DE102021128089A1

DE102021128089A1 - Verfahren zur Integration eines Funkgerätes in ein funkbasiertes IIOT Netzwerk

Info

Publication number: DE102021128089A1
Application number: DE102021128089.3A
Authority: DE
Inventors: Alexander Kahlig; Stephan Heide
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2023-05-04

Abstract

Mittels eines Mobiltelefons kann der Anwender die eindeutige Kennung des Funkgerätes maschinenlesbar erfassen (z. B. QR-Code) und alle relevanten Kommunikationsparameter via NFC-Verbindung aus einem Funkgerät auslesen. Die Kommunikationsparameter sind Netzwerk- und Applikationsschlüssel (Nwk Key, App Key). Nachfolgend wird eine Kommunikation mit dem Applikationsserver des Funknetzes aufgebaut, um die relevanten Kommunikationsparameter dort zu hinterlegen und um die Kommunikation mit dem Funkgerät aufzubauen. Dadurch wird die Registrierung und Einbindung eines Funkgerätes in ein Funknetzwerk der Automatisierungstechnik erheblich erleichtert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Integration eines Funkgerätes in ein funkbasiertes IIOT Netzwerk.
Mit IIOT wird die industrielle Ausprägung des IOT (Internet of Things) bezeichnet. Dabei geht es im Wesentlichen um die Verbesserung der betrieblichen Effizienz z. B. der Fertigung, der Logistik etc. mit intelligenten Geräten wie z. B. Sensoren, Aktoren, Maschinen etc.
Drahtlose Netzwerke bieten dem Anwender ein hohes Maß an Flexibilität im Hinblick auf die Anordnung der Funkgeräte. Bei drahtgebundenen Geräten (z. B. Sensoren, Aktoren) ist man immer an die vorhandene Verdrahtung gebunden, die in vielen Fällen nur aufwendig, an neue Anforderungen geändert werden kann.
Die im Bereich von IIOT Anwendungen eingesetzten Netzwerke basieren vielfach auf folgenden Funktechnologien (mioty, LoRa, NB-IoT, LTE CAT-M1, Sigfox, oder Bluetooth).
In der Regel benötigt der Anwender ein Tablet oder einen tragbaren PC (Laptop), um ein neues Funkgerät vor Ort in das Netzwerk zu integrieren. Hierbei ist die Eingabe von mehreren vielstelligen Kommunikationsparametern erforderlich.
Insbesondere die oben genannten Funktechnologien bzw. IIOT -Netzwerke erfordern in der Regel mehrere langstellige Kommunikationsparameter wie Netzwerkschlüssel, Applikation Key sowie eine eindeutige Kennung des betreffenden Funkgerätes.
Die Integration eines Funkgeräts in IIOT Netzwerk ist deshalb sehr aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren zur Integration eines Funkgerätes in ein IIOT Netzwerk anzugeben, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist, dass insbesondere eine schnelle, einfache und sichere Integration des Funkgeräts ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Merkmale. Wesentliche Idee der Erfindung ist es eine Verknüpfung von M2M-Kommunikation zwischen Handy, Funkgerät (z. B. Sensor) in Verbindung mit dem Scan der eindeutigen Kennung (z.B.einer EUI), die auf dem Funkgerät maschinenlesbar angebracht ist, zu ermöglichen.
Verschiedene Aspekte der Erfindung und deren Vorteile sind wie folgt erläutert. Dem Anwender/Kunden wird die Inbetriebnahme von LPWAN-Netzen durch das erfindungsgemäße Verfahren erheblich erleichtert. Jedes Funkgerät, das bei Funkkommunikationsnetzwerken neu angebunden wird, besitzt eine eineindeutige Seriennummer, beispielsweise bei mioty, LoRa wird diese Seriennummer EUI (64-Bit Extended Unique Identifier, nach dem IEEE Standard) genannt. Im Mobilfunk wird diese Seriennummer IMEI genannt. Für die Registrierung im Funk Netzwerk benötigt der Kunde neben der EUI auch noch einen oder mehrere Sicherheitsschlüssel (sogenannter Netzwerkschlüssel (network key), Applikationsschlüssel (application key)), um die empfangen Daten zu entschlüsseln. Diese beiden Parameter müssen auf einem Server hinterlegt werden. Dieser Prozess wird heute manuell bzw. händisch vollzogen und ist relativ umständlich.
Mittels einer geeigneten Mobiltelefon Anwendung kann der Kunde durch die Erfindung maschinenlesbarer Codes, z.B. eines QR-Codes, direkt in die Anwendung per Scan die Seriennummer und parallel einer Nahfeldkommunikation (z.B. NFC oder BLE) mit dem funkenden Gerät (Netzwerk- und Applikationsschlüssel) übertragen. Nachfolgend baut die Mobilfunkawendung des Mobiltelefons eine Kommunikation mit dem Applikationsserver des Funknetzes des Funkgeräts (Sensors) auf, um die Seriennummer und die Schlüssel dort automatisch zu hinterlegen. Dadurch wird die Registrierung neuer Geräte deutlich erleichtert und beschleunigt.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer Zeichnung detaillierter erläutert:

Es zeigen:
- 1 Zerlegte Nachricht beim Standard mioty
- 2 schematische Darstellung des Onboarding Prozesses in einer mioty Infrastruktur mit Service Center und Applikationsserver.

Die Erfindung bezieht sich auf das einfache und komfortable Anmelden von Geräten wie beispielsweise Sensoren oder anderen IoT Geräten in LPWAN Funknetzen, die entweder durch privat betriebene Basisstationen selbst gepflegt werden, wie bei mioty oder LoRa, und auch öffentlich betriebenen Funknetzen wie beispielsweise im Telekommunikationssektor NB-IoT oder Sigfox. Die Neuerung bei der Erfindung ist der, dass Geräte mit integriertem Network Key diesen durch eine Funkschnittstelle kurzer Reichweite mit dem Handy teilen können (z.B. NFC oder Bluetooth) und dieser Network Key dann in einer Handy Anwendung direkt mit der als QR-Code verfügbaren EUI verknüpft und an die Netzwerkmanagement Software per Internetverbindung gesendet wird (entweder auf die eigene Serverstruktur bei privaten Netzen oder in Cloudsysteme bei öffentlichen Netzen). Bevorzugt soll diese Technologie bei Geräteanmeldungen im mioty Netzen verwendet werden.
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. 1 zeigt eine zerlegte Nachricht beim mioty Standard. Die mioty Subpakete werden über die Freqeunz verteilt versandt, um die Störanfälligkeit zu minimieren.
Durch das Telegram Splitting (1) 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.
Für Funknetze mit öffentlicher Infrastruktur unterscheiden sich die Strukturen der Kommunikationspfade, jedoch ist grundlegend die Orchestrierung immer gleich.
Beim Scannen des Geräteidentifikationsmerkmals (Seriennummer, IMEI, EUI oder ähnlich) per Mobiltelefon wird eine geeignete Anwendung auf dem Mobiltelefon benötigt, die zeitgleich zum Scannprozess eine Kommunikation zum IoT-Gerät aufbaut, um die zur Kommunikation benötigten Schlüssel im Hintergrund auszutauschen. Nachdem sowohl der Scan als auch der Übertrag der Schlüssel erfolgreich war, sendet das Mobiltelefon über seine Datenschnittstelle und dem Internet die drei Parameter an den zugehörigen Applikationsserver. Der Applikationsserver registriert das Gerät, speichert die zugehörigen Schlüssel und leitet den Netzwerkschlüssel an den Netzwerkmanagement Server weiter. Somit ist eine einfache und leicht zu benutzende Registrierung der Geräte möglich.
2: Darstellung des Onboarding Prozesses in der mioty Infrastruktur mit Service Center und Applikationsserver. Das links oben dargestellte Mobiltelefon erhält über eine Nahfeld Funktechnolgie beim Scannen des QR-Codes zur Identifikation der EUI parallel den Network Schlüssel (Nwk Key) und Applikationsschlüssel (App Key).n wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass dabei über unterschiedliche Netzwerke kommuniziert wird und dabei sowohl die Seriennummer und weitere Schlüssel übertragen werden, damit die Kommunikation verschlüsselt zwischen den Funkgeräten und der Empfangsstation zustande kommt. Eine Verknüpfung von M2M-Kommunikation zwischen Handy, Sensor in Verbindung mit dem Scan der EUI auf dem Gerät ist wesentlich für die Erfindung.
Als EUI-64 (64-Bit Extended Unique Identifier) bezeichnet man ein vom IEEE standardisiertes MAC-Adressformat zur Identifikation von Netzwerkgeräten. Eine EUI-64-Adresse ist 64 Bit lang und setzt sich aus zwei Teilen zusammen:

• Die ersten 24, 28 oder 36 Bit identifizieren den Hardwarehersteller (siehe OUI).
• Die restlichen Bits dienen der Geräteidentifikation.

Eine Variante davon ist das sogenannte modifizierte EUI-64 Adressformat, welches bei IPv6 zum Einsatz kommt. Dieses unterscheidet sich darin, dass der Wert des siebten Bits (von links) einer EUI-64 Adresse, auch Universal/Local Bit genannt, invertiert wird.
Insbesondere im Industriebereich z. B. in der Automatisierungstechnik werden Sensoren mit Funkschnittstellen ausgerüstet, die ihre Daten an eine übergeordnete Steuerung per Funk übertragen.

Claims

Verfahren zur Integration eines Funkgerätes in einem IIOT Netzwerk, wobei entsprechend der eingesetzten Funktechnologie ein Netzwerkschlüssel erforderlich ist, der im Funkgerät als ein erster Kommunikationsparameter gespeichert ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte A) Erfassen einer eindeutigen Kennung (z. B. EUI, IMEI), die an der Außenseite des Funkgeräts angebracht ist (z. B. QR-Code, Data Matrix Code, maschinenlesbar), mit einem Mobiltelefon B) Auslesen der in dem Funkgerät gespeicherten Kommunikationsparameter (Nwk Key, App Key oder Passwort) mittels des Mobiltelefons über eine Nahfeldkommunikationsverbindung (z.B. NFC, BLE) C) Übertragung der eindeutigen Kennung (EUI, IMEI) der Kommunikationsparameter (Nwk Key, App Key, Passwort) über eine WAN Netzwerkverbindung an einen Applikationsserver D) Registrierung des Funkgerätes im Applikationsserver E) Speicherung der ausgelesenen Kommunikationsparameter im Applikationsserver F) Weiterleitung des ersten Kommunikationsparameters, der für den Zugang zum Funknetzwerk erforderlich ist, an einen Netzwerkmanagement Server G) Aufbau der Funkkommunikation des Funkgerätes mit den anderen Teilnehmern des Funknetzwerkes
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, der Funkstandard einer der folgenden Standards mioty, LoRa, NB-IoT, LTE CAT-M1, Sigfox oder Bluetooth.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, die eindeutige Kennung in Form eines QR-Codes am Funkgerät angebracht ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsparameter Netzwerkschlüssel, Applikationsschlüssel oder Passwörter sind.