Entwicklung intelligenter Zähler – IoT-Technologie für umweltfreundliche Lösungen

Die Vereinten Nationen schätzen, dass weltweit fast zwei Milliarden Menschen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser haben. Besonders beunruhigend dabei: Fast die Hälfte aller Menschen auf der Welt leiden zeitweise unter erheblichem Wassermangel – eine Krise, die sich mit fortschreitendem Klimawandel und Bevölkerungswachstum noch verschärfen dürfte.

Angesichts ökologischer Herausforderungen, geopolitischer Dynamiken und ökonomischen Zwängen sind Unternehmen gefordert, Ressourcen zugleich möglichst praktikabel, kosteneffizient und nutzerzentriert zu nutzen. Weltweit möchten daher öffentliche Institutionen als auch private Organisationen urbane Räume in sogenannte Smart Cities transformieren. Dieses zukunftsweisende Konzept setzt auf die Sammlung und Verwertung von Daten über Bürger, Fahrzeuge und Geräte, um Ressourcen effektiv zu steuern. Software Mind hat dabei mit seinen IT-Ingenieuren Telekommunikations- und Energieversorgern dabei geholfen, genau diese Ressourceneffizienz zu erreichen – und hier erfahren Sie, wie das gelungen ist.

Kombination von eingebetteten und IoT-Technologien für eine digitale Transformation

Ein Unternehmen musste auf sich verändernde Märkte und Kundenbedürfnisse nicht nur reagieren, sondern sie voraussehen. Deshalb ging es die Umsetzung des Internets der Dinge (IoT) gezielt an. Dafür beauftragte es Spezialisten und Ingenieure von Software Mind, um diese digitale Transformation in die ganz konkrete Realität zu überführen. Projekt gelungen: Heute kann das Unternehmen seinen Versorgungspartnern hochwertige IoT-Geräte und eingebettete Systeme einschließlich intelligenter Messlösungen zur Verfügung stellen.

Das Problem, das unsere Experten für Embedded Services lösen mussten

Das Unternehmen stand vor einer schwierigen Herausforderung – es verzeichnete in einer Stadt bisher unkontrollierbare und schwer vorhersehbare Wasserverluste. Die Schwierigkeit lag dabei in der Erfassung konkreter Daten. Denn die Wasserzähler in der ganzen Stadt erschwerten ein effizientes Ablesen. Die Lösung lag in einer zentralen Telemetrie, die regelmäßig und zuverlässig Daten von allen Zählern sammelt. Die Überwachung konzentrierte sich auf die Hauptwasserzähler, die oft tief unter der Erde in Schächten liegen. Metallklappen, die die Zähler abdecken, blockierten jedoch die Funksignale – und eine externe Stromversorgung war nicht verfügbar. Software Mind sollte daher eine Lösung entwickeln, die sich in die bestehenden Wasserzähler integrieren ließ – eine Lösung, die angesichts der robusten Infrastruktur mindestens ein Jahrzehnt Bestand haben sollte.

Die von unseren Embedded-Software-Spezialisten entwickelte intelligente Lösung

Zu Beginn führten unsere Embedded-Ingenieure eine Machbarkeitsstudie durch und organisierten mit dem Kunden einen Workshop, um gemeinsam mögliche Lösungen zu diskutieren. Nach Prüfung der verfügbaren drahtlosen Technologien entschieden wir uns für die damals innovative 4.5G IoT-Technologie, auch bekannt als NB-IoT. Diese Technologie bietet eine bessere Signalpenetration und einen geringeren Stromverbrauch. Mit ihrer Hilfe gelang es uns, IoT-Gateways zu installieren und batteriebetriebene Geräte zu verwenden, die Daten auch aus Metallschächten zuverlässig übermitteln. Ein zentraler Aspekt war die Nutzung von Industriestandardprotokollen, um Verbrauchs- und Wartungsdaten von unterschiedlichen Zählern zu erfassen.

Bei der Erstellung eines Prototypen und den ersten Testläufe legten unsere Ingenieure besonderen Wert auf einen effizienten Energieverbrauch – ein entscheidender Faktor für die Batterielaufzeit der Geräte. Tests mit Simulatoren und Prototypen führten zu einer Optimierung der Kommunikation des IoT-Gateways. Statt die Daten lokal zu sammeln und zu verarbeiten, wurden diese nun roh mittels CoAP an einen EDGE-Service übermittelt. Damit reduzierte sich das Datenvolumen, das über NB-IoT gesendet wurde, um das Zehnfache. Diese Methode vereinfachte auch die Wartung und Unterstützung erheblich: Updates des Dekodierungsalgorithmus ließen sich nun remote auf dem EDGE-Server durchführen, anstatt für jeden neuen Zählertyp Wartungsteams vor Ort zu schicken.

Unsere Embedded-Experten leisteten umfangreiche Unterstützung in mehreren Schlüsselbereichen:

• Sie organisierten einen Workshop, um die passenden Technologien auszuwählen, die zu den Geschäftsanforderungen unseres Kunden passen.
• Sie fanden ein Referenzgerät, das Daten von unterschiedlichen Zählern ablesen und effizient drahtlos übermitteln kann.
• Sie prüften, welche Modifikationen am Referenzgerät nötig waren, damit es sich in das vorhandene Telemetrie-Netzwerk einfügen lässt.
• Sie modifizierten den Kommunikationsprozess und die Protokolle für eine Übertragung mit sehr niedrigem Energieverbrauch, basierend auf CoAP.
• Sie verbesserten den Kommunikationszyklus für stündliche Übertragungen und implementierten eine lokale Speicherfunktion für Messdaten, falls die Übertragung temporär ausfällt, die bei Bedarf mehrere Tage aktiv sein kann.
• Sie richteten einen Edge-Service ein, der Datenrahmen dekodiert und in die Cloud sendet, um die Kompatibilität mit Zählern verschiedener Hersteller zu gewährleisten, auch wenn diese eigene Protokollvarianten verwenden.

Prozessablauf der Smart-Meter-Lösung:

1. Auslesen von Zählerrohdaten

2. Senden von Rohdaten (geringes Gewicht/geringe Leistung)

3. Dekodierung im EDGE-Dienst

4. Übertragung der dekodierten Daten in ein Cloud- und HEM-System

Die Ergebnisse des Projekts überzeugten:

• Software Mind reduzierte den Energieverbrauch der IoT-Gateways um circa 30%.
• Wir verringerten die Größe der übertragenen Daten von etwa 2 Kilobytes auf nur 200 Bytes pro Ablesung.
• Die Batterielaufzeit der Geräte verlängerte sich auf bis zu 10 Jahre.
• Die Kompatibilität und Wartungseffizienz der Zählersysteme verbesserte sich deutlich.

Eine Lösung, die Ergebnisse liefert

Der Proof-of-Concept erwies sich als voller Erfolg: Unsere Experten für Embedded-Systeme konnten eine Lösung live schalten, die in puncto Datendichte und Präzision überzeugende Ergebnisse erzielte. Entsprechend begann das Versorgungsunternehmen mit der Implementierung unserer Smart-Metering-Technologie in einer der bedeutendsten Metropolen des Nahen Ostens. Seit dem Projektstart wurden bereits mehrere Tausend Wasserzähler erfolgreich mit unserer innovativen Smart-Metering-Lösung verbunden.

Unternehmen weltweit und quer durch alle Industriezweige setzen immer stärker auf die Expertise von Embedded-Software-Teams, um fortschrittliche Technologien wie das Internet der Dinge (IoT), Künstliche Intelligenz (KI) und Cloud-Dienste zu nutzen. Diese Technologien sollen die operative Effizienz steigern, mehr Kunden erreichen und neue Einkommensströme generieren. Der Trend in Richtung Embedded Software zeigt auch das global steigende Interesse an eingebetteter Software. Global Market Insights berichtet, dass der Markt im Jahr 2022 ein Volumen von über 15 Milliarden US-Dollar erreichte und zwischen 2023 und 2032 eine jährliche Wachstumsrate (CAGR) von mehr als 9% aufweisen wird.

Möchten Sie wissen, ob unser Embedded-Team solch ein Projekt für Ihr Unternehmen durchführen kann? Nehmen Sie Kontakt auf, indem Sie das untenstehende Formular ausfüllen. Unsere Experten freuen sich darauf, mit Ihnen die spezifischen Bedürfnisse Ihres Unternehmens zu besprechen und maßgeschneiderte Lösungen für Ihre Ziele zu finden.