Einflüsse auf die Gerätelaufzeit

Die im Folgenden angeführten Faktoren wirken sich auf den Energieverbrauch des Geräts und damit direkt auf die Gerätelaufzeit aus. Sie bestimmen außerdem das Entladeprofil. Wie im Kapitel Ermittlung des State of Charge (SoC) erläutert, wird die tatsächlich verfügbare Kapazität der Batterie bzw. des Akkus unter anderem vom Entladeprofil beeinflusst, wodurch diese Faktoren die Gerätelaufzeit auch indirekt beeinflussen.

  • Stärke des Mobilfunksignals
  • verwendete Übertragungstechnologie
  • Übertragungs- und Messintervall
  • Verbindungsart
  • Aloha-Übertragungsmodus
  • Häufigkeit von Warnungen, Alarmen und Triggern
  • Energiebedarf der mit dem Datenlogger verbundenen Sensoren
  • Dauer der Inbetriebnahme

In den folgenden Unterkapiteln werden die Ursachen eines erhöhten Energieverbrauchs erläutert und mögliche Gegenmaßnahmen bzw. Handlungsempfehlungen beschrieben.

Schwaches Mobilfunksignal

In Gebieten mit schwachem Mobilfunksignal

  • erhöht das Modem automatisch die Sendeleistung
  • verlängert sich der Verbindungsaufbau, da beispielsweise die Netzsuche länger dauert
  • erhöht sich die Verbindungsdauer, da gegebenenfalls die Übertragungsrate reduziert werden muss
  • können Verbindungsabbrüche auftreten, die zu Retrys führen (siehe Vorgehensweise bei Verbindungsabbrüchen)

Um den dadurch erhöhten Energieverbrauch zu verringern, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:

  • Optimieren der Antennenposition, beispielsweise durch den Einsatz von Antennenverlängerungen
  • Verwenden von Antennen mit höherem Gewinn bzw. geeigneter Richtcharakteristik (siehe Antennen)

Übertragungstechnologie

Die aktuell gebräuchlichen Mobilfunktechnologien unterscheiden sich hinsichtlich ihres Energiebedarfs. In der Regel benötigen neuere Mobilfunktechnologien weniger Energie als ihre Vorgänger. Aufgrund der von Microtronics gewählten Implementierung und unter Berücksichtigung von Erfahrungswerten ergibt sich folgende Reihenfolge mit abnehmendem Energiebedarf: 2G, 3G, 4G, NB-IoT, LTE-M. Diese kann von in anderen Publikationen angegebenen Reihenfolgen abweichen.

Der 4-Channel Data Logger ist mit einem Modem ausgestattet, das mehrere Mobilfunktechnologien unterstützt. Die Auswahl der in der jeweiligen Situation am besten geeigneten Mobilfunktechnologie erfolgt durch das Modem automatisch und kann durch den Anwender nicht beeinflusst werden.

Übertragungs- und Messintervall

Der Verbindungsaufbau und die Datenübertragung zählen zu den Vorgängen mit dem höchsten Energiebedarf. Auch die Messung benötigt eine erhebliche Menge an Energie. Sofern kein eigenes Messintervall konfiguriert ist, erfolgt die Messung im Aufzeichnungsintervall. Um den Energieverbrauch zu minimieren, sollten daher sowohl das Übertragungs- als auch das Aufzeichnungsintervall so lang wie möglich gewählt werden.

Ist es nur unter bestimmten Umständen erforderlich, die Messungen häufiger durchzuführen und/oder die Daten in kürzeren Abständen an den Server zu übertragen, empfiehlt es sich, die Trigger zu nutzen, anstelle generell ein kürzeres Aufzeichnungs- und/oder Übertragungsintervall zu verwenden. Mithilfe der Trigger kann abhängig vom aktuellen Wert eines Messkanals auf das "alternative Aufzeichnungsintervall" und/oder das "alternative Übertragungsintervall" umgeschaltet werden. Dadurch, dass auf diese Weise die kürzeren Intervalle nur bei Bedarf aktiviert werden, lässt sich der Energieverbrauch optimieren.

Verbindungsart

Die Wahl der Verbindungsart hat erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch und damit auf die Gerätelaufzeit. Den niedrigsten Energiebedarf weist der "Intervall"-Modus auf. Im "Intervall & Wakeup"-Modus steigt der Bedarf bereits um ca. den Faktor 20. Der "online"-Modus wiederum benötigt um ca. den Faktor 10 mehr Energie als der "Intervall & Wakeup"-Modus. Die variierenden Energieanforderungen sind auf den Betriebsmodus des Mobilfunkmodems zurückzuführen. Im "Intervall"-Modus ist das Modem zwischen den Übertragungen abgeschaltet. Die Übertragung kann nur vom Gerät initiiert werden. Im "Intervall & Wakup"-Modus ist das Modem im Mobilfunknetz registriert, unterhält jedoch keine aktive Verbindung zum Server. Die Übertragung kann dadurch aber auch vom Server angefordert werden. Im "online"-Modus besteht eine aktive Verbindung zum Server. Neue Datensätze oder Änderungen der Konfiguration über die Oberfläche des Servers werden unmittelbar übertragen. D. h. die Verbindungsart hat auch direkten Einfluss auf die Reaktionszeit. Das benötigte Datenvolumen wird ebenfalls von der Verbindungsart bestimmt.

Tip: Ergänzende Erklärung zu den Verbindungsarten
VerbindungsartEnergieverbrauchDatenvolumenReaktionszeit
online
Intervall & Wakeup
Intervall

Um die geeignet Verbindungsart auszuwählen, sollten also die Anforderung an "Reaktionszeit", "Datenvolumen" und "Energieverbrauch" gegeneinander abgewogen werden. Eine Möglichkeit den Energiesparenden "Intervall"-Modus zu verwenden und dennoch ein kurze Reaktionszeit zu erreichen, besteht darin "Warnungen", "Alarme" oder "Trigger" zu verwenden. Dabei können Schwellwerte für einzelne Messkanäle definiert werden, bei deren Über- oder Unterschreitung eine sofortige Übertragung ausgelöst wird oder die Verbindungsart in den "online"-Modus umgeschaltet wird.

Aloha-Übertragungsmodus

Im "Aloha"-Übertragungsmodus besteht eine aktive Verbindung zum Server, die für eine konfigurierbare Zeit aufrechterhalten wird. Für die Dauer des "Aloha"-Modus werden zudem alle Ausgänge eingeschaltet, die im Modus "Ext. Aufwärmzeit" betrieben werden. Damit werden die angeschlossenen Sensoren versorgt und die Ermittlung gültiger Sensormesswerte gewährleistet. Unabhängig vom Mess- und Aufzeichnungsintervall werden alle 3 Sek. Messwerte erzeugt und an den Server übermittelt. All dies sorgt für einen hohen Energiebedarf. Der "Aloha"-Modus sollte daher nur wenn erforderlich (z. B. für das Einrichten der Sensoren während der Inbetriebnahme) aktiviert werden. Zur Optimierung des Energieverbrauchs empfiehlt es sich, den "Aloha"-Modus durch Klicken auf das Kreuz in der Sprechblase mit der Beschriftung "Aloha" vorzeitig zu beenden, sobald alle nötigen Daten übermittelt wurden.

Warnungen, Alarme und Trigger

Für Messkanäle können Schwellwerte hinterlegt werden, bei deren Über- oder Unterschreitung eine Warnung oder ein Alarm ausgelöst werden sollen. Beim Auftreten bzw. Zurücknehmen einer Warnung oder eines Alarms erfolgt eine sofortige Übertragung. Da die Übertragungen zu den energieintensivsten Operationen zählen, sollten die Schwellenwerte für Warnungen und Alarme mit Bedacht gewählt werden.

Für Messkanäle können auch Schwellwerte für die sogenannten Trigger hinterlegt werden. Im Gegensatz zu den Warnungen und Alarmen kann für die Trigger festgelegt werden, welche Aktionen beim Überschreiten der Schwelle ausgelöst werden. Durch manche Aktionen (z. B. "Online-Modus aktivieren" oder "Übertragung auslösen") wird der Energieverbrauch erheblich gesteigert. Daher sollten die Schwellenwerte für die Trigger und die Aktionen, die ausgelöst werden sollen, mit Bedacht gewählt werden. Dies gilt besonders für die beiden Aktionen "alternativen Übertragungsintervall verwenden" und "alternativen Aufzeichnungsintervall verwenden", mit denen das entsprechende Intervall verkürzt werden kann, solange der Trigger aktiv ist. Mit ihnen lassen sich also die Intervalle für die energieintensivsten Vorgänge (Übertragung und Messung/Aufzeichnung) beeinflussen. Um den Energieverbrauch auch bei aktivem Trigger zu minimieren, sollten die alternativen Intervalle daher so lang wie möglich gewählt werden.

Energiebedarf der Sensoren

An den 4-Channel Data Logger können Sensoren direkt, ohne zusätzliche Energiequelle angeschlossen werden. Die verfügbare Energie wird in diesem Fall zwischen dem 4-Channel Data Logger und den Sensoren aufgeteilt. Um Energie zu sparen, ist die Sensorversorgung nicht permanent aktiv, sondern wird vor einer Messung jeweils nur für eine bestimmte Zeit eingeschaltet. Diese ist konfigurierbar und dient als Wartezeit, bis der Sensor einen stabilen Messwert liefert. Um den zusätzlichen Energieverbrauch so gering wie möglich zu halten, empfiehlt es sich, Sensoren mit folgenden Eigenschaften zu verwenden:

  • eigene Energieversorgung
  • kurze Aufwärmzeit (d. h. kurze Zeitdifferenz zwischen dem Einschalten und dem ersten stabilen Messwert)
  • schnelle Messung
  • geringer Energieverbrauch während der Initialisierung und Messung

Inbetriebnahme

Im Rahmen der Inbetriebnahme werden meist mehrere Verbindungen ausgelöst, das Mess- bzw. Aufzeichnungsintervall verkürzt oder der Aloha-Modus (siehe Aloha-Übertragungsmodus) mehrfach aktiviert. Wenn das Gerät bereits länger gelagert wurde, kann auch noch ein Softwareupdate erforderlich sein. Alle diese Operationen benötigen eine Menge Energie und sollten daher mit Bedacht ausgeführt werden. Der Aloha-Modus kann beispielsweise durch Klicken auf das Kreuz in der Sprechblase mit der Beschriftung "Aloha" vorzeitig beendet werden, wenn bereits alle nötigen Daten übermittelt wurden. Das Gerät kann bereits im Büro kurz in Betrieb genommen werden, um zu prüfen, ob ein Softwareupdate erforderlich ist. Da das Mobilfunknetz im Büro meist eine bessere Signalqualität und Stabilität aufweist als am Installationsort, werden die Softwareupdates in der Regel schneller und ohne Unterbrechung oder Retrys geladen. Aus demselben Grund empfiehlt es sich auch, die Site bereits im Büro anzulegen und die grundlegende Konfiguration festzulegen. Bei der Inbetriebnahme im Büro kann das Gerät auch extern versorgt werden, wodurch die interne Energiequelle geschont wird.