EP4241470A1 - Method for providing measurement data from sensor devices in a building, and transmission module therefor - Google Patents

Method for providing measurement data from sensor devices in a building, and transmission module therefor

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EP4241470A1
EP4241470A1 EP21807038.1A EP21807038A EP4241470A1 EP 4241470 A1 EP4241470 A1 EP 4241470A1 EP 21807038 A EP21807038 A EP 21807038A EP 4241470 A1 EP4241470 A1 EP 4241470A1
Authority
EP
European Patent Office
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transmission module
measurement data
transmission
internet
radio interface
Prior art date
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Pending
Application number
EP21807038.1A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Danny ARNOLD
Tim Karnhof
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Brick4u GmbH
Original Assignee
Brick4u GmbH
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Publication date
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Abstract

A method for providing measurement data from sensor devices in a building by means of at least one transmission module by way of wireless data communication, having the following features: a) the at least one transmission module is installed in the building in radio range of the sensor devices and is automatically started up without the need for manual configuration, b) the transmission module that has been started up wirelessly records the measurement data from various sensor devices by means of a first radio interface of the transmission module by way of a measurement data transmission protocol, c) the transmission module wirelessly transmits the measurement data by means of a second radio interface of the transmission module directly or indirectly via one or more further transmission modules via the Internet to a server connected to the Internet, d) the server decrypts the measurement data and records them in a measurement data database.

Description

Verfahren zur Bereitstellung von Messdaten von Sensoreinrichtungen in einem Gebäude und Übertragungsmodul dafür Method for providing measurement data from sensor devices in a building and transmission module therefor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von Messdaten von Sensoreinrichtungen in einem Gebäude mittels wenigstens eines Übertragungsmoduls durch drahtlose Datenkommunikation. Die Erfindung betrifft ferner ein Übertragungsmodul für ein solches Verfahren. The invention relates to a method for providing measurement data from sensor devices in a building using at least one transmission module through wireless data communication. The invention also relates to a transmission module for such a method.
Gemäß der EU-Energieeffizienz-Richtlinie sollen möglichst nur noch fernablesbare Zähler und Heizkostenverteiler in Gebäuden eingesetzt werden. Hierfür sollen bevorzugt Sensoreinrichtungen mit Funkschnittstelle eingesetzt werden, die durch drahtlose Datenübertragung ihre jeweiligen Messdaten bereitstellen. Die Fernablesung kann zum Beispiel mit einem geeigneten Computergerät durchgeführt werden, das die Messdaten entschlüsseln kann. Eine Ablesung kann beispielsweise vom Hausflur aus durchgeführt werden, insbesondere ohne dass jede einzelne Wohnung betreten werden muss. According to the EU Energy Efficiency Directive, only remotely readable meters and heat cost allocators should be used in buildings. For this purpose, sensor devices with a radio interface should preferably be used, which provide their respective measurement data by wireless data transmission. The remote reading can be performed, for example, with a suitable computer device that can decode the measurement data. Readings can be taken from the hallway, for example, without having to enter each individual apartment.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Fernablesung solcher Sensoreinrichtungen weiter zu vereinfachen und zu optimieren. The present invention is based on the object of further simplifying and optimizing the remote reading of such sensor devices.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Das Verfahren umfasst die folgenden Merkmale: a) in dem Gebäude wird das wenigstens eine Übertragungsmodul in Funkreichweite der Sensoreinrichtungen installiert und ohne die Notwendigkeit einer manuellen Konfiguration am Installationsort automatisch in Betrieb genommen, b) das in Betrieb genommene Übertragungsmodul nimmt die Messdaten von verschiedenen Sensoreinrichtungen mittels einer ersten Funkschnittstelle des Übertragungsmoduls über ein Messdaten-Übertragungsprotokoll drahtlos auf, c) das Übertragungsmodul überträgt die Messdaten mittels einer zweiten Funkschnittstelle des Übertragungsmoduls drahtlos direkt oder indirekt über eines o- der mehrere weitere Übertragungsmodule ohne Entschlüsselung der Messdaten über das Internet an einen mit dem Internet verbundenen Server, d) der Server entschlüsselt die Messdaten und nimmt sie in eine Messdaten-Daten- bank auf. This object is achieved by a method according to claim 1. The method includes the following features: a) the at least one transmission module is installed in the building within radio range of the sensor devices and automatically put into operation without the need for manual configuration at the installation site, b) the put into operation transmission module takes the measurement data from different sensor devices a first wireless interface of the transmission module via a measurement data transmission protocol, c) the transmission module transmits the measurement data wirelessly using a second radio interface of the transmission module directly or indirectly via one or more further transmission modules without decoding the measurement data over the Internet to a server connected to the Internet, d) the server decrypts the measurement data and takes them in a measurement data database.
Erfindungsgemäß werden somit einfach zu installierende und einfach anzuwendende Übertragungsmodule eingesetzt, die eine Übertragung der Messdaten über das Internet ermöglichen. Dadurch, dass die Messdaten auf einem Internet-Server aufgenommen und in eine Messdatenbank übernommen werden, stehen sie mit einfacher Zugangsmöglichkeit für eine vielfältige weitere Nutzung bereit. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die von den Sensoreinrichtungen im Regelfall verschlüsselt übertragenen Messdaten nicht lokal entschlüsselt werden müssen, sondern die Entschlüsselung zentral auf dem Server erfolgt. Hierdurch wird die Inbetriebnahme der Übertragungsmodule weiter vereinfacht, da diese die jeweiligen Verschlüsselungskodierungen der unterschiedlichen Sensoreinrichtungen nicht kennen müssen, sondern pauschal die aufgenommenen Daten ohne Entschlüsselung an den Server weiter übertragen können. Damit besteht zumindest für den Anwender am Installationsort der Übertragungsmodule nicht die Notwendigkeit, eine manuelle Konfiguration der Übertragungsmodule durchzuführen. Stattdessen sind lediglich eine einfache mechanische Installation sowie die Verbindung mit einer Stromversorgung erforderlich. According to the invention, easy-to-install and easy-to-use transmission modules are used, which enable the measurement data to be transmitted over the Internet. Because the measurement data are recorded on an Internet server and transferred to a measurement database, they are easily accessible for a wide range of other uses. A further advantage of the invention is that the measured data, which is usually transmitted in encrypted form by the sensor devices, does not have to be decrypted locally, but instead the decryption takes place centrally on the server. This further simplifies the commissioning of the transmission modules, since they do not have to know the respective encryption codes of the different sensor devices, but can generally transmit the recorded data on to the server without decryption. Thus, at least for the user at the installation site of the transmission modules, there is no need to carry out a manual configuration of the transmission modules. Instead, all that is required is a simple mechanical installation and connection to a power supply.
Die Sensoreinrichtungen können z.B. als geeichte Zähler ausgebildet sein. Die von den Sensoreinrichtungen verschlüsselten Messdaten können in einem oder mehreren Übertragungsmodulen mit einer zusätzlichen Verschlüsselung versehen werden, um die Datenübertragung zum Server abzusichern. Das Übertragungsmodul kann auch Daten von weiteren funktechnisch anbindbaren Geräten erfassen und zum Server übertragen. Das Messdaten-Übertragungsprotokoll kann ein genormtes Messda- ten-Übertragungsprotokoll sein. The sensor devices can, for example, be in the form of calibrated counters. The measurement data encrypted by the sensor devices can be provided with additional encryption in one or more transmission modules in order to secure the data transmission to the server. The transmission module can also collect data from other wirelessly connectable devices and transmit it to the server. The measurement data transmission protocol can be a standardized measurement data transmission protocol.
Die erste Funkschnittstelle kann eine Mehrfrequenz-Funkschnittstelle oder eine Breit- band-Funkschnittstelle sein, z.B. für den Empfang von Daten im Frequenzbereich von 433 - 999,99 MHz, insbesondere 868 und 915 MHz. Die zweite Funkschnittstelle kann eine WLAN- bzw. WiFi-Schnittstelle sein. Die erste Funkschnittstelle kann unidi- rektional (Übertragungsmodul kann von den Sensoreinrichtungen nur Daten empfangen) oder bidirektional (Übertragungsmodul kann zusätzlich Daten an die Sensoreinrichtungen oder andere Geräte senden) sein. Die zweite Funkschnittstelle kann unidi- rektional (Übertragungsmodul kann nur Daten andere Übertragungsmodule und/oder an den Server senden) oder bidirektional (Übertragungsmodul kann zusätzlich Daten von anderen Übertragungsmodulen und/oder vom Server empfangen) sein. The first radio interface can be a multi-frequency radio interface or a broadband radio interface, eg for receiving data in the frequency range of 433-999.99 MHz, in particular 868 and 915 MHz. The second radio interface can be a WLAN or WiFi interface. The first radio interface can be unidirectional (transmission module can only receive data from the sensor devices) or bidirectional (transmission module can also send data to the sensor devices or other devices). The second radio interface can be unidirectional (transmission module can only send data to other transmission modules and/or to the server) or bidirectional (transmission module can also receive data from other transmission modules and/or from the server).
Die Erfindung ermöglicht es, neben dem Multifrequenzempfang und der Übertragung von Mess- und Sensordaten, die Übertragung und Adressierung aller Teilnehmer bis hin zur Weiterleitung der Daten verschlüsselt über einen MQTT-Broker bis hin zur Serverseite durch Standardisierung und Automatisierung nachhaltig zu verbessern. The invention makes it possible, in addition to multi-frequency reception and the transmission of measurement and sensor data, to improve the transmission and addressing of all participants up to the forwarding of the data in encrypted form via an MQTT broker to the server side through standardization and automation.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Übertragungsmodule eingesetzt werden, wobei das Verfahren folgende Merkmale hat: a) in dem Gebäude werden mehrere Übertragungsmodule an verschiedenen Stellen jeweils in Funkreichweite einer dem jeweiligen Übertragungsmodul zugeordneten Gruppe von Sensoreinrichtungen installiert und ohne die Notwendigkeit manueller Konfiguration am Installationsort automatisch in Betrieb genommen, b) die in Betrieb genommenen Übertragungsmodule bilden über ihre jeweilige zweite Funkschnittstelle automatisch ein selbstorganisierendes Mesh-Funknetz- werk, c) jedes Übertragungsmodul nimmt die Messdaten der ihm zugeordneten Gruppe von Sensoreinrichtungen mittels seiner ersten Funkschnittstelle über das Mess- daten-Übertragungsprotokoll drahtlos auf, d) jedes Übertragungsmodul überträgt die Messdaten mittels seiner zweiten Funkschnittstelle direkt oder indirekt über eines oder mehrere weitere Übertragungsmodule über das Mesh-Funknetzwerk ohne Entschlüsselung der Messdaten an ein mit dem Internet verbundenes Übertragungsmodul, e) das mit dem Internet verbundene Übertragungsmodul überträgt die Messdaten über seine Internetverbindung ohne Entschlüsselung der Messdaten an den mit dem Internet verbundenen Server, f) der Server entschlüsselt die Messdaten und nimmt sie in die Messdaten-Daten- bank auf. Auf diese Weise wird auch für relativ große Gebäude, zum Beispiel für Mehrfamilienhäuser, Hochhäuser und ähnliche Gebäude, eine einfache und aufwandsarme Installation der Übertragungsmodule ermöglicht. Dadurch, dass die Übertragungsmodule automatisch ein selbstorganisierendes Mesh-Funknetzwerk bilden, können auch relativ große Distanzen mit an sich nur für kleine Reichweite geeigneten Funkschnittstellen überbrückt werden. Zudem wird eine Redundanz bei der Übertragung geschaffen. Bei einer Störung kann sich das Mesh-Funknetzwerk jeweils wieder automatisch neu organisieren. Die Übertragungsmodule suchen auch im laufenden Betrieb nach neuen Nachbar-Übertragungsmodulen, die in das Mesh-Funknetzwerk aufgenommen werden. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that several transmission modules are used, with the method having the following features: a) several transmission modules are installed at different points in the building, each within radio range of a group of sensor devices assigned to the respective transmission module and without the need for manual Configuration at the installation site automatically commissioned, b) the commissioned transmission modules automatically form a self-organizing mesh radio network via their respective second radio interface, c) each transmission module takes the measurement data from the group of sensor devices assigned to it using its first radio interface via the measurement - wireless data transmission protocol, d) each transmission module transmits the measurement data by means of its second radio interface directly or indirectly via one or more further transmission modules via the Mesh-F wireless network without decrypting the measurement data to a transmission module connected to the Internet, e) the transmission module connected to the Internet transmits the measurement data to the server connected to the Internet via its Internet connection without decrypting the measurement data, f) the server decrypts the measurement data and accepts them the measurement data database. In this way, a simple and inexpensive installation of the transmission modules is made possible even for relatively large buildings, for example for apartment buildings, high-rise buildings and similar buildings. Due to the fact that the transmission modules automatically form a self-organizing mesh radio network, relatively large distances can also be bridged with radio interfaces that are only suitable for short ranges. In addition, redundancy is created during transmission. In the event of a fault, the mesh wireless network can automatically reorganize itself. The transmission modules also search for new neighboring transmission modules during operation, which are included in the mesh radio network.
Zudem bildet zumindest ein Übertragungsmodul eine definierte Übertragungsschnittstelle zum Internet hin (Breakoutpunkt), wobei das Übertragungsmodul hierfür eine zusätzliche dritte Schnittstelle haben kann, die wahlweise als Funkschnittstelle oder als drahtgebundene Schnittstelle ausgebildet sein kann, zum Beispiel als Ethernet- Schnittstelle. Das System kann mehrere mit dem Internet verbundene Übertragungsmodule haben. In addition, at least one transmission module forms a defined transmission interface to the Internet (breakout point), whereby the transmission module can have an additional third interface for this purpose, which can be designed either as a radio interface or as a wired interface, for example as an Ethernet interface. The system can have several transmission modules connected to the Internet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Messdaten Verbrauchsdaten des gesamten Gebäudes und/oder einzelner separater Wohneinheiten des Gebäudes und Warnmeldungen aufgenommen werden. Dies hat den Vorteil, dass alle relevanten Verbrauchsdaten und Warnmeldungen automatisch erfasst werden können, insbesondere ohne Betreten der einzelnen Wohneinheiten, und an zentraler Stelle, d.h. dem Internet-Server, erfasst und verwaltet werden können. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that consumption data of the entire building and/or individual separate residential units of the building and warning messages are recorded as measurement data. This has the advantage that all relevant consumption data and warning messages can be recorded automatically, in particular without entering the individual residential units, and can be recorded and managed at a central location, i.e. the Internet server.
Als Verbrauchsdaten können z.B. erfasst werden: Stromverbrauch, Gasverbrauch, Wasserverbrauch, Wärmeverbrauch, erfasst z.B. durch Stromzähler, Gaszähler, Wasserzähler, Wärmezähler, Heizkostenverteiler. Warnmeldungen können z.B. von Rauchmeldern und/oder Alarmanlagen stammen. The following can be recorded as consumption data, for example: electricity consumption, gas consumption, water consumption, heat consumption, recorded e.g. by electricity meters, gas meters, water meters, heat meters, heat cost allocators. Warning messages can come from smoke detectors and/or alarm systems, for example.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtungen die Messdaten fortlaufend, auch ohne abgefragt zu werden, verschlüsselt drahtlos aussenden. Dies hat den Vorteil, dass die Sensoreinrichtungen nicht jeweils durch Signale zum Aussenden der Messdaten angetriggert werden müssen. Die Sensoreinrichtungen können die Messdaten beispielsweise in einer Art Free-Running-Protokoll übertragen, zum Beispiel mit dem OMS-Protokoll (QMS - 0- pen Metering System) oder dem LoRa-Protokoll (LoRa - Long Range). According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the sensor devices transmit the measurement data continuously, even without being queried. send encrypted wirelessly. This has the advantage that the sensor devices do not have to be triggered by signals for sending out the measurement data. The sensor devices can transmit the measurement data, for example, in a type of free-running protocol, for example with the OMS protocol (QMS—Open Metering System) or the LoRa protocol (LoRa—Long Range).
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass von einem, mehreren oder allen Übertragungsmodulen jeweils über wenigstens einen eigenen Luft-Sensor wenigstens ein physikalischer Parameter der Umgebungsluft erfasst wird und zusammen mit den Messdaten an den Server übertragen wird. Dabei können z.B. einer, mehrere oder alle der folgenden physikalischen Parameter der Umgebungsluft erfasst werden: Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck. Der Server kann die empfangenen Parameter der Umgebungsluft in die Messdaten-Datenbank aufnehmen. Dies hat den Vorteil, dass durch die Übertragungsmodule zusätzliche Messwerte bereitgestellt werden, insbesondere solche Messwerte, die üblicherweise nicht von den Zählern oder Heizkostenverteilern erfasst werden. Somit können zusätzliche Erkenntnisse über den Zustand und die Betriebsparameter des Gebäudes erfasst und weiter verarbeitet werden. According to an advantageous embodiment of the invention, at least one physical parameter of the ambient air is recorded by one, several or all transmission modules via at least one dedicated air sensor and is transmitted to the server together with the measurement data. For example, one, several or all of the following physical parameters of the ambient air can be recorded: air temperature, humidity, air pressure. The server can record the received parameters of the ambient air in the measurement data database. This has the advantage that the transmission modules provide additional measured values, in particular those measured values that are not usually recorded by the meters or heat cost allocators. In this way, additional knowledge about the condition and the operating parameters of the building can be recorded and further processed.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messdaten über ein MQTT-Protokoll an den Server übertragen werden. Das mit dem Internet verbundene Übertragungsmodul bildet dann einen MQTT-Broker. Hierdurch kann die Standardisierung und Automatisierung der Fernablesung der Sensoreinrichtungen weiter verbessert werden. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the measurement data is transmitted to the server via an MQTT protocol. The transmission module connected to the Internet then forms an MQTT broker. As a result, the standardization and automation of the remote reading of the sensor devices can be further improved.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Gebäude auch ein über Funksignale steuerbarer Aktor vorhanden sein kann, wobei das wenigstens eine Übertragungsmodul Steuerkommandos über die zweite Funkschnittstelle vom Internet direkt oder indirekt über eines oder mehrere weitere Übertragungsmodule empfängt und die Steuerkommandos über die erste Funkschnittstelle an den ggfs. vorhandenen einen steuerbaren Aktor überträgt. Dies hat den Vorteil, dass das Übertragungsmodul auch zur aktiven Beeinflussung von Funktionen oder Elementen im Gebäude genutzt werden kann, zum Beispiel um die Belüftung eines Treppenhauses zu steuern, oder zum Ein- oder Ausschalten oder Dimmen von Lichtquellen. Das Übertragungsmodul, nachfolgend auch als BRICK bezeichnet, unterstützt die Bildung einesselbstständig organisierenden BRICK-Mesh-Netzwerks: Allgemein: Der erste BRICK (aus Sicht des Internets) wird per LTE oder LAN und DHCP mit dem Internet verbunden, ohne dass vom Anwender eine Konfiguration durchzuführen ist. Alternativ kann hier ein WiFi-BRICK an das Internet angebunden werden, der eine einmalige Wifi-Konfiguration bei der Installation benötigt. Alternativ kann diese Konfiguration auch bei der Produktion aufgebracht werden. Dieser BRICK heißt Gateway-B RICK. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that an actuator that can be controlled via radio signals can also be present in the building, with the at least one transmission module receiving control commands via the second radio interface from the Internet directly or indirectly via one or more further transmission modules and the control commands being transmitted via the transmits the first radio interface to the possibly existing one controllable actuator. This has the advantage that the transmission module can also be used to actively influence functions or elements in the building, for example to control the ventilation of a stairwell, or to switch light sources on or off or dim them. The transmission module, also referred to below as BRICK, supports the formation of an independently organizing BRICK mesh network: General: The first BRICK (from the point of view of the Internet) is connected to the Internet via LTE or LAN and DHCP without the user having to carry out any configuration is. Alternatively, a WiFi-BRICK can be connected to the Internet here, which requires a one-off WiFi configuration during installation. Alternatively, this configuration can also be applied during production. This BRICK is called Gateway-B RICK.
Damit ist der erste BRICK (Gateway-BRICK) immer mit dem Internet verbunden. Dieser Gateway-BRICK sendet nun zusätzlich ein WiFi (BRICK-internes Netzwerk, Mesh-WiFi-Netzwerk) aus. Dabei wird die Entfernung zum Internet mitübertragen. Ein Gateway BRICK sendet immer eine 0 als Distanz zum Internet. Das ist die kleinste Distanz die vorkommen kann. Es können auch mehrere Gateway-B RICKS in einem Netzwerk vorkommen. Alle weiteren BRICKS in der Empfangsumgebung erkennen diese Mesh-WiFi-Netzwerk und verbinden sich zu dem BRICK mit der kleinsten Distanz automatisch, da die BRICKs so gebaut sind, dass sie weitere BRICKs erkennen und sich intuitiv mit dem BRICK mit der kleinsten Distanz verbinden können. Hat ein BRICK eine Verbindung zu einem anderen BRICK aufgebaut, erhöht er die Distanz um 1 und sendet diese aus. Damit können sich weitere BRICKS konnektie- ren. This means that the first BRICK (gateway BRICK) is always connected to the Internet. This gateway BRICK now also sends out a WiFi (BRICK internal network, mesh WiFi network). The distance to the Internet is also transmitted. A BRICK gateway always sends a 0 as the distance to the Internet. This is the smallest distance that can occur. There can also be several gateway B RICKS in a network. All other BRICKS in the receiving area recognize this Mesh WiFi network and automatically connect to the BRICK with the shortest distance, since the BRICKs are built in such a way that they can recognize other BRICKs and intuitively connect to the BRICK with the shortest distance. If a BRICK has established a connection to another BRICK, it increases the distance by 1 and sends it out. This allows further BRICKS to be connected.
In bestimmten Zeitabständen, zum Beispiel alle 2 Minuten, sucht ein BRICK in seiner Umgebung nach anderen BRICKS, die eine kleinere Distanz als die bekannte Distanz haben. Findet er einen anderen BRICK mit kleinerer Distanz so wird dieser BRICK von nun an als neue Route gewählt. At certain time intervals, for example every 2 minutes, a BRICK looks for other BRICKS in its vicinity that have a smaller distance than the known distance. If it finds another BRICK at a shorter distance, this BRICK will be selected as the new route from now on.
Kommt es zu einem Spannungsausfall oder wurde die Mesh-Verbindung aus anderen Gründen unterbrochen (Störungen im WiFi), sucht jeder BRICK wieder nach anderen BRICKS, die eine Distanz aussenden. Somit sind die Strecken zum Ausgang nicht fest, sondern können sich auch ändern. Erst wenn ein BRICK eine Verbindung zu einem anderen BRICK hergestellt hat und die Distanz von diesem BRICK kleiner als seine eigene ist, werden die Nutzdaten, z.B. die Messdaten, gesendet. If there is a power failure or if the Mesh connection is interrupted for other reasons (WiFi disruptions), each BRICK searches for other BRICKS that are transmitting a distance. Thus, the routes to the exit are not fixed, but can also change. Only when a BRICK has established a connection to another BRICK and the distance from this BRICK is smaller than its own is the user data, eg the measurement data, sent.
Im Gegensatz zur Funktion eines Repeaters, der ein Signal (blind) repliziert, werden in dem BRICK-Mesh-Netzwerk die Datenströme aktiv von den BRICKS organisiert. Damit wird eine aktive und selbstständige Verwaltung des Netzwerks hergestellt. Der Stand der Technik bei Repeatern, ist der Akkubetrieb; Dies Bedarf der manuellen Konfiguration, welche Zähler übertragen werden sollen. Oftmals werden auch Zeitfenstern definiert in denen Daten repliziert werden. In contrast to the function of a repeater, which replicates a signal (blindly), in the BRICK mesh network the data streams are actively organized by the BRICKS. This creates an active and independent management of the network. The state of the art for repeaters is battery operation; This requires manual configuration of which meters are to be transmitted. Time windows are also often defined in which data is replicated.
Das BRICK-Mesh-Netzwerk ist in der Lage alle Daten (in der Regel 16 Sekunden bis zu 5 Minutenwerte bei OMS Zählern) zu übertragen, da keine Einschränkungen notwendig sind. Dieses ist wichtig in Bezug auf die gültigen rechtlichen Anforderungen, hier ist insbesondere die EED 2012/27/EU. The BRICK mesh network is able to transmit all data (usually 16 seconds up to 5 minute values for OMS meters) because no restrictions are necessary. This is important in relation to the applicable legal requirements, in particular the EED 2012/27/EU.
Die Nutzdaten werden erst auf der Datenplattform nach Übertragung über das Internet entschlüsselt. The user data is only decrypted on the data platform after transmission over the Internet.
Die einzelnen BRICKs und das BRICK-Mesh-Netzwerk unterstützt somit eine automatische Konfiguration / automatische Inbetriebnahme. Es ist insbesondere kein An- lernprogramm erforderlich. Die einzelnen BRICKs und das BRICK-Mesh-Netzwerk benötigen keine Routing-Tabellen, oder Vorgaben der Strecken nach draußen in die BRICK-Cloud, dieses erfolgt vollkommen selbständig über das beschriebene Verfahren. Das erfindungsgemäße System unterstützt alle drei unterschiedlichen Modi S- Mode wM-Bus, C-Mode sowie T-Mode im Sinne eines Plug & Play. The individual BRICKs and the BRICK mesh network thus support automatic configuration / automatic commissioning. In particular, no training program is required. The individual BRICKs and the BRICK mesh network do not require any routing tables or specifications for the routes to the outside of the BRICK cloud, this is done completely independently using the procedure described. The system according to the invention supports all three different modes S-Mode wM-Bus, C-Mode and T-Mode in the sense of Plug & Play.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Übertragungsmodul für ein Verfahren der zuvor erläuterten Art, wobei das Übertragungsmodul folgende Merkmale hat: a) wenigstens einen Rechner, einen Speicher und ein in dem Speicher gespeichertes Computerprogramm, b) eine erste Funkschnittstelle, wobei das Übertragungsmodul dazu eingerichtet ist, die Messdaten von verschiedenen Sensoreinrichtungen mittels der ersten Funkschnittstelle über ein Messdaten-Übertragungsprotokoll drahtlos aufzunehmen, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner ausgeführt wird, c) eine zweite Funkschnittstelle, wobei das Übertragungsmodul dazu eingerichtet ist, die aufgenommenen Messdaten mittels der zweiten Funkschnittstelle drahtlos direkt oder indirekt über eines oder mehrere weitere Übertragungsmodule über das Internet ohne Entschlüsselung der Messdaten an einen mit dem Internet verbundenen Server zu übertragen, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner ausgeführt wird, d) wobei das Übertragungsmodul dazu eingerichtet ist, über die zweite Funkschnittstelle benachbarte Übertragungsmodule zu erkennen und mit diesen ein selbstorganisierendes Mesh-Funknetzwerk zu bilden, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner ausgeführt wird. The object mentioned at the outset is also achieved by a transmission module for a method of the type explained above, the transmission module having the following features: a) at least one computer, a memory and a computer program stored in the memory, b) a first radio interface, the transmission module being set up to wirelessly record the measurement data from various sensor devices using the first radio interface via a measurement data transmission protocol when the computer program is executed on the computer, c) a second radio interface, the transmission module being set up to do so is to transmit the recorded measurement data wirelessly using the second radio interface directly or indirectly via one or more further transmission modules via the Internet without decoding the measurement data to a server connected to the Internet when the computer program is executed on the computer, d) the transmission module is set up to detect neighboring transmission modules via the second radio interface and to form a self-organizing mesh radio network with them when the computer program is executed on the computer.
Somit wird ein einheitliches Übertragungsmodul zur Anwendung für das eingangs erläuterte Verfahren bereitgestellt. Das Übertragungsmodul kann relativ einfach und kostengünstig gestaltet sein, zum Beispiel als handliche Box, die relativ unauffällig in einem Treppenhaus eines Gebäudes installiert werden kann. Durch seine mehreren Funkschnittstellen kann das Übertragungsmodul sehr effizient die zuvor erläuterten Verfahrensschritte durchführen, insbesondere die Aufnahme der Messdaten von den Sensoreinrichtungen und die weitere Übertragung über das Internet an den Server. A uniform transmission module is thus provided for use in the method explained at the outset. The transmission module can be designed relatively simply and inexpensively, for example as a handy box that can be installed relatively unobtrusively in a stairwell of a building. Due to its several radio interfaces, the transmission module can very efficiently carry out the method steps explained above, in particular the recording of the measurement data from the sensor devices and the further transmission via the Internet to the server.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Übertragungsmodul dazu eingerichtet ist zu erkennen, ob es mit dem Internet verbunden ist, und wenn es mit dem Internet verbunden ist, die von anderen Übertragungsmodulen des Mesh-Funknetzwerks empfangenen Messdaten über seine Internetverbindung an den Server zu übertragen, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner ausgeführt wird. Auf diese Weise kann sich das Übertragungsmodul selbst dahingehend konfigurieren, dass es für das Mesh-Funknetzwerk automatisch den Breakout-Punkt zum Internet bildet. Die Messdaten können über ein MQTT-Protokoll an den Server übertragen werden. Das mit dem Internet verbundene Übertragungsmodul bildet dann einen MQTT-Broker. Die Internetverbindung des Übertragungsmoduls kann durch eine drahtlose oder drahtgebundene Schnittstelle, z.B. Ethernet- Schnittstelle, gebildet sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Übertragungsmodul wenigstens einen Luft-Sensor zur Erfassung eines physikalischen Parameters der Umgebungsluft hat, wobei das Übertragungsmodul dazu eingerichtet ist, Sensordaten des wenigstens einen Luft-Sensors mittels der zweiten Funkschnittstelle direkt oder indirekt über eines oder mehrere weitere Übertragungsmodule über das Internet an den Server zu übertragen, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner ausgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass durch die Übertragungsmodule zusätzliche Messwerte bereitgestellt werden. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the transmission module is set up to recognize whether it is connected to the Internet, and if it is connected to the Internet, the measurement data received from other transmission modules of the mesh radio network via its Internet connection to the Transfer server when the computer program is running on the computer. In this way, the transmission module can configure itself in such a way that it automatically forms the breakout point to the Internet for the wireless mesh network. The measurement data can be transmitted to the server via an MQTT protocol. The transmission module connected to the Internet then forms an MQTT broker. The Internet connection of the transmission module can be formed by a wireless or wired interface, such as an Ethernet interface. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the transmission module has at least one air sensor for detecting a physical parameter of the ambient air, the transmission module being set up to transmit sensor data from the at least one air sensor directly or indirectly via the second radio interface via one or to transmit several further transmission modules over the Internet to the server when the computer program is running on the computer. This has the advantage that additional measured values are provided by the transmission modules.
Bei der Erfindung werden mindestens ein Übertragungsmodul, ggfs. zusätzlich ein Hauptübertragungsmodul, angewandt, welche ein WiFi-Mesh-Netzwerk sowie ein eigenes Mesh-Initialisierungsverfahren verwenden. Bei der erfinderischen Lösung wird eine loT-Echtzeitverarbeitung für Mess- und Sensordaten mittels der Übertragungsmodule und dem MQTT-Protokoll vereint. In the case of the invention, at least one transmission module, possibly also a main transmission module, is used, which uses a WiFi mesh network and its own mesh initialization method. In the inventive solution, loT real-time processing for measurement and sensor data is combined using the transmission modules and the MQTT protocol.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Übertragungsmodul mit mindestens einem Radio-Prozessor zur Erfassung und Ansteuerung von funkenden Geräten (Sensoren und/oder Aktoren) in Verbindung mit einem Kommunikations-Prozessor zur Datenübertragung in einem automatisiert generierten und selbstorganisierenden Mesh-Funknetzwerk, wobei eine Übertragung von empfangenen Mess- und Sensordaten und auch lokal gewonnen Sensordaten über einen MQTT-Standard, auch mittels eines WiFi-Mesh-Netzwerks, stattfindet. In one embodiment, the invention relates to a transmission module with at least one radio processor for detecting and controlling radio devices (sensors and/or actuators) in connection with a communication processor for data transmission in an automatically generated and self-organizing mesh radio network, with a transmission of received measurement and sensor data and also locally obtained sensor data via an MQTT standard, also using a WiFi mesh network.
Es werden von der im Übertragungsmodul vorhandenen ersten Funkschnittstelle, z.B. einem 868/915-MHz-Radiomodul, die Messdaten empfangen, z.B. als OMS-Pro- tokoll (QMS - Open Metering System) / LoRa-Pakete, und mittels eines Rechners, z.B. eines Prozessors, weiterverarbeitet. Diese Daten sind in diesem Zustand zum überwiegenden Anteil verschlüsselt, wobei einige wenige Prozent unverschlüsselt und damit im Klartext nach der Verarbeitung im Prozessor lesbar sind. Verschlüsselte Daten werden nicht im Übertragungsmodul entschlüsselt, da das Übertragungsmodul diese Schlüssel nicht vorhält, bzw. gar nicht vorhalten muss. Diese Mess- und Sensordaten können an einen weiteren Prozessor übergeben werden, sie können nochmals verschlüsselt und über ein WiFi an gegebenenfalls weitere Übertragungsmodule bis hin zu einem MQTT-Broker übertragen werden. An diesem MQTT-Broker kann ein Mikroservice lauschen, der die eingehenden Datenpakete sortiert, aufbereitet und in einer Datenbank nach den hinterlegten Schlüsseln sucht und beim Vorhandensein dieser die Datenpakete qualifiziert, also in die einzelnen Bestandteile zerlegt, wie z.B. Messwerte, Einheiten, Zeitstempel, und diese dann in eine Datenbank schreibt. The measurement data are received from the first radio interface present in the transmission module, eg an 868/915 MHz radio module, eg as an OMS protocol (QMS - Open Metering System)/LoRa packets, and by means of a computer, eg a Processor, further processed. In this state, this data is mostly encrypted, with a few percent being unencrypted and thus readable in plain text after processing in the processor. Encrypted data is not decrypted in the transmission module, since the transmission module does not hold this key, or does not have to hold it at all. These measurement and sensor data can be transferred to another processor, they can be encrypted again and transmitted via WiFi to other transmission modules, if necessary, up to an MQTT broker. On this MQTT broker A microservice can listen, which sorts and processes the incoming data packets and searches a database for the stored keys and, if these are available, qualifies the data packets, i.e. breaks them down into the individual components, such as measured values, units, time stamps, and then into a database writes.
Gemäß der weiteren Beschreibung der erfinderischen Lösung wird das Übertragungsverfahren als BRICK-loT Protokoll und ein Übertragungsmodul als BRICK bezeichnet. Dabei können Mess- und Sensordaten aus Funkgeräten, zum Beispiel aus Zähler, Smart-Meter, Strom, Gas, Wasser, Wärme, Rauchmelder, Sensoren und auch Aktoren sowie aus weiteren funktechnisch anbindbaren Geräten erfasst und übertragen werden. According to the further description of the inventive solution, the transmission method is referred to as BRICK-loT protocol and a transmission module as BRICK. Measurement and sensor data from radio devices, for example from meters, smart meters, electricity, gas, water, heat, smoke detectors, sensors and actuators as well as from other devices that can be connected via radio technology, can be recorded and transmitted.
Ausführungsform des BRICK (Übertragungsmodul): Embodiment of the BRICK (transmission module):
1 . Übertragungsmodul mit inkludierten Radiomodulen zum Empfang der Funkdaten im Bereich 433,00 MHz bis 999,99 MHz 1 . Transmission module with included radio modules for receiving radio data in the 433.00 MHz to 999.99 MHz range
2. Radio-Prozessor zur Abbildung der Radiodaten in ein Protokoll wie zum Beispiel QMS (Open Metering System) oder LoRa (ver- und entschlüsselt) je nach dem Ursprung der Daten, nach den gängigen Standards 2. Radio processor for mapping the radio data into a protocol such as QMS (Open Metering System) or LoRa (encrypted and decrypted) depending on the origin of the data, according to the common standards
3. Kommunikations-Prozessor zur Kommunikation der Mess- und Sensordaten über ein WiFi-Mesh-Netzwerk an einen definierten Endpunkt wie einen Datenbroker, über MQTT. 3. Communications processor for communicating the measurement and sensor data via a WiFi mesh network to a defined endpoint such as a data broker, via MQTT.
Ausführungsform des BRICK-IOT-Protokolls: Embodiment of the BRICK-IOT protocol:
Das BRICK-IOT-Protokoll beginnt mit den aus den Radiodaten zusammengesetzten Daten. Diese werden aus dem Radio-Prozessor zur Abbildung der Daten an den WiFi-Prozessor zur Kommunikation der Daten übergeben. Dieser Kommunikations- Prozessor kommuniziert über das Mesh-Funknetzwerk, z.B. ein BRICK-IOT-MESH- Netzwerk, an einen definierten Endpunkt, zum Beispiel einen Datenbroker. Das BRICK-IOT-MESH-Netzwerk ist selbstorganisierend und durch beliebig viele BRICKs erweiterbar. Ein WiFi-Mesh-System ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Gerade bei umfangreichen Systemen, die aus einer Vielzahl von Modulen zusammengesetzt sind, wirft die Adressierung aller Teilnehmer eines Mesh-Systems jedoch immer wieder Probleme auf oder gestaltet sich sehr aufwendig, da ein hoher Aufwand der Adressprogrammierung für jedes einzelne System erforderlich ist. The BRICK-IOT protocol starts with the data assembled from the radio data. These are passed from the radio processor for mapping the data to the WiFi processor for communicating the data. This communication processor communicates via the mesh radio network, e.g. a BRICK-IOT-MESH network, to a defined endpoint, e.g. a data broker. The BRICK-IOT-MESH network is self-organizing and can be expanded with any number of BRICKs. A WiFi mesh system is basically already known from the prior art. However, particularly in the case of extensive systems that are composed of a large number of modules, the addressing of all participants in a mesh system repeatedly poses problems or is very complex, since a great deal of address programming is required for each individual system.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Übertragungsmodul mit mindestens einer Empfangseinheit für Mess- und Sensordaten, mit einem Multifrequenzempfangseingang und einem Übertragungsausgang, wobei der Übertragungsausgang auch jeweils und gleichzeitig wiederum ein Übertragungseingang sein kann (Mesh). Die Übertragungseingänge und Übertragungsausgänge sind kaskadierbar, und alle Übertragungsmodule sind über mehrere Kaskaden miteinander verbunden. In one embodiment, the invention relates to a transmission module with at least one receiving unit for measurement and sensor data, with a multi-frequency reception input and a transmission output, wherein the transmission output can also be a transmission input (mesh) at the same time. The transmission inputs and transmission outputs are cascadable, and all transmission modules are interconnected via multiple cascades.
Die Erfindung schließt damit ein, dass Strukturen wie Baum- und/oder Netzstrukturen parallel in einem Mesh-Funknetzwerk vorkommen können. Das gesamte Mesh-Funk- netzwerk organisiert sich permanent selbst. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass sich Empfangs- und Sendebedingungen in einem WiFi-Netzwerk relativ schnell ändern können. The invention thus includes structures such as tree and/or network structures being able to occur in parallel in a mesh radio network. The entire mesh radio network organizes itself permanently. This is based on the knowledge that reception and transmission conditions in a WiFi network can change relatively quickly.
Die Erfindung erlaubt es, ein vollkommen automatisches Übertragungssystem von Mess- und Sensordaten aufzubauen, das keinerlei Adressierung oder Konfiguration benötigt. The invention makes it possible to set up a completely automatic transmission system for measurement and sensor data that does not require any addressing or configuration.
Das System ist vollständig selbstorganisierend. Alle Empfangs- und Übertragungsmodule sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung als Multifrequenzempfangssystem ausgelegt. Damit kann das Übertragungsmodul verschiedene Mess- und Sensordaten aus Funkgeräten in Gebäuden auf unterschiedlichen Frequenzen in dem Bereich von 433,00 bis 999,99 MHz Datenpakete empfangen. The system is completely self-organizing. According to one embodiment of the invention, all reception and transmission modules are designed as a multi-frequency reception system. This allows the transmission module to receive various measurement and sensor data from wireless devices in buildings on different frequencies in the range from 433.00 to 999.99 MHz data packets.
Da gemäß einer Ausführungsform der Erfindung jedes Übertragungsmodul sowohl Sender als auch Empfänger, z.B. in einem Mesh-Funknetzwerk, sein kann, kann die Konfiguration automatisch über alle erreichbaren Übertragungsmodule (Nachbarsysteme) erfolgen. Ein Übertragungsmodul erklärt sich selbst als „Master-System“ wenn es die Konnektivität mit einem definierten Broker erkennt. Alle Master-Systeme besitzen die Fähigkeit, über eine weitere Schnittstelle über das WiFi-Netzwerk mit dem Broker zu kommunizieren. Diese Konfiguration „Ich habe einen Breakout“ ist eine der wesentlichen Informationen, die allen direkt erreichbaren Übertragungsmodulen im Mesh-Funknetzwerks (Nachbarsystemen) mitgeteilt wird. Since, according to one embodiment of the invention, each transmission module can be both a transmitter and a receiver, for example in a mesh radio network, the configuration can take place automatically via all accessible transmission modules (neighboring systems). A transmission module declares itself as a "master system" when it detects connectivity with a defined broker. All master systems have the ability to interface with the WiFi network via an additional interface to communicate with brokers. This "I have a breakout" configuration is one of the essential pieces of information that is communicated to all directly reachable transmission modules in the mesh radio network (neighboring systems).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann zur Erkennung der Qualität dieses Breakouts eine Distanzvariable auf Null gesetzt werden. Die Nachbarsysteme merken sich den Weg und addieren eins der Distanz auf und geben die Information an wiederum deren Nachbarsysteme weiter. Hat ein Nachbarsystem noch keinen Weg aus dem Mesh-Funknetzwerk, speichert es wiederum diese Information ab, addiert eins hinzu und gibt diese an seine direkten Nachbarsysteme weiter. Somit entstehen sowohl Ketten-, Baum- wie auch Netzstrukturen, in denen jedes Übertragungsmodul mindestens einen Weg, direkt oder über Nachbarsysteme aus dem Mesh-Funknetz- werk selbständig findet. Verliert ein Übertragungsmodul einen Nachbarn, über den der „Breakout“ aus dem Mesh-Funknetzwerk bekannt war, so wird die Breakout-Information und Distanz verworfen und über die anderen direkt erreichbaren Nachbarsysteme erneut angefragt. Somit kommt es zu einem vollständig selbst konfigurierenden Gesamtsystem. According to one embodiment of the invention, a distance variable can be set to zero to identify the quality of this breakout. The neighboring systems remember the route and add one to the distance and pass the information on to their neighboring systems. If a neighboring system does not yet have a way out of the mesh wireless network, it saves this information, adds one and passes it on to its direct neighboring systems. This creates both chain, tree and network structures in which each transmission module finds at least one path independently, directly or via neighboring systems from the mesh radio network. If a transmission module loses a neighbor through whom the "breakout" from the mesh radio network was known, the breakout information and distance is discarded and queried again through the other directly accessible neighboring systems. This results in a completely self-configuring overall system.
Teil der Erfindung ist auch die Konfiguration mit mehr als einem Breakoutpunkt in einem Netzwerk. Das Verfahren zur Selbstkonfiguration kann dann identisch wie oben beschrieben sein. Also part of the invention is the configuration with more than one breakout point in a network. The self-configuration procedure can then be identical to that described above.
Sind an einem Übertagungsmodul Aktoren, wie zum Beispiel Schalter vorhanden, erfolgt die Mitteilung an die jeweiligen Nachbarsysteme mit der Aktorennummer. If actuators, such as switches, are present on a transmission module, the relevant neighboring systems are notified with the actuator number.
Somit kommt es bei der Breakout-Information zu einem Informationsfluss vom „Breakout“ zu den Übertragungsmodulen und bei den Aktorinformationen von den Übertragungsmodulen in die Richtung des Breakoutmoduls (bottom-up und top- down). Die Initialisierungsroutinen aller Übertragungsmodule können die Funktion beinhalten, permanent nach neuen Nachbarsystemen zu suchen. This means that the breakout information flows from the “breakout” to the transmission modules, and the actuator information flows from the transmission modules in the direction of the breakout module (bottom-up and top-down). The initialization routines of all transmission modules can include the function of constantly searching for new neighboring systems.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden keine Erkenntnisse über Nachbarn, Nachbar-Aktoren oder Breakout-Information in einem Übertragungsmodul permanent gespeichert. Nach zum Beispiel einem Spannungsausfall organsiert sich dann jedes Übertragungsmodul von Grund auf, gemäß der Initialisierungsroutine, neu. According to one embodiment of the invention, no knowledge of neighbors, neighbor actors, or breakout information is permanently stored in a transmission module. After a power failure, for example, organizes itself then rebuild each transmission module from scratch according to the initialization routine.
Reset/Neustart: Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Funktion implementiert, die alle Breakout- und Aktoren-Informationen verwirft und eine Initialisierung, wie bei einem Neustart, hervorruft. Damit lassen sich verschiedene Startszenarien abbilden / umgehen, die bei großflächigen Ausfällen vorkommen können, das gesamte Netzwerk organisiert sich neu. Der Reset-Zustand kann sowohl über den MQTT-Broker an ein Übertragungsmodul gesendet, als auch durch den physischen Eingriff eines Monteurs vor Ort, der ein Reset-Modul ins Netzwerk einbringt, hergestellt werden. Ein Reset-Modul verbreitet die Information des Reset, Übertragungsmodule empfangen den Reset-Befehl, leiten diesen an sichtbare Nachbarn weiter und resetten sich anschließend. Reset/Restart: According to one embodiment of the invention, a function is implemented that discards all breakout and actuator information and causes an initialization, as with a restart. This allows various start scenarios to be mapped / circumvented that can occur in the event of large-scale failures, the entire network is reorganized. The reset state can be sent to a transmission module via the MQTT broker or by the physical intervention of an on-site technician who introduces a reset module into the network. A reset module broadcasts the reset information, transmission modules receive the reset command, forward it to visible neighbors and then reset themselves.
Bei der vorliegenden Erfindung ist das Hinzufügen eines Übertragungsmoduls in ein bestehendes Netzwerk ein willkommenes Ereignis, da es das Netzwerk stabilisiert und weitere Maschen und Wege für die Kommunikation aufgebaut werden. With the present invention, adding a transmission module to an existing network is a welcome event as it stabilizes the network and creates more meshes and paths for communication.
Das Entfernen eines Übertragungsmoduls aus dem Netzwerk führt nicht automatisch zu einem Zusammenbruch dessen, da es zu einer automatischen Reorganisation kommt oder weitere Wege zu einem Breakout im Netzwerk bekannt sind. The removal of a transmission module from the network does not automatically lead to its collapse, since automatic reorganization occurs or other ways to a breakout are known in the network.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Übertragungsmodule: Advantageous embodiments of the transmission modules:
Die Bauformen können in drei Klassen unterteilt werden. Die Funktionsweise ist bei allen Klassen gleich. The designs can be divided into three classes. The functionality is the same for all classes.
1 . Aufbaumontage: 1 . surface mounting:
Bei der Aufbaumontage existieren zwei Arten der Spannungsversorgung: a) USB 5-Volt-Gleichstrom b) 110-240-Volt-Wechselstrom. There are two types of power supply for surface mounting: a) USB 5 volt DC b) 110-240 volt AC.
2. Hinterputzmontage: 2. Back plaster mounting:
Bei der Hinterputzmontage kommen 5-/12-Volt Gleichstrom oder 110-240- Volt-Wechselstrom zum Einsatz. Diese Bauform ist auf die Größe einer Unterputzsteckdose mit halber Bauhöhe ausgelegt, womit das Übertragungsmodul hinter einer handelsüblichen Steckdose oder einem Schalter platziert werden kann. For flush mounting, 5/12 volt DC or 110-240- Volt alternating current used. This design is designed for the size of a half-height flush-mounted socket, which means that the transmission module can be placed behind a standard socket or switch.
3. Hutschienenmontage: 3. DIN rail mounting:
Bei der Hutschienenmontage existiert nur die 110-240 Volt Variante. Das Gerät ist zwei Teilungeinheiten (2 TE) breit. With top-hat rail mounting, there is only the 110-240 volt variant. The device is two pitch units (2 HP) wide.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann folgende Datenadressierung eingesetzt werden: According to one embodiment of the invention, the following data addressing can be used:
Jedes Übertragungsmodul erhält bei der Herstellung eine eindeutige Bezeichnung. Diese Bezeichnung wird zur Adressierung der empfangenen und selbst generierten Daten genutzt, um damit eine eindeutige Subscriberinformation nach dem MQTT- Standard aufzubauen. Somit ist jeder Wert auf der Serverseite seinem genauen Ursprung zuweisbar. Each transmission module is given a unique designation during manufacture. This designation is used to address the received and self-generated data in order to create unique subscriber information according to the MQTT standard. Thus, each value on the server side is assignable to its exact origin.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann folgende Datenübertragung eingesetzt werden: According to one embodiment of the invention, the following data transmission can be used:
Empfängt ein Übertragungsmodul Messdaten über die erste Funkschnittstelle oder stehen lokale Daten (System information, lokale Mess- und Sensordaten) zur Weiterleitung an, werden die Daten an Nachbarsysteme, d.h. benachbarte Übertragungsmodule, mit der Breakout-Information weitergeleitet. Das Nachbarsystem empfängt die Daten, behandelt diese Daten wie einen Eingang und leitet diesen ebenfalls weiter. Somit gelangen die Daten automatisch durch das Netzwerk und über einen „Breakout“ und dem MQTT-Protokoll zu dem Server. If a transmission module receives measurement data via the first radio interface or if local data (system information, local measurement and sensor data) is to be forwarded, the data is forwarded to neighboring systems, i.e. neighboring transmission modules, with the breakout information. The neighboring system receives the data, treats this data as an input and also forwards it. Thus, the data automatically gets through the network and via a "breakout" and the MQTT protocol to the server.
Soweit ein Rechner erwähnt ist, kann dieser dazu eingerichtet sein, ein Computerprogramm, z.B. im Sinne von Software, auszuführen. Der Rechner kann als handelsüblicher Computer ausgebildet sein, z.B. als PC, Laptop, Notebook, Tablet oder Smartphone, oder als Mikroprozessor, Mikrocontroller oder FPGA, oder als Kombination aus solchen Elementen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert. If a computer is mentioned, it can be set up to run a computer program, eg in the sense of software. The computer can be designed as a commercially available computer, for example as a PC, laptop, notebook, tablet or smartphone, or as a microprocessor, microcontroller or FPGA, or as a combination of such elements. The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments using drawings.
Es zeigen Show it
Figur 1 die Bereitstellung von Messdaten von Sensoreinrichtungen in einem Gebäude und Figure 1 the provision of measurement data from sensor devices in a building and
Figur 2 die Übertragung der Messdaten zu einem Server und Figur 3 ein Übertragungsmodul. FIG. 2 shows the transmission of the measurement data to a server and FIG. 3 shows a transmission module.
Die Figur 1 zeigt ein Gebäude 1 beispielhaft in Form eines Wohnblocks (Hochhaus) mit acht Etagen und drei Treppenaufgängen 4, 5, 6. Über die Treppenaufgänge 4, 5, 6 sind jeweilige Wohneinheiten 2 zugänglich. In den Wohneinheiten 2 sind Sensoreinrichtungen 3 installiert, z.B. geeichte Zähler für Strom, Kaltwasser, Warmwasser, Heizkostenverteiler bzw. Wärmemengenzähler sowie Warngeräte wie Rauch- warnmelder. Die Sensoreinrichtungen 3 senden ihre Messdaten fortlaufend selbstständig über eine Funkschnittstelle aus. Zusätzlich können auch andere OMS-Geräte ausgelesen werden, wie Temperatursensoren, Öffnungsmelder, Feuchtigkeitsmesser usw. aber auch OMS-ähnliche Geräte (Proprietäre, Herstellerspezifische Implementierungen). Die Funkschnittstellen der Sensoreinrichtungen 3 haben eine begrenzte, relativ geringe Reichweite, die aber regelmäßig zumindest bis zum nächstgelegenen Treppenaufgang 4, 5, 6 reicht. FIG. 1 shows a building 1 as an example in the form of a block of flats (high-rise) with eight floors and three staircases 4, 5, 6. The respective residential units 2 are accessible via the staircases 4, 5, 6. Sensor devices 3 are installed in the residential units 2, e.g. calibrated meters for electricity, cold water, hot water, heat cost allocators or heat meters and warning devices such as smoke alarms. The sensor devices 3 continuously transmit their measurement data independently via a radio interface. In addition, other OMS devices can also be read, such as temperature sensors, opening detectors, humidity meters, etc., but also OMS-like devices (proprietary, manufacturer-specific implementations). The radio interfaces of the sensor devices 3 have a limited, relatively short range, which, however, regularly extends at least to the nearest staircase 4, 5, 6.
In den Treppenaufgängen 4, 5, 6 sind jeweils mehrere erfindungsgemäße Übertragungsmodule 7, 8, 9, 10, 11 installiert, insbesondere in verschiedenen Etagen oder zwischen den Etagen, sodass von den Übertragungsmodulen 7, 8, 9, 10, 11 die Messdaten sämtlicher Sensoreinrichtungen 3 mit Funkschnittstelle erfasst werden können. Zudem sind die Übertragungsmodule 7, 8, 9, 10, 11 in derartigen Abständen voneinander installiert, dass zumindest jedes Übertragungsmodul 7, 8, 9, 10, 11 über seine zweite Funkschnittstelle mit einem benachbarten Übertragungsmodul 7, 8, 9, 10, 11 kommunizieren kann, gegebenenfalls auch mit mehreren benachbarten Übertragungsmodul. Die Übertragungsmodule 7, 8, 9, 10, 11 bilden über ihre jeweilige zweite Funkschnittstelle automatisch ein selbstorganisierendes Mesh-Funknetzwerk. Erkennbar ist ferner, dass das Übertragungsmodul 11 über eine dritte Schnittstelle mit dem Internet 12 verbunden ist, z.B. über eine Ethernet-Schnittstelle. Several transmission modules 7, 8, 9, 10, 11 according to the invention are installed in the stairwells 4, 5, 6, in particular on different floors or between the floors, so that the measurement data of all sensor devices are transmitted by the transmission modules 7, 8, 9, 10, 11 3 can be detected with radio interface. In addition, the transmission modules 7, 8, 9, 10, 11 are installed at such distances from one another that at least each transmission module 7, 8, 9, 10, 11 communicates with a neighboring transmission module 7, 8, 9, 10, 11 via its second radio interface can, possibly also with several adjacent transmission module. The transmission modules 7, 8, 9, 10, 11 automatically form a self-organizing mesh radio network via their respective second radio interface. It can also be seen that the transmission module 11 is connected to the Internet 12 via a third interface, for example via an Ethernet interface.
Jedes Übertragungsmodul 7, 8, 9, 10, 11 nimmt die Messdaten der ihm zugeordneten Gruppe von Sensoreinrichtungen 3 mittels seiner ersten Funkschnittstelle über das Messdaten-Übertragungsprotokoll drahtlos auf. Jedes Übertragungsmodul 7, 8, 9, 10, 11 überträgt die Messdaten mittels seiner zweiten Funkschnittstelle direkt oder indirekt über eines oder mehrere weitere Übertragungsmodule 7, 8, 9, 10, 11 über das Mesh-Funknetzwerk an das mit dem Internet 12 verbundene Übertragungsmodul 11 . Das mit dem Internet 12 verbundene Übertragungsmodul 11 überträgt die Messdaten über seine Internetverbindung an einen mit dem Internet 11 verbundenen Server. Die Figur 1 zeigt hier beispielhaft, dass die von dem Übertragungsmodul 9 aufgenommenen Messdaten über das Übertragungsmodul 10 sowie weitere Übertragungsmodule bis zum Übertragungsmodul 11 weiter übertragen werden. Each transmission module 7, 8, 9, 10, 11 wirelessly records the measurement data from the group of sensor devices 3 assigned to it by means of its first radio interface using the measurement data transmission protocol. Each transmission module 7, 8, 9, 10, 11 uses its second radio interface to transmit the measurement data directly or indirectly via one or more further transmission modules 7, 8, 9, 10, 11 via the mesh radio network to the transmission module 11 connected to the Internet 12 . The transmission module 11 connected to the Internet 12 transmits the measurement data to a server connected to the Internet 11 via its Internet connection. FIG. 1 shows here by way of example that the measurement data recorded by the transmission module 9 are transmitted further via the transmission module 10 and other transmission modules up to the transmission module 11 .
Die Figur 2 verdeutlicht, dass die Messdaten über das Internet 11 zu dem Server 13 gelangen, wo sie entschlüsselt und in eine Messdaten-Datenbank 14 aufgenommen werden. Die in der Datenbank 14 enthaltenen Messdaten können dann von Datennutzern 15 abgefragt werden, z.B. über direkt mit dem Server 13 verbundene Rechner oder über ein Datennetzwerk, gegebenenfalls auch über das Internet 12. FIG. 2 makes it clear that the measurement data reach the server 13 via the Internet 11 , where they are decrypted and entered into a measurement data database 14 . The measurement data contained in the database 14 can then be queried by data users 15, e.g. via computers connected directly to the server 13 or via a data network, possibly also via the Internet 12.
Die Figur 3 steigt zeigt stark schematisiert den Aufbau eines Übertragungsmoduls am Beispiel des Übertragungsmoduls 7. Das Übertragungsmodul 7 weist eine erste Funkschnittstelle 30, eine zweite Funkschnittstelle 31 , eine dritte Schnittstelle 32, einen Rechner 33, einen Speicher 34, einen Präprozessor 35, eine erste Antenne 36, eine zweite Antenne 37, einen Luft-Sensor 38, ein Netzteil 39 und einen Update-Anschluss 40 auf. Figure 3 shows a highly schematized structure of a transmission module using the example of the transmission module 7. The transmission module 7 has a first radio interface 30, a second radio interface 31, a third interface 32, a computer 33, a memory 34, a preprocessor 35, a first Antenna 36, a second antenna 37, an air sensor 38, a power pack 39 and an update port 40 on.
Die erwähnten Komponenten des Übertragungsmoduls 7 können z.B. ganz oder teilweise auf einer Leiterplatte angeordnet sein. Die Komponenten weisen die erforderlichen Verbindungen untereinander auf. Beispielsweise ist der Rechner 33 mit dem Speicher 34 verbunden. Im Speicher 34 ist ein Computerprogramm gespeichert, auf das der Rechner 33 Zugriff hat. Der Rechner 33 führt zumindest Teile des Computerprogramms aus. Der Rechner 33 hat zudem Zugriff auf die erste Funkschnittstelle 30, die zweite Funkschnittstelle 31 und die dritte Schnittstelle 32, gegebenenfalls über den Präprozessor 35. Über die dritte Schnittstelle 32 kann das Übertragungsmodul 7 mit dem Internet 12 verbunden werden. The components of the transmission module 7 mentioned can, for example, be arranged entirely or partially on a printed circuit board. The components have the necessary connections to each other. For example, the computer 33 is connected to the memory 34 . A computer program to which the computer 33 has access is stored in the memory 34 . The computer 33 executes at least parts of the computer program. The computer 33 also has access to the first radio interface 30, the second radio interface 31 and the third interface 32, if necessary via the preprocessor 35. The transmission module 7 can be connected to the Internet 12 via the third interface 32.
Die erste Funkschnittstelle 30 kann z.B. als Radiomodul ausgebildet sein. Die erste Funkschnittstelle 30 ist mit der ersten Antenne 36 verbunden, die z.B. als OMS-An- tenne ausgebildet sein kann. Die zweite Funkschnittstelle 31 ist mit der zweiten Antenne 37 verbunden, die z.B. als WiFi-Antenne (2,4 GHz) ausgebildet sein kann. Der Luft-Sensor 38 kann verschiedene physikalische Parameter der Umgebungsluft erfassen, z.B. Temperatur, Feuchte und Druck. Beispielsweise kann hierfür ein ent- sprechendes Luftsensor-Modul eingesetzt werden. Der Update-Anschluss 40 erlaubt einen Zugriff auf das Übertragungsmodul 7 z.B. für Servicezwecke, beispielsweise für die Installation neuer Firmware oder für die Einstellung von Parametern. The first radio interface 30 can be designed as a radio module, for example. The first radio interface 30 is connected to the first antenna 36, which can be designed as an OMS antenna, for example. The second radio interface 31 is connected to the second antenna 37, which can be in the form of a WiFi antenna (2.4 GHz), for example. The air sensor 38 can detect various physical parameters of the ambient air, such as temperature, humidity and pressure. For example, a corresponding air sensor module can be used for this. The update connection 40 allows access to the transmission module 7, for example for service purposes, for example for installing new firmware or for setting parameters.
Bezugszeichenliste: Reference list:
1 Gebäude 1 building
2 Wohneinheit 2 residential unit
3 Sensoreinrichtung 3 sensor setup
4 Treppenaufgang 4 staircase
5 Treppenaufgang 5 staircase
6 Treppenaufgang 6 staircase
7 Übertragungsmodul 7 transmission module
8 Übertragungsmodul 8 transmission module
9 Übertragungsmodul9 transmission module
10 Übertragungsmodul10 transmission module
11 Übertragungsmodul11 transmission module
12 Internet 12 Internet
13 Server 13 servers
14 Datenbank 14 database
15 Datennutzer 15 data users
30 erste Funkschnittstelle30 first radio interface
31 zweite Funkschnittstelle31 second radio interface
32 dritte Schnittstelle 32 third interface
33 Rechner 33 calculators
34 Speicher 34 memory
35 Präprozessor 35 preprocessor
36 erste Antenne 36 first antenna
37 zweite Antenne 37 second antenna
38 Luft-Sensor 38 air sensor
39 Netzteil 39 power supply
40 Updateanschluss 40 update port

Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Verfahren zur Bereitstellung von Messdaten von Sensoreinrichtungen in einem Gebäude mittels wenigstens eines Übertragungsmoduls durch drahtlose Datenkommunikation mit folgenden Merkmalen: a) in dem Gebäude wird das wenigstens eine Übertragungsmodul in Funkreichweite der Sensoreinrichtungen installiert und ohne die Notwendigkeit manueller Konfiguration automatisch in Betrieb genommen, b) das in Betrieb genommene Übertragungsmodul nimmt die Messdaten von verschiedenen Sensoreinrichtungen mittels einer ersten Funkschnittstelle des Übertragungsmoduls über ein Messdaten-Übertragungsprotokoll drahtlos auf, c) das Übertragungsmodul überträgt die Messdaten mittels einer zweiten Funkschnittstelle des Übertragungsmoduls drahtlos direkt oder indirekt über eines oder mehrere weitere Übertragungsmodule über das Internet an einen mit dem Internet verbundenen Server, d) der Server entschlüsselt die Messdaten und nimmt sie in eine Messdaten- Datenbank auf. 1 . Method for providing measurement data from sensor devices in a building by means of at least one transmission module by wireless data communication with the following features: a) the at least one transmission module is installed in the building within radio range of the sensor devices and automatically put into operation without the need for manual configuration, b) the The transmission module put into operation receives the measurement data from various sensor devices wirelessly using a first radio interface of the transmission module using a measurement data transmission protocol, c) the transmission module transmits the measurement data wirelessly using a second radio interface of the transmission module, directly or indirectly via one or more further transmission modules via the Internet to a server connected to the Internet, d) the server decrypts the measurement data and enters it in a measurement data database.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Übertragungsmodule eingesetzt werden, mit folgenden Merkmalen: a) in dem Gebäude werden mehrere Übertragungsmodule an verschiedenen Stellen jeweils in Funkreichweite einer dem jeweiligen Übertragungsmodul zugeordneten Gruppe von Sensoreinrichtungen installiert und ohne die Notwendigkeit manueller Konfiguration automatisch in Betrieb genommen, b) die in Betrieb genommenen Übertragungsmodule bilden über ihre jeweilige zweite Funkschnittstelle automatisch ein selbstorganisierendes Mesh-Funknetzwerk, c) jedes Übertragungsmodul nimmt die Messdaten der ihm zugeordneten Gruppe von Sensoreinrichtungen mittels seiner ersten Funkschnittstelle über das Messdaten-Übertragungsprotokoll drahtlos auf, d) jedes Übertragungsmodul überträgt die Messdaten mittels seiner zweiten Funkschnittstelle direkt oder indirekt über eines oder mehrere weitere Übertragungsmodule über das Mesh-Funknetzwerk an ein mit dem Internet verbundenes Übertragungsmodul, e) das mit dem Internet verbundene Übertragungsmodul überträgt die Messdaten über seine Internetverbindung an den mit dem Internet verbundenen Server, f) der Server entschlüsselt die Messdaten und nimmt sie in die Messdaten- Datenbank auf. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Messdaten Verbrauchsdaten des gesamten Gebäudes und/oder einzelner separater Wohneinheiten des Gebäudes und Warnmeldungen aufgenommen werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtungen die Messdaten fortlaufend, auch ohne abgefragt zu werden, verschlüsselt drahtlos aussenden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von einem, mehreren oder allen Übertragungsmodulen jeweils über wenigstens einen eigenen Luft-Sensor wenigstens ein physikalischer Parameter der Umgebungsluft erfasst wird und zusammen mit den Messdaten an den Server übertragen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten über ein MQTT-Protokoll an den Server übertragen werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gebäude wenigstens ein über Funksignale steuerbarer Aktor vorhanden ist, wobei das wenigstens eine Übertragungsmodul Steuerkommandos über die zweite Funkschnittstelle vom Internet direkt oder indirekt über eines oder mehrere weitere Übertragungsmodule empfängt und die Steuerkommandos über die erste Funkschnittstelle an den wenigstens einen steuerbaren Aktor überträgt. Übertragungsmodul für ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Übertragungsmodul folgende Merkmale hat: a) wenigstens einen Rechner, einen Speicher und ein in dem Speicher gespeichertes Computerprogramm, b) eine erste Funkschnittstelle, wobei das Übertragungsmodul dazu eingerichtet ist, die Messdaten von verschiedenen Sensoreinrichtungen mittels der ersten Funkschnittstelle über ein Messdatenübertragungsprotokoll drahtlos aufzunehmen, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner ausgeführt wird, c) eine zweite Funkschnittstelle, wobei das Übertragungsmodul dazu eingerichtet ist, die aufgenommenen Messdaten mittels der zweiten Funkschnittstelle drahtlos direkt oder indirekt über eines oder mehrere weitere Übertragungsmodule über das Internet an einen mit dem Internet verbundenen Server zu übertragen, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner ausgeführt wird, d) wobei das Übertragungsmodul dazu eingerichtet ist, über die zweite Funkschnittstelle benachbarte Übertragungsmodule zu erkennen und mit diesen ein selbstorganisierendes Mesh-Funknetzwerk zu bilden, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner ausgeführt wird. Übertragungsmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmodul dazu eingerichtet ist zu erkennen, ob es mit dem Internet verbunden ist, und wenn es mit dem Internet verbunden ist, die von anderen Übertragungsmodulen des Mesh-Funknetzwerks empfangenen Messdaten über seine Internetverbindung an den Server zu übertragen, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner ausgeführt wird. Übertragungsmodul nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmodul wenigstens einen Luft-Sensor zur Erfassung eines physikalischen Parameters der Umgebungsluft hat, wobei das Übertragungsmodul dazu eingerichtet ist, Sensordaten des wenigstens einen Luft-Sensors mittels der zweiten Funkschnittstelle direkt oder indirekt über eines oder mehrere weitere Übertragungsmodule über das Internet an den Server zu übertragen, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner ausgeführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that several transmission modules are used, with the following features: a) several transmission modules are installed at different points in the building, each within radio range of a group of sensor devices assigned to the respective transmission module, and automatically without the need for manual configuration put into operation, b) the transmission modules put into operation automatically form a self-organizing mesh radio network via their respective second radio interface, c) each transmission module wirelessly records the measurement data from the group of sensor devices assigned to it using its first radio interface via the measurement data transmission protocol, d) each transmission module transmits the measurement data using its second radio interface directly or indirectly via one or more further transmission modules via the mesh radio network to a transmission module connected to the Internet, e) the transmission module connected to the Internet transmits the measurement data via its Internet connection to the server connected to the Internet, f) the server decrypts the measurement data and includes them in the measurement data database. Method according to one of the preceding claims, characterized in that consumption data of the entire building and/or individual separate residential units of the building and warning messages are recorded as measurement data. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor devices continuously transmit the measurement data in an encrypted, wireless manner, even without being queried. Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one physical parameter of the ambient air is recorded by one, several or all transmission modules via at least one dedicated air sensor and is transmitted to the server together with the measurement data. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement data are transmitted to the server via an MQTT protocol. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the building at least one actuator controllable via radio signals is present, the at least one Transmission module receives control commands via the second radio interface from the Internet directly or indirectly via one or more further transmission modules and transmits the control commands via the first radio interface to the at least one controllable actuator. Transmission module for a method according to one of the preceding claims, wherein the transmission module has the following features: a) at least one computer, a memory and a computer program stored in the memory, b) a first radio interface, the transmission module being set up to transmit the measurement data from different Record sensor devices wirelessly using the first radio interface via a measurement data transmission protocol when the computer program is running on the computer, c) a second radio interface, the transmission module being set up to wirelessly record the measurement data using the second radio interface directly or indirectly via one or more further transmission modules to transmit over the Internet to a server connected to the Internet when the computer program is executed on the computer, d) the transmission module being set up to transmit adjacent transmissions over the second radio interface to recognize communication modules and to form a self-organizing mesh radio network with them when the computer program is executed on the computer. Transmission module according to claim 8, characterized in that the transmission module is set up to recognize whether it is connected to the Internet and if it is connected to the Internet, the measurement data received from other transmission modules of the mesh radio network via its Internet connection to the server to be transmitted when the computer program is run on the computer. Transmission module according to Claim 8 or 9, characterized in that the transmission module has at least one air sensor for detecting a physical parameter of the ambient air, the Transmission module is set up to transmit sensor data from the at least one air sensor using the second radio interface directly or indirectly via one or more further transmission modules via the Internet to the server when the computer program is running on the computer.
22 22
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