnologien (51, 52) verfügt, so dass der mindestens eine Netzwerkknoten (19) mit dem ersten Transceiver (21) über eine erste Übertragungstechnologie (51) kommuniziert und mit dem zweiten Transceiver (22) über eine zweite Übertragungstechnologie (52) kommuniziert, wobei die gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) für den mindestens einen Netzwerkknoten (19) erste spezifische Netzwerkdienste (61) für die erste Übertragungstechnologie (51) und zweite spezifische Netzwerkdienste (62) für die zweite Übertragungstechnologie (52) bereitstellt.
Verfahren zum Betrieb einer Netzwerk-Infrastruktur (1), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend mindestens einen Netzwerkknoten (10), ein Gateway (2) sowie mindestens ein Head-End-System (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) vorgesehen ist, so dass das Gateway (2) Datentelegramme von mindestens einem Netzwerkknoten (10) empfängt, die Identität des Absenders überprüft, den Datentyp bestimmt und die Daten an das vorgesehene Head-End-System (4) überträgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gateway (2) zusätzlich die eingehenden Daten selektiv sammelt, die Verbindungseigenschaften erfasst und Datenoperationen durchführt, insbesondere Datenreduktionen und Datensortierungen, wobei die Übertragung an das vorgesehene Head-End-System (4) gemäß festgelegten Datenrichtlinien erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) die Übertragung zwischen den angebundenen Netzwerkgeräten und Netzwerkdiensten vermittelt, so dass Datenübertragungen von Sendern an vorgesehene Empfänger weitergeleitet werden, und wobei gegenseitiges Vertrauen gewährt wird, insbesondere durch die Verwendung von Zertifikaten.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) spezifische Netzwerkdienste (6) für die verwendeten Übertragungstechnologien (5) erbringt zur Einbindung von Geräten und Bereitstellung von Schlüsseln für das Netzwerk.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das die tertiären Kommunikationswege (300) über eine gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) gewährleistet wird, wobei die tertiäre Infrastruktur (3) zur Bereitstellung zentraler Netzwerkdienste vorgesehen ist, insbesondere eines LoRa Join Servers oder MIOTY Service Center, vorzugsweise für die in einem Standard definierte Eingliederung oder für Schlüsselverteilungsverfahren.
Verfahren zum Betrieb eines Gateways (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Gateway Software (200) mit einer dreistufigen Hierarchie umfassend eine Anwendungslogik (210) als höchste Hierarchiestufe, eine Abstraktionsschicht (220) als mittlere Hierarchiestufe sowie mindestens ein spezifisches Verwaltungsprogram (230) für die verwendeten Übertragungstechnologien (5) als unterste Hierarchiestufe, wobei die Anwendungslogik (210) die Verbindung mit der tertiären Übertragungsinfrastruktur (300) bereitstellt, die Abstraktionsschicht (220) der Anwendung sichert den allgemeinen Arbeitszyklus, und die spezifischen Verwaltungsprogramme (230) für die einzelnen Übertragungstechnologien (5) generieren die spezifischen Kommunikationsdaten.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendungslogik (210) die Zuordnung der einzelnen eingehenden Daten zur Liste der verwalteten Netzwerkknoten (10), insbesondere Sensoren oder Verbrauchszähler, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendungslogik die Kontrolle des Datentransports entsprechend des Datentyps und der zugehörigen Transportrichtlinien umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendungslogik (210) die Durchführung von Priorisierungen und Mechanismen zur Wiederholung von Übertragungen im tertiären Kommunikationsweg (300) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendungslogik (210) die Verwaltung von Betriebsinformationen, Protokollen und diagnostischen Daten umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendungslogik (210) die Kontrolle von Sicherheitsinformationen und Sicherheitsverfahren umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstraktionsschicht (220) die Durchführung von Priorisierungen und Mechanismen zur Wiederholung von Übertragungen im primären Kommunikationsweg (100) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstraktionsschicht (220) die Durchführung der Sendeorganisation für die einzelnen Übertragungstechnologien (5) und Transceiver (20) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Verwaltungsprogramme (230) die Abbildung der Informationen der unteren Ebene des Übertragungsframes zur Abstraktion des Datentyps umfassen.
Gateway (2) zur Kommunikation über primäre Kommunikationswege (100) sowie zur Kommunikation über tertiäre Kommunikationswege (300) umfassend mindestens einen Transceiver (20), dadurch gekennzeichnet, dass eine Gateway Software (200) vorgesehen ist, zur Verbindung mit einer tertiären Übertragungsstruktur (300), wobei die Gateway Software (200) spezifische Verwaltungsprogramme (230) zum Generieren von spezifischen Kommunikationsdaten für die im primären Kommunikationsweg (100) verwendeten Übertragungstechnologien (5) umfasst.
Gemeinsam nutzbare tertiäre Infrastruktur (3) zur Kommunikation über tertiäre Kommunikationswege (300) mit mindestens einem Head-End-System (4) sowie mit einem Gateway (2), dadurch gekennzeichnet, dass spezifische Netzwerkdienste (6) für die im primären Kommunikationsweg (100) verwendeten Übertragungstechnologien (5) erbracht werden, insbesondere gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 11.
Verfahren zur Anwendung der Programmlogik der Gateway Software (200), wobei die Programmlogik gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 20 ausgeführt wird.