Intelligent Vending Machines

M2M + IoT oder der vernetzte Kaugummiautomat

| Autor/ Redakteur: Jürgen Kern / Sebastian Human

M2M-Lösungen schaffen enormes Potenzial für neue Anwendungen in der Industrie. Wichtige Treiber sind das Internet und verschiedene Technologien zur Vernetzung von Geräten. Ein Beispiel für das Zusammenspiel von IoT und M2M sind sogenannte Intelligent Vending Machines.

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Die Vernetzung von M2M- und IoT-Lösungen am Beispiel von Intelligent Vending Machines.
Die Vernetzung von M2M- und IoT-Lösungen am Beispiel von Intelligent Vending Machines.
( Bild: Pixabay )

Wer kennt sie nicht - die Kaugummiautomaten mit Drehgriff aus den 60er Jahren? Heute lässt sich Beliebiges aus modernen Automaten ziehen, unabhängig vom Standort. Die Intelligent Vending Machine – ein einfacher Automat erweitert um intelligente Funktionen - ist auf dem Vormarsch. In 2015 hat das weltweite Marktvolumen laut einer Studie von Grand View Research 3,34 Mrd. USD betragen und soll bis 2025 auf 11,84 Mrd. USD anwachsen. Treiber sind neben Mobilfunktechnologien wie NFC (Near-Field Communication) auch Protokolle zur Datenübertragung, die beispielsweise das bargeldlose Einkaufen oder Gesichts- und Spracherkennung ermöglichen, sowie Überlegungen zur Energieeffizienz.

Natürlich rechnet sich ein Verkaufsautomat nur, wenn er betriebsfertig, mit ausreichend Ware bestückt und funktionierendem Bezahlsystem ausgestattet ist. Vorteilhaft ist auch eine Alarmfunktion bei Fehlern oder Vandalismus. Doch wie werden diese Funktionen sichergestellt? Und wie kommuniziert der Automat mit seinem Betreiber?

Unser Beispiel skizziert die Überwachung der Befüllung einer Intelligent Vending Machine, um die Verfügbarkeit der Verkaufsware wie auch die Funktionsfähigkeit des Automaten sicherzustellen. Voraussetzungen an die Lösung sind: Robustheit gegenüber hohen Temperaturen, Kommunikation mit LTE und WLAN nach dem Standard IEEE 802.11n, Möglichkeit zum Aufbau von VPN-Tunnels (geschützte Kommunikationskanäle) und Remote-Zugriff. Zu den Komponenten gehören die eigentliche Automatenhardware mit Beleuchtung, Sensoren, kundenspezifischer Software und Kommunikationslösung. Das Herzstück für die Kommunikation bilden ein eingebauter Router und ein spezifisches Diagnoseprogramm.

IoT Gateway erspart Modem und Industrie-PC

Für die Anwendung im Verkaufsautomat kommt der Industrial Router NB800 mit WLAN oder BLE in Frage, ein speziell für kostensensitive Konnektivitätsanwendungen entwickelter Router, der die einfache Integration ermöglicht sowie Remote-Konfiguration und - Management sicherstellt. Dank der anwendungsspezifischen Konfiguration fällt nicht benötigte Ausstattung weg. In diesem Fall als Router mit Gateway-Funktion ausgelegt, stellt er eine stabile Internetverbindung zur Verfügung und ersetzt damit bislang eingesetzte Modems, die eine Steuerung per PC erfordern.

Zudem bietet er ein einfaches Diagnoseprogramm und per Fernzugriff ausführbare Steuerkommandos. Mit kompakten Abmessungen und einem robusten Aluminiumgehäuse, das mechanischen und thermischen Belastungen standhält, eignet er sich ideal für die Installation in einem Verkaufsautomaten. Hier kommt auch sein niedriger Stromverbrauch (weniger als 5W bei Volllast) zum Tragen.

Im Automat überwachen lokale Sensoren die Füllmengen der Ware und andere Zustände. Ihre Anbindung und ihre Integration ins Netzwerk erfolgt häufig über das Combo-Modul für WiFi IEE802.11abgn, Bluetooth und Bluetooth Low Energy (BLE). Das Gateway leitet die Daten der Sensoren über das Mobilfunknetz (3G/4G) an einen zentralen Server. Dazu unterstützt das Modem LTE im 2x2 MIMO-Mode und stellt so eine WWAN-Konnektivität mit bis zu 100 Mbit/s sicher.

Augenmerk auf Sicherheit

Zur sicheren Verbindung zwischen Server und Verkaufsautomat bietet die NRSW (NetModule Router Software) viele VPN-Funktionen, zu den verfügbaren Protokollen zählen unter anderem OpenVPN und IPsec. Die Übertragung der ausgelesenen Sensordaten erfolgt verschlüsselt über VPNs (Virtual Private Networks), Firewalls sichern den Zugang zu den Endgeräten und dem Server. QoS (Quality of Service) ermöglicht die Priorisierung der ausgehenden Daten, so dass die wichtigsten Betriebsdaten immer Vorrang haben.

Weiterhin empfiehlt NetModule eigene Sicherheitsmaßnahmen für die Geräte und legt den Fokus vor allem auf kritische Bereiche wie Login, SSL und das ‚USB Autorun‘ Feature. Zu dem Sicherheitsmechanismen der NRSW gehören weiterhin keine festcodierten Schlüssel oder Zertifikate und keine Standardpasswörter oder -zugangsdaten.

Sollte der Kunde zu einem anderen Zeitpunkt eine noch stärkere kryptografische Absicherung in Betracht ziehen, kann er die Schlüssel mithilfe eines externen RNG (Random Number Generator)-Geräts erstellen oder alle Zertifikate insgesamt auf einem Remote Zertifizierungsserver verwalten.

Industrie-PC nicht länger notwendig

Die Anwendung des Automatenbetreibers ist in einem LXC-Container direkt auf dem NB800 ausgeführt, wo sie parallel und isoliert zur Router-Software läuft.

Über die Verbindung mit dem Zentralrechner informiert der Verkaufsautomat selbständig in vordefinierten Intervallen über den aktuellen Warenbestand.
Über die Verbindung mit dem Zentralrechner informiert der Verkaufsautomat selbständig in vordefinierten Intervallen über den aktuellen Warenbestand.
( Bild: NetModule )

Die Installation erfolgt mit dem SDK (Software Development Kit), das die Implementierung aller Arten von Applikationen mit einfachen Skripten ermöglicht. So kann die Datenvorverarbeitung direkt auf dem Router erfolgen, ohne dass ein zusätzlicher Industrie-PC notwendig ist. Über die Verbindung mit dem Zentralrechner teilt der Automat die Bestände selbständig mit beziehungsweise informiert welche Behälter befüllt werden müssen.

Im Falle eines kritischen Zustandswerts kann ein Alarm per SMS oder per E-Mail ausgelöst werden. Über das SDK lassen sich auch verschiedene Schnittstellen ansprechen und programmieren. Das ermöglicht die Bedienung des Gateways im Verkaufsautomaten durch den Web Manager oder per Kommandozeilen über einen Fernzugriff sowie das bequeme Einspielen von neuer Firmware. Vor-Ort-Termine zur Kontrolle und Wartung sind mit dieser kontinuierlichen Fernüberwachung nicht notwendig. Zugleich kann der Betreiber individuelle Auswertungen programmieren, zum Beispiel nach Beliebtheit des Angebots oder erhöhten Verkaufszeiten, um sein Angebot gezielter auszurichten.

Diese Kommunikationslösung macht eine Investition in eine Intelligent Vending Machine durchaus attraktiv. Es empfiehlt sich, sowohl auf modernste Technologie und Infrastruktur zu setzen, als auch auf einen Partner mit Expertise in Bezug auf Connectivity und mit einem Ecosystem, das Partnerschaften mit weiteren Komponentenlieferanten beinhaltet, so dass das Gesamtsystem aus einer Hand kommt.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal Industry of Things erschienen.

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