Das Internet der Dinge ist sowohl aus der Geschäftswelt als auch aus dem privaten Bereich nicht mehr wegzudenken. Wir bei ECBM treiben die sinnvolle Nutzung dieser Technologien weiter voran. Dabei nutzen wir gerne und aus gutem Grund Open Source Plattformen in IoT Projekten. Wir haben zuvor darüber geschrieben, warum Open Source IoT wichtig ist und wie Open Source IoT Plattformen langfristig zum Erfolg führen.
Heute wird es praktisch. Sie fragen sich, wie ein solches Open Source IoT Projekt in Aktion aussieht? Das zeigen wir Ihnen in diesem Artikel. Lernen Sie, wie die Open Source IoT Plattformen ChirpStack, ThingsBoard und Grafana in einem Projekt, das die ECBM zusammen mit einem Energieversorgungsunternehmen durchgeführt hat, zum Einsatz kommen.
Das Projekt
Zusammen mit einem unserer Kunden aus der Energieversorgung haben wir ein LoRaWAN Netzwerk aufgebaut. Dieses erschließt sowohl das Stadtgebiet, in dem das Unternehmen sitzt, als auch angrenzende Städte. Der Hauptgrund für den Aufbau dieses Netzwerkes ist, diverse auf LoRaWAN basierende Anwendungsfälle zu realisieren. Ein spannendes Projekt ist die Überwachung von Technikräumen durch Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren. Solche Sensoren helfen dabei, Überlastung des technischen Equipments durch Temperaturschwankungen frühzeitig zu erkennen und zu beheben.
In einem Technikraum steigt aufgrund der Serverschränke, die schon durch ihren normalen Betrieb Abwärme produzieren, die Temperatur. Im Sommer – wegen der natürlichen warmen Außentemperaturen – ist mit noch mehr Hitze in den Räumen zu rechnen. Damit die Server nicht zu heiß werden, werden Klimaanlagen eingesetzt. Verliert eine Klimaanlage jedoch Wasser, ist sie defekt. Gemeinsam mit dem Kunden haben wir Sensoren, Dashboards und Benachrichtigungen implementiert, um hier ein Frühwarnsystem umzusetzen.
Im Sommer 2020 begann das Projekt “Technikraumüberwachung”. In den Räumen wurden Temperatur- und Leckagesensoren eingebaut, die messen, ob Wasser austritt. So erkennt der Sensor sofort, wenn eine Klimaanlage nicht mehr einwandfrei funktioniert, und verhindert gleichzeitig, dass zu große Mengen ausgetretenes Wasser die Serverschränke gefährden.
In diesem konkreten Fall kommen die Open Source IoT Plattformen ChirpStack, ThingsBoard und Grafana zum Einsatz. Die genauen Anwendungen der einzelnen Dienste stellen wir Ihnen im Folgenden vor.
ChirpStack? Hat das etwas mit Vögeln zu tun?
Nein, Chirpstack ist ein LoRa Netzwerk Server, oder auch LNS. In einem LoRaWAN Netz sind Gateways dafür zuständig, die Daten von Sensoren in ihrer Nähe zu empfangen und weiterzuleiten. In unserem konkreten Anwendungsfall bedeutet das, dass die Sensoren in den Technikräumen die Temperatur und/oder den Austritt von Wasser messen und die Messwerte an die Gateways senden, welche sie wiederum über Mobilfunk oder LAN an den Server übermitteln. ChirpStack ist die Software auf diesem Server, die eine ganze Menge Verantwortung hat. Zunächst wird überprüft, ob die Nachrichten von berechtigten Geräten und authentisch sind. Sicherheit spielt hier natürlich eine große Rolle, und der LNS ist dafür zentral. Dann entschlüsselt ChirpStack die Metadaten und stellt fest, zu welcher Anwendung die Nachricht gehört – dort leitet er sie dann hin. Die zuständige Anwendung auf ChirpStack entschlüsselt in der Regel die Nachrichten mittels gerätespezifischer Decoder und stellt sie für die Weiterverarbeitung bereit, in unserem Beispiel durch ThingsBoard. Mit ChirpStack werden also die registrierten Endgeräte, Gateways, Nutzer und Anwendungen verwaltet. Somit ist es ein wichtiges Tool in unserem LoRaWAN Anwendungsfall zur Technikraumüberwachung bei Energieversorgungsunternehmen.
Da ChirpStack eine Open Source Plattform ist, kann sie bei Bedarf an eigene Anforderungen angepasst werden. Das war in diesem Fall aber nicht nötig, weswegen wir ChirpStack bei diesem Projekt so verwenden, wie es angeboten wird – also ohne den Quellcode verändert zu haben.
ThingsBoard – Visualisierung der Daten in Dashboards
ThingsBoard ist die sichtbarere Plattform, mit der wir ganz individuell auf den Kunden abgestimmte Dashboards entwickelt haben. Diese Dashboards dienen dazu, den zuständigen Personen einen Überblick zu verschaffen, wie die Temperatur bzw. Feuchtigkeit in den einzelnen Technikräumen zum jeweiligen Zeitpunkt ist. Der Kunde hat so die Möglichkeit, immer alle Räume auf einen Blick überprüfen zu können. Denn auf dem Dashboard haben wir die Farben Rot und Grün eingesetzt, um auch visuell schnell sichtbar zu machen, falls ein Raum nicht die richtige Temperatur hat bzw. Wasser austritt.
Die zuständige Person kann aber noch mehr Informationen über die Dashboards einsehen. Ist ein Raum mit der Farbe Rot gekennzeichnet, werden durch einen Klick auf den entsprechenden Raum zusätzliche Informationen, wie der Standort des Raums und das genaue Problem, sichtbar. Außerdem kann sich der/die Mitarbeiter*in in einer Grafik die aktuellen Daten oder den historischen Verlauf der Temperatur- bzw. Feuchtigkeitswerte anzeigen lassen.
Eine weitere Funktion von ThingsBoard, die wir auch bei dem Projekt “Technikraumüberwachung” einsetzen, ist das Senden von Benachrichtigungs-E-Mails, sobald die Werte problematisch sind. Für jeden Technikraum gibt es zugewiesene Mitarbeiter*innen, die verantwortlich für die Überwachung sind. Falls der Temperatur- und/oder Feuchtigkeitswert nicht innerhalb der festgelegten Bandbreite liegt, erhält die zuständige Person eine E-Mail mit einer Warnung, dass im entsprechenden Technikraum ein Fehler vorliegt. Durch die genaue Identifizierung des Raumstandortes und des schnellen Warnsignals kann der/die Verantwortliche schnell handeln und kompletten Ausfällen vorbeugen.
Grafana – Ein Tool fürs Monitoring
Grafana ist ein Open Source Tool für die Überwachung (Monitoring). Wir setzen es ein, um die aufgebaute IoT Architektur überwachen zu können. Grafana ermöglicht uns, frühzeitig Meldungen über Probleme oder Fehler bei den einzelnen Bestandteilen des gesamten Systems zu bekommen. Das heißt, sobald ein Gateway, ein Sensor oder eine Plattform ausfällt bzw. nicht richtig funktioniert, bekommen unsere Spezialist*innen Bescheid und können den Fehler beheben. Dadurch garantieren wir unseren Kund*innen, dass die IoT Architektur und, in diesem konkreten Beispiel, die Überwachung der Technikräume einwandfrei funktioniert.
Bei Grafana haben wir ähnlich wie bei ThingsBoard Dashboards erstellt, um genau diese Überwachung der Geräte und Plattformen vornehmen zu können. Die Dashboards zeigen die Uptimes der einzelnen Bestandteile der IoT Architektur an. Daraus können wir ablesen, wie gut diese funktionieren. Das wird zum einen durch Prozentzahlen angezeigt, aber zum anderen auch durch die Farben Rot, Gelb und Grün. So haben wir immer einen genauen Überblick über die Funktionstüchtigkeit der gesamten IoT Architektur, die wir bei dem Energieversorger aufgebaut haben.
Aber auch der Kunde selbst kann Grafana nutzen. Interne Projektleiter*innen setzen es ein, um die Empfangsstärke der Sensoren zu überprüfen. Diese Testvorgänge unterstützen wiederum den Betrieb des gesamten IoT Projekts.
Fazit
Das Projekt “Technikraumüberwachung durch IoT” ist ein Beispiel für einen erfolgreichen Open Source IoT Anwendungsfall. Denn der Einsatz der Sensoren half bereits, einige Ausfälle von Klimaanlagen frühzeitig zu erkennen und somit Serverausfälle zu vermeiden. Nach wie vor funktioniert die eingesetzte IoT Architektur sehr gut und liefert die erwarteten Ergebnisse.
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