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Expertenbeitrag

Jürgen Kern

Jürgen Kern

CEO, NetModule AG

Güterverfolgung

Einfache Kontrolle des Transportguts mit Asset Tracking

| Autor/ Redakteur: Jürgen Kern / Sebastian Human

Mit dem IIoT halten neue Technologien wie Cloud Computing, Industrial Data Analytics und Mobility auch in Logistik- und Transportunternehmen Einzug. Erste intelligente Lösungen bewähren sich bereits im Einsatz – beispielsweise ein Asset Tracking, um Güter weltweit im Blick zu behalten.

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Asset Tracking: kosteneffektiv und ortsunabhängig dank Bluetooth LE und Cloud
Asset Tracking: kosteneffektiv und ortsunabhängig dank Bluetooth LE und Cloud
( Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Neben der Transparenz und Kosteneffektivität spielt die Rückverfolgbarkeit über die gesamte Supply Chain eine Schlüsselrolle in Logistikprozessen. Mit modernen Konnektivitätslösungen können Transportunternehmen ihre Logistikvorgänge sehr kosteneffizient und transparent gestalten sowie diese sicht- und rückverfolgbar machen - auch zu einem späteren Termin. Im Fall des Falles lassen sich etwaige Transportschäden damit auch zu einem späteren Zeitpunkt noch nachweisen. Eine solche Lösung zur Güterverfolgung hat der NetModule gemeinsam mit einem Kunden entwickelt.

Die Vorgaben an eine entsprechende Lösung zur Güterverfolgung sind meist einfache Installation, Möglichkeit zur Sammlung kundenspezifischer Daten, kabellose Übertragung in eine Zentrale und Warnmeldungen in Echtzeit. Eine Fernwartung wegen entfernter Standorte, größtmögliche Zuverlässigkeit und optimale Netzabdeckung bei größtmöglicher Kosteneffizienz kommen als weitere Anforderungen hinzu.

Systemkomponenten

Konkret sollen Lieferungen auf dem Transportmittel und im Lager kontrolliert werden. An den Ladungen angebrachte kleine sogenannte ‚Smart Tags‘ senden über Funk eindeutige Kennungen. Diese batteriebetriebenen Wegbegleiter, die in verschiedenen Ausführungen existieren, enthalten unterschiedliche Sensoren, die je nach Transportgut (beispielsweise verderbliche Ware, sensible Technik, Maschinenteile, Fahrzeuge) eingesetzt werden. Je nach anwendungsspezifischer Anforderung messen sie relevante Werte, beispielsweise Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Erschütterungen, aktuelle Position und vieles mehr.

Das Gegenstück zum Auslesen und Übertragen der Daten an einen zentralen Server oder in ein übergeordnetes ERP-System ist der sogenannte ‚Tag Finder‘, in dieser Lösung ein spezieller Industrial Router, der als IoT-Gateway agiert. Positioniert wird er an Schlüsselstellen auf dem Transportmittel (Zug, LKW, Schiff) und im Lager, an denen der Warentransport beim Ein- und Ausladen vorbeifährt. Wahlweise im IP40 oder IP65 Gehäuse lässt er sich im Innen- und Außenbereich einsetzen und hält mechanischen und thermischen Belastungen stand. Dabei braucht er dank hochkompakter Abmessungen (110x85x32 mm) kaum Platz. Auf dem Tag Finder kann der Kunde sein spezifisches Anwendungsprogramm direkt in einen LXC-Container installieren, wo es parallel und isoliert zur Router-Software läuft.

Bei der Funktechnologie für die Smart Tags und den Tag Finder fiel die Wahl auf Bluetooth Low Energy. BLE punktet mit geringem Stromverbrauch, darum müssen die Sender erst nach einigen Jahren ausgetauscht werden. Kommt die mit dem Smart Tag gekennzeichnete Ware in einen Umkreis von 10 bis 20 Metern, liest der Tag Finder diese automatisch aus.

Vorteile und Technologie von BLE

BLE bezeichnet die energie-effiziente Variante des Funkstandards Bluetooth, die speziell für das IoT entwickelt wurde.

Durch den niedrigen Energieverbrauch ist es der optimale Funkstandard für Geräte, die über längere Zeit mit einem sehr kleinen Energievorrat auskommen müssen. Weil die Datenübertragung auch verbindungslos erfolgen kann, eignet sich BLE für alle Einsatzbereiche, die einen drahtlosen, energiesparenden und unkomplizierten Datenaustausch brauchen.

BLE arbeitet auf dem 2.4 GHz ISM-Band und hat je nach Umgebung eine Reichweite von circa 10 - 20 Metern. Die Kommunikation zwischen zwei BLE-Geräten kann entweder verbindungslos oder verbindungsorientiert erfolgen. Im Wesentlichen nutzt BLE für die Datenübertragung die zwei Profile GAP (Generic Access Profile) und GATT (Generic Attribute Profile).

GAP kontrolliert das sogenannte Advertising (Aufmerksamkeitshinweise) und den Verbindungsaufbau zwischen Geräten. GAP macht also ein Gerät gegenüber anderen sichtbar und regelt die Interaktion von Geräten. Nach GAP können die Geräte zwei Rollen einnehmen:

  • Peripheral (Sender): Meist kleine Geräte wie Sensoren, die ihre Daten an leistungsstärkere Geräte senden.
  • Central (Empfänger): Sie scannen die Umgebung nach Advertisements ab, um diese danach zu verarbeiten.

Ein Peripheral kann sich in einem bestimmten Zeitintervall immer wieder bemerkbar machen, indem es seine Advertising-Daten (eine ID oder Ähnliches) verschickt. Sendet ein Peripheral seine Daten, können Centrals zuhören, darauf reagieren und weitere Daten anfordern und diese bei Interesse weiterverarbeiten - so entsteht die sogenannte Broadcasting-Topologie.

Ein Central Device kann Verbindungsanfragen an mehrere Peripherals senden. Sind zwei Geräte schließlich verbunden, werden vom Peripheral keine Advertisements mehr gesendet und es bleibt für alle anderen Centrals verborgen und GATT kommt zum Einsatz. Mit GATT werden nach dem Verbindungsaufbau Daten in beide Richtungen ausgetauscht. Im sogenannten Connection Intervall, das beim Verbindungsaufbau ausgehandelt wurde, fragt das Central das Peripheral immer wieder, ob neue Daten vorliegen.

Schnell, einfach und sicher

In der vorhandenen Lösung sollen die Sensordaten an einen zentralen Server zur weiteren Bearbeitung übertragen werden – dies erfolgt typischerweise mittels WLAN oder via Ethernet über einen VPN-Tunnel, zudem kann der Kunde die Daten auch direkt in ein ERP-System senden. Bei entfernt stationierten Tag Findern erfolgt die Datenübertragung über ein 3G/4G Mobilfunknetz. Dies ermöglicht zusätzlich unter anderem die Steuerung per Remote aus dem Rechenzentrum und die ausfallsichere Ausführung von Firmware- und Konfigurationsupdates. Die Integration in ein Netzwerkverwaltungssystem erfolgt über die integrierte SNMP-Schnittstelle.

Intelligente Konnektivitätslösungen erlauben das weltweite Asset Tracking und sind kosteneffizient und transparent.
Intelligente Konnektivitätslösungen erlauben das weltweite Asset Tracking und sind kosteneffizient und transparent.
( Bild: NetModule )

Angesichts von Cyberkriminalität spielt die Sicherheit eine Schlüsselrolle, insbesondere bei wertvollen Warentransporten. Hier bietet eine gute Router-Software viele VPN-Funktionen zur sicheren Verbindung mit entfernten Standorten der Tagfinder. Zu den verfügbaren Protokollen zählen unter anderem OpenVPN und IPsec. Ausgelesene Sensordaten werden verschlüsselt über VPNs (Virtuelle Private Kanäle) übertragen und Firewalls sichern den Zugang zu den Tag Findern und dem Server.

Für zusätzlichen Schutz vor oft genutzten Angriffsmethoden nutzt die Software des Tagfinders keine Standardpasswörter oder –zugangsdaten. Stattdessen muss beim ersten Start-up des Geräts das Aministrationspasswort manuell eigegeben werden, womit das Root-Passwort automatisch festgelegt ist. Erst danach kann der Web-Manager weitere User mit entsprechenden Berechtigungen erstellen. Als weitere Sicherheitsmaßnahme enthält die Software keine festcodierten Schlüssel oder Zertifikate. Stattdessen muss der Kunde diese beim Konfigurieren des Geräts zur Sicherstellung von Diensten (z.B. HTTP- und SSH-Server) oder zur Implementierung von Authentifizierung und Verschlüsselung (z.B. für VPN-Tunnel und WLAN-Clients) explizit erstellen. Wenn dem Kunden dies nicht ausreicht, kann er auch später die Schlüssel mithilfe eines externen RNG (Random Number Generator)-Geräts erstellen oder alle Zertifikate insgesamt auf einem Remote Zertifizierungsserver verwalten – so erhält er eine noch stärkere kryptografische Absicherung.

Quintessenz

Anforderungsliste voll erfüllt - eine solche Konnektivitätslösung mit automatischer Kommunikation via BLE stellt dem Kunden ein extrem robustes Asset Tracking zur Verfügung, das mehrere Vorteile bündelt:

  • niedriger Stromverbrauch
  • keine Verkabelung und keine Lesegeräte
  • kundenspezifische Konfiguration
  • Steuerung per Fernzugriff
  • schnelle und sichere Datenübertragung
  • Überwachung des Transports via Internet in Echtzeit

Damit kann er nicht nur die Transportbedingungen belegen und nachweisen, sondern auch seine Transporte selbst effizienter gestalten.

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Über den Autor

Jürgen Kern

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CEO, NetModule AG

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