Der intermodale Verkehr hat heute Tausende von Akteuren, darunter Betreiber von Schiffen, Zügen, LKWs und Flugzeugen.
Die Inklusion einer großen Zahl von Häfen und verschiedenen Versandlagern führt zu einem komplexen Logistiksystem, das noch längst nicht so effizient ist, wie es ein könnte. Durch die Nutzung von Fernerkundung und Big-Data-Analyse hat das Internet der Dinge (IoT) das Potential, Transportlogistik nahtloser, transparenter und effizienter zu machen.
Logistische Leistungsfähigkeit ist eng verbunden mit Sichtbarkeit — jederzeit zu wissen, wo sich eine Warensendung befindet und wohin sie gesteuert wird. Die entscheidenden Technologien für eine Verbesserung der Warenverfolgung beim Transport sind das cloudbasierte GPS für die Standortbestimmung und Technologien der Radiofrequenz-Identifikation (RFID) , die Transporte bis auf Palettenebene identifizieren und lokalisieren können.
Die von GPS und RFID gesammelten Daten bieten Spediteuren mehr, als nur die genaue Ankunftszeit genau vorhersagen zu können. Die Bereitstellung anderer Sensortypen ermöglicht es Big-Data-Technologien, Daten von Sensoren zur Beobachtung der Umgebung innerhalb eines Transportfahrzeugs zu sortieren und zu analysieren. Spediteure können damit Parameter wie Temperatur, Feuchtigkeit und Vibration beobachten, die auf dem Transportweg einen Einfluss auf die Qualität eines Produkts haben können.
Daten können mittels eines kleinen Datenverarbeitungssystems und eines Kommunikationssystems im Waggon oder LKW in eine Cloud übertragen werden. Jeder Interesseneigner der Lieferkette könnte so in der Lage sein, eine Palette zu identifizieren und ihre Position mittels GPS-Koordinaten sowie Wetter und Verkehrsbedingungen zu kennen. Auch fahrzeugbezogene Informationen wie das Fahrverhalten des LKW-Fahrers oder die Durchschnittsgeschwindigkeit eines Schiffes könnten gemeldet werden.
Bei hochwertigen Transporten, die Gefahr laufen, entführt zu werden, wie etwa Pharmazeutika, Edelmetalle oder hochmoderne Mikroprozessoren, könnten Digitalkameras eingesetzt werden. Auch eine agile Lieferkette versetzt Spediteure in die Lage, Versandwege nach Wunsch umzuleiten und ein bedarfsorientiertes Wartungsprogramm zu schaffen, das auf die Daten der in die Motoren und andere kritische Komponenten im Fahrzeug integrierten Sensoren reagiert.
Schlüssel für den Erfolg des Systems sind die Kosten der Komponenten und die Robustheit und Langlebigkeit des Bordsystem. Wenn Millionen von RFID-Transpondern und Sensoren eingesetzt werden sollen, müssen sie preisgünstig sein. Darüber hinaus müssen auch die Datenverdichtungs- und Übertragungssysteme kostengünstig und energieeffizient sein.
Globaler Datenfluss
Die erste Etappe bei der Übertragung von Sendungsverfolgungsdaten ist die vom RFID-Tag auf der Palette (oder einer anderen Quelle, wie etwa einem Temperaturfühler), an ein Datenverdichtungssystem. Fortschrittliche Systeme verwenden aktive RFID-Tags, die in regelmäßigen Abständen ihren 'Ich bin hier'-Status (normalerweise alle 10 Sekunden) an ein RFID-Lesegerät im LKW, Zug, Schiff oder Lager übermitteln, in dem sich die Palette zu dem Zeitpunkt befindet. Aktive RFID-Tags arbeiten mit zwei Bandbreiten, um den geeigneten Bereich zu erreichen. Das 2.4-GHz-Band hat eine Reichweite von 50 Metern, das 868 MHz-Band eine Reichweite von 500 Metern.
Das Lesegerät hat zwei weitere Kommunikationspartner: GPS-Einheiten, die die GPS-Position mit den Bestandsdaten kennzeichnen, sowie normalerweise ein GPRS-Funkgerät (General Packet Radio Service), das die Informationen an Cloudserver weitergeben kann.
GPRS ist ein paketorientierter mobiler Datendienst, der die Mobilfunknetze 2G und 3G verwendet. Die Verwendung wird normalerweise basierend auf dem Volumen der übertragenen Daten berechnet — im Gegensatz zu leitungsvermittelten Circuit-Switched Data, die normalerweise pro Minute Verbindungszeit berechnet werden.
Das Anwendungsszenario Hunderter von RFID-Tags, die kontinuierlich mit dem Lesegerät kommunizieren, lässt natürlich Bedenken bezüglich des möglichen Datenstaus und des Energieverbrauchs aufkommen. Das Design-Team kann beide Probleme mit einem Ereignismanagementmotor und einem Funkprotokoll mit extrem geringem Energieverbrauch in Angriff nehmen.
Das Designziel ist ein Datenlesegerät/Datenaggregator, mit dem mehrere Hundert Tags in unmittelbarer Nähe unterstützt werden können. Dieses Datenlesegerät/Datenaggregator wird normalerweise über die LKW-Batterie oder die Stromversorgung an Bord eines Zuges oder Schiffes betrieben. Um die Betriebskosten gering zu halten, müssen die Tags mindestens fünf Jahre mit CR2032 Knopfzellen (Uhrenbatterien) laufen können. Der Schlüssel für die Anforderungen an die Batterielebensdauer liegt in der Kontrolle des Arbeitszyklus der Anwendung.
RFID-Chips sollten in der Lage sein, innerhalb weniger Millisekunden aus einem extrem energiesparenden Ruhemodus aufzuwachen — und wieder in den Ruhemodus zurückzuschalten. Der Energieverbrauch im Ruhemodus sollte bei 900nA liegen).
Sensornetzwerke mit niedrigem Stromverbrauch
Zusätzlich zu den Standortdaten erfordert eine fortgeschrittene intermodale Versandkette Daten aus einem Sensornetzwerk mit niedrigem Stromverbrauch. Die bedeutendste technische Herausforderung ist die nahtlose Integration von „RFID-Netzwerk“ und Sensornetzwerk.
Temperaturmessungen und ähnliche Umgebungsdaten sind gut geeignet für die Erfassung über drahtlose Netzwerke. Jedoch könnten die Daten für automatisierte Wartungsprogramme (etwa zur Beobachtung des Zustands eines LKW-Motors) für drahtlose Netzwerke nicht geeignet sein.
Wo immer es geht, ist drahtlose Konnektivität wünschenswert – und unter diesem Aspekt gelten die gleichen Designziele wie für viele Sensornetzwerke. Obwohl mehrere Ansätze für eine robuste Lösung zur Verfügung stehen, basiert eine typische Architektur für Sensornetzwerke mit extrem niedrigem Stromverbrauch auf einem mittleren MCU wie z.B. einem aus der Reihe MSP430 von Texas Instrument , und einem multiprotokollfähigen 2.4 GHz Sendeempfänger wie dem TI’s SimpleLink CC2500.
Bei dieser Lösung versorgt der MCU sowohl das HF-Protokoll als auch die Anwendungsebenen, wodurch die Anwendung einen direkteren Zugang und eine Übersicht über die Funknetzumgebung und die physikalischen Schichten hat. Durch Konzentration der Intelligenz in den MCU kann ein einfaches und robustes Funkgerät das tun, was es am besten kann: nämlich drahtlos Daten übertragen und empfangen.
Da der MCU normalerweise die meisten Ressourcen auf der Ebene von Speicher, Rechenleistung sowie digitaler und analoger Integration hat, ist diese Konfiguration auch gut geeignet für viele Arten drahtloser Protokolle und Anwendungen.
Fazit
Die Integration von für IoT-ähnliche drahtlose Sensornetzwerke entwickelten Technologien in sich bewegende Frachtfahrzeuge wird weitreichende Auswirkungen haben auf den intermodalen Verkehr. Neben anderen Vorteilen werden dadurch Fuhrparkeffizienz geschaffen, Treibstoffkosten reduziert, die Temperaturstabilität auf dem Transportweg gewährleistet und Betriebsverluste hinsichtlich Frachtgut und rollendem Material reduziert. RFID- und GPS-Technologien, die bereits weit verbreitet sind, müssen effizient in die Daten anderer Sensoren einbezogen werden. Für diese Herausforderung gibt es bereits zahlreiche Ansätze. Eine erfolgreiche Implementierung umfasst sowohl einen extrem energiesparsamen Leistungsbetrieb als auch ein gestaffeltes Kommunikationsnetzwerk, das robust genug ist, um in einem herausfordernden Umfeld zu arbeiten.