Standpersonalfinder

Selbstorganisierende Netzwerke

Standpersonal der Embedded World 2005 mit Badges (kleinen Funkknoten) zur Lokalisierung.

Anzeige des Standpersonalfinders zur Embedded World 2005.

Mit dem Standpersonalfinder des Fraunhofer IIS kann in Gebäuden oder auf Messeständen der Status von Mitarbeitern festgestellt und ihr Aufenthaltsort bestimmt werden.

Der Messestand oder der Gebäudeteil wird mit festen Ankerknoten ausgestattet, die ihre Position kennen und aussenden. Die genaue Anzahl ist von der jeweiligen Raumbeschaffenheit abhängig. Jeder Mitarbeiter wird mit einem kleinen Funkknoten versehen.

Die Anker- und Funkknoten organisieren sich selbstständig zu einem Multi-Hop-Netzwerk. In regelmäßigen Zeitabständen senden die Funkknoten ihre Identifikation und andere Informationen an einen zentralen Knoten, der sich z. B. an einer Infotheke oder am Empfang befinden kann. Solange der Funkknoten des Mitarbeiters im Empfangsbereich ist, wird der Träger als anwesend in einer Anwesenheitsliste registriert.

Von der Zentrale können Informationen oder Abfragen an ausgewählte Mitarbeiter geschickt werden. So kann der Träger eines Funkknotens z.B. per Alarm informiert werden, dass ein Besucher nach ihm gefragt hat.

Lokalisierung

Um den Standort eines Mitarbeiters zu bestimmen, wird zunächst eine Lokalisierungsabfrage an den Funkknoten der gesuchten Person geschickt, der als Antwort darauf ihre ermittelte Position zurücksendet.

Der Funkknoten lokalisiert sich selbstständig im Sensornetz über die in direkter Nachbarschaft befindlichen Ankerknoten und einer Bewertung der Feldstärke-Werte (RSSI) der von den Ankerknoten empfangenen Signale.

Eigenschaften

• Realisierung einer Anwesenheitsliste über Multi-Hop-Kommunikation und dynamisches Routing
• Lokalisierung des Personals über die Ankerknoten in direkter Nachbarschaft und eine RSSI-Bewertung
• Genauigkeit von 2,5m auf einem Messestand von 10m x 8m mit 8 Ankerknoten
• Frequenz: 868 MHz
• Sendeleistung: <5dBM (je nach Umgebungsbeschaffenheit)

Smart Metering

Zählerablesung durch Sensornetzwerke − drahtlos und kostengünstig

Während bislang zum drahtlosen Auslesen von Haushaltszählern jeder einzelne Zähler ein GSM-Modul benötigte, können Zähler nun mit der VERISM-Lösung der Veraut GmbH mit einfachen und kostengünstigen Funkknoten bestückt werden. Diese übermitteln die Daten drahtlos an einen Masterknoten, der sie gesammelt über die Stromleitung mittels PLC (power-line-communication) oder GSM/GPRS an einen Zentralserver weiterschickt.
Diese Netzwerklösung lässt auch eine bidirektionale multi-hop Kommunikation zu. Anweisungen oder Befehle (z. B. Übertragung neuer Tarife, Schließen des Ventils) können an einzelne Zähler über mehrere Funkknoten weitergegeben werden.

Anpassungsfähige Hard- und Software

Softwarebasis dieser Systeme ist ein energiesparendes Protokoll, das so genannte "Slotted Mac" des Fraunhofer IIS. Die dazugehörige Hardware wurde ebenfalls von uns für den energiesparenden Einsatz optimiert. Der Sensorknoten ist klein und lässt sich an kundenspezifische Sensorlösungen anpassen.

Die wichtigsten Eigenschaften des Hard- und Softwarebaukasten des Fraunhofer IIS:

• miniaturisierte Hardwareplattformen
• stromsparendes Vernetzungsprotokoll für eine bidirektionale multi-hop Kommunikation
• selbstorganisierendes Netzwerk
• schneller Datentransport durch das Netzwerk

Diese innovative Technologie wurde von der die österreichischen Firma VERAUT − Verfahrens- und Automationstechnik GmbH lizenziert, um damit ihre VERISM Produktreihe zu entwickeln. Das in Linz ansässige Unternehmen stellt u.a. Datenlogger und Übertragungsgeräte für die Erfassung des Gas-, Wasser- und Wärmeverbrauchs her. VERAUT setzt die Fraunhofer-Technik bereits in Pilotprojekten für die Oberösterreichische Ferngas, die Linz AG und die Wiener Energie GmbH ein.

Leistungsmerkmale der VERISM-Lösung

Die batteriebetriebenen VERSIM-Module übertragen den Zählerstand und den Status über ein selbstkonfigurierendes 868MHz-Funknetz an einen Masterknoten bzw. Datenkonzentrator (z.B. intelligenter Stromzähler), der sie gesammelt über die Stromleitung mittels PLC (power-line-communication) oder GSM/GPRS an einen Zentralserver weiterschickt. Die wichtigsten Leistungsmerkmale:

• jedes VERISM Modul kann im Netzwerk als Repeater dienen, wird der Datenkonzentrator nicht direkt erreicht, werden die Daten über die anderen VERISM-Module weitergeleitet
• das stromsparende Protokoll der Fraunhofer IIS erlaubt eine Betriebszeit von bis zu 12 Jahren
• die Lösung erlaubt eine bidirektionale Kommunikation, so können Anweisungen und Befehle direkt an einen einzelnen Zähler gesendet werden

Dienstleistungsangebot

Die am Fraunhofer IIS entwickelte s-net®-Technologie für drahtlose Sensornetze steht als Basis für kundenspezifische Projekte und Systemlösungen zur Verfügung. Wir bieten Ihnen alle Kompetenzen, die für eine vollständige kundenspezifische Systemlösung nötig sind.
Vom Schaltungs- und Antennendesign über modulare Protokollstacks – die für jede Anwendung optimal zusammengestellt werden – bis hin zu Anwendungssoftware, Benutzeroberflächen, Energie Management oder Netzwerkübergängen können wir alle Kundenwünsche berücksichtigen.

• Informationsflyer Smart Metering [ PDF 117KB ]
• Pressemitteilung "Smart Metering – Intelligente Zähler ohne Batterie und ohne Kabel" [ PDF 157KB ]

OPAL-Health

Optimierte und sichere Prozesse in Kliniken

Im Gesundheitswesen herrscht hoher Kostendruck – Tendenz steigend. Für Kliniken bedeutet das, dass sie ihre Ressourcen zukünftig noch effizienter nutzen müssen. Das Fraunhofer IIS hat nun ein System zur drahtlosen Ortung und Umfeldüberwachung für medizinische Geräte und Blutkonserven entwickelt: Mit »OPAL-Health« wird das Gerätemanagement erleichtert – und die Sicherheit in der Transfusionsmedizin erhöht.

Verbesserte Prozesse im Klinikalltag

Transport, Lagerung und Nutzung medizinischer Geräte wie z. B. mobiler EKGs lassen sich mit Hilfe von »OPAL-Health« lückenlos nachverfolgen und dokumentieren. Das Gerätemanagement wird auf diese Weise erheblich erleichtert: Überkapazitäten werden erkannt, die Kostenrechnung wird transparenter und einfacher, Verwaltung und Planung effizienter. Nicht zuletzt ermöglicht das System Schutz vor Diebstahl oder Manipulation.

»Smart Objects« im Asset Management − Selbstorganisierte kleine Helfer

Der Begriff „Smart Objects“ steht für intelligente Objekte, die Informationen erfassen, speichern und mit ihrer Umgebung interagieren können. Basis der Smart Objects von OPAL-Health ist die s-net® Protokolltechnologie des Fraunhofer IIS für drahtlose, energiesparende Sensornetzwerke.

Die einzelnen Sensorknoten bilden hierbei ein aktives Funksystem, sammeln und ermitteln permanent Informationen wie z. B. Position und Temperatur, speichern diese und melden sie an ein zentrales Krankenhausinformationssystem. Durch die eigene Intelligenz auf den Sensorknoten können Entscheidungen direkt vor Ort ohne zentralen Server getroffen werden, vor allem beim Matching von Blutkonserve zu Patient ist dies von entscheidender Bedeutung.

Smart Objects können selbstständig aktiv werden und so z.B. kritische Zustände melden. Im Unterschied dazu sind RFID Tags auf die Aktivierung durch ein Lesegerät angewiesen. Für diese Aktivierung senden RFID-Lesegeräte mit hohen Sendeleistungen. Die s-net-Technologie sendet mit einer deutlich geringeren Leistung. Das elektromagnetische Feld lässt sich so auf ein Minimum reduzieren, wodurch störende Interferenzen vermieden werden: Für ein Anbringen an medizinischen Geräten und einem Einsatz in deren Nähe ganz besonders wichtig.

Die neu entwickelte Technologie verhilft nicht nur zu einem deutlich effizienteren Management, sondern eignet sich auch hervorragend dazu, die Sicherheit bei Bluttransfusionen zu optimieren. Denn mithilfe der »Smart Objects« lässt sich die Temperatur einer Blutkonserve kontinuierlich überwachen. Wird die Kühlkette unterbrochen, gibt das System selbsttätig Alarm. Durch die lückenlose Dokumentation über Zustand und Lagerung werden auch Ressourcen geschont: Bisher müssen nicht gebrauchte Konserven aufgrund unsicherer Informationen weggeworfen werden – durch die neue Technologie können sie zukünftig unbedenklich verwendet werden. Auch die Verwechslungsgefahr bei Blutkonserven wird dank »OPAL-Health« minimiert.

Praxistest am Universitätsklinikum Erlangen

Das System integriert sich nahtlos in die klinischen Informationssysteme und erlaubt dadurch die weitere Nutzung und Auswertung der Daten, beispielsweise für nutzergerechte Abrechnung der Gerätekosten oder effizienteres Bestandsmanagement. Seit 2010 wird das System in der klinischen Routine am Universitätsklinikum Erlangen evaluiert.

Projektkonsortium

Im Projekt »OPAL-Health« arbeiten unter Leitung von T-Systems die Projektpartner Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, Fraunhofer-Arbeitsgruppe Supply Chain Services SCS, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Vierling Communications GmbH und Delta-T gemeinsam an einer Basistechnologie zur Prozessoptimierung in Kliniken und Krankenhäusern, die breitenwirksam angewendet werden kann.

»OPAL-Health« wird im Rahmen des Programms »SimoBIT – sichere Anwendung der mobilen Informationstechnik (IT) zur Wertschöpfungssteigerung in Mittelstand und Verwaltung« durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.

• Pressemitteilung "Verbesserte Prozesse im Klinikalltag mit OPAL-Health" [ PDF 93KB ]

Olog-PAT

Die Behandlungs- und Untersuchungsräume in den Krankenhäusern leiden unter einer immens hohen Auslastung. Eine Vielzahl von Patienten muss täglich zu mehrere Stationen im ganzen Krankenhaus. Ist der Ablauf der Termine nicht optimal organisiert, kommt es hier leicht zu langen Wartezeiten und Engpässen. Bislang ist dies ein sehr unangenehmer, jedoch schwer vermeidbarer Faktor im Krankenhausalltag, da der Zeitplan durch die fortwährend eintretenden Verschiebungen und Notfälle ständig gesprengt wird.

Olog-PAT (Optimierten Logistik für Patienten im Gesundheitswesen) kann das Personal beim Umgang mit diesem Problem entlasten und erhöht damit die Servicequalität der Klinik. Bei Olog-PAT sammelt ein drahtloses Sensornetz Lokalisierungs- und Zustandsdaten. Hierfür hat das Fraunhofer IIS die „Smart-Objects“ entwickelt – intelligente Objekte, die der Patient z. B. bequem um das Handgelenk tragen kann. Sie können Informationen erfassen, speichern und mit ihrer Umgebung kommunizieren. Basis der „Smart-Objects“ von Olog-PAT ist die s-net Protokolltechnologie für drahtlose, energiesparende Sensornetzwerke des Fraunhofer IIS.

Diese Informationen schaffen Transparenz über die Prozesse im Krankenhaus; sie helfen, Schwachstellen in der Prozesskette zu identifizieren und Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Die einzelnen Sensorknoten bilden hierbei ein aktives Funksystem das die Informationen an ein zentrales Krankenhausinformationssystem meldet.

Durch die eigene Intelligenz auf den Sensorknoten können Entscheidungen direkt vor Ort ohne zentralen Server getroffen werden. Im Unterschied dazu sind RFID Tags auf die Aktivierung durch ein Lesegerät angewiesen. Dafür senden RFID-Lesegeräte mit hohen Sendeleistungen. Die s-net-Technologie sendet mit einer deutlich geringeren Leistung. Das elektromagnetische Feld lässt sich so auf ein Minimum reduzieren, wodurch störende Interferenzen vermieden werden: Für einen Einsatz in der Nähe von medizinischen Geräten ganz besonders wichtig.

Derzeit wird Olog-PAT von der Sozialstiftung Bamberg im Klinikum am Bruderwald getestet.

• Mehr Informationen (www.zio.fraunhofer.de)

SMMART: System for Mobile Maintenance Accessible in Real Time

Prototyp SMART Item am Fahrzeug zur drahtlosen Weiterleitung von Sensordaten.

 

Schematischer Aufbau eines Sensornetzes mit Integration ins Back-Office.

SMMART (System for Mobile Maintenance Accessible in Real Time) ist ein von der Europäischen Union gefördertes Projekt, in dem die Nutzung von RFID (Radio Frequency Identification) und Sensornetzwerkkommunikation für die Ersatzteillogistik vorangetrieben wurde.

Der Nutzer ist über ein Web-Interface mit dem SMMART-System verbunden. Über das auf der s-net® Technologie basierende Funknetzwerk übermitteln Sensoren den aktuellen Zustand eines Gerätes oder seiner Komponenten. Diese Daten werden mit Erfahrungswerten aus einer globalen Fahrzeugdatenbank auf Anomalien abgeglichen und im Falle einer erkannten Abweichung ein Alarm ausgelöst. Durch eine Fehler-Trend-Analyse wurde es möglich, die Entwicklung des Fahrzeuglebenszyklus durch die on-board Diagnosesysteme erfolgen. Während das Fahrzeug im Einsatz ist werden dafür Daten bezüglich der Komponenten über das Gateway an das Back-Office gesandt. Drahtlose Sensornetze können so helfen, kritische Komponenten zu überwachen.

Das drahtlose Sensornetz wurde im Frühjahr 2007 erstmalig an laufenden Fahrzeugen für Funktests betrieben, um die Datenübertragung zwischen Sensoren, Access Point und Gateway zu überprüfen. An diesen erfolgreich abgeschlossenen Test schlossen sich im Herbst 2007 Straßentests an, welche die Übertragung vom Gateway in das Back-Office und den Betrieb der Sensorknoten unter rauhen Umgebungsbedingungen überprüften.

Die im Rahmen des EU-Projektes vom Fraunhofer IIS entwickelte Soft- und Hardware für Smart Items steht nun als Basis für kundenspezifische Projekte und Systemlösungen zur Verfügung.

VitOL: Vernetzte intelligente Objekte in der Logistik

Das Projekt VitOL startete 2007. Im Fokus standen die Verringerung der Lücke zwischen physischer Welt und Informationswelt durch aktive intelligente Objekte und vermaschte Funktechnik.

Ziele waren:

Für die Logistik ist wichtig, dass jedes Objekt eindeutig identifiziert werden kann und sein Zustand und seine Position jederzeit bekannt sind. Ein intelligentes Objekt wäre darüber hinaus in der Lage, mit der Umgebung zu kommunizieren und bei fehlender Verbindung autonom und zielorientiert zu agieren.

Im Rahmen des Fraunhofer Verbund-Projektes VitOL wurden intelligente logis­tische Objekte - so genannte Smart Items - für die Distributions­logistik von hochwertigen Gütern geschaffen. Zur Realisierung des Gütermanagements werden sie mit kommunikations­fähigen Kleinstcomputern ausgestattet. Diese können durch ihre eigene "Intelligenz" einen Mehrwert gegenüber den klas­sischen "passiven" RFID-Systemen darstellen, die nur auf Aufforderung ihre Informationen senden. Das löst grundlegende Probleme der Distributionslogistik. Unter anderem ermöglichen es die Smart Items, alle Objekte einer Lieferung vollständig zu erfassen, was die Transparenz der Warenflüsse erhöht.

Zudem besteht eine aktive Warensicherung, denn die Objekte bemerken, wenn ein Objekt aus ihrer Lieferung verschwindet und melden den Verlust an höhere IT-Systeme. Dadurch verringert sich der Schwund innerhalb der Waren­flüsse. Durch ihre Sensoren können die Objekte zusätzlich Manipulationen und fehlerhafte Behandlung erkennen.

Drahtlose Sensornetze als Basistechnologie

Selbstorganisierte, drahtlose Sensornetze liefern hierzu die Basistechnologie. Sie zeichnen sich durch die vermaschten Kommunikations­möglichkeiten aller Teilnehmer untereinander aus. Da jeder Teilnehmer gleichzeitig Quelle, Senke als auch Weitervermittler der Daten sein kann, steigen Abdeckungsbereiche, Flexibilität, Autonomie und Fehlertoleranz.

Am Fraunhofer IIS werden die notwendigen Elemente wie Ad-hoc-Netzwerk­mechanismen, Netzwerkprotokolle mit Strom sparenden Medienzugriffsschichten und effizienten Routingalgorithmen, verteilte Dienste und Middleware sowie anwendungsspezifische Applikationssoftware entwickelt.

Stromsparende Hard- und Software

Das patentierte Medienzugriffsprotokoll »Slotted MAC« des Fraunhofer IIS ermöglicht eine schnelle Multihop-Weiterleitung. Es vereint dabei die Effizienzvorteile eines Zeitmultiplex-Systems (Time Division Multiple Access TDMA) mit der Skalierbarkeit und Flexibilität von konkurrierenden Protokollen (Contention based protocols). Die wichtigsten Eigenschaften sind:

• selbstorganisierende Baumstruktur
• schneller Datentransport durch das Netzwerk
• Stromersparnis durch Zeimultiplex-Kommunikation
• Lokalisierungsfunktionalität
• batteriebetriebener Einsatz aller Knoten

Kombiniert mit eine stromsparenden Sensorknoten-Hardware hat das Fraunhofer IIS damit rein Batterie betriebene, groß­flächige Überwachungssysteme für die Logistik realisiert.