Einführung und Ziele¶

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines softwaregestützten Überwachungssystems zur kontinuierlichen Kontrolle der Umgebungsbedingungen in Lagerräumen. Das System dient der Qualitätssicherung und Verlustprävention bei der Lagerung verderblicher oder sensibler Güter, die spezifische klimatische Bedingungen erfordern.

Der primäre Anwendungsbereich umfasst die Überwachung von Lagern für wertvolle Güter – wie beispielsweise Lebensmittel oder Pharmazeutika - , deren Qualität von insbesondere folgenden Faktoren abhängig ist:

Temperatur: Einhaltung eines konstanten, kühlen Niveaus.
Luftfeuchtigkeit: Vermeidung von zu hoher oder zu niedriger Feuchtigkeit.
Luftqualität: Sicherstellung einer reinen, insbesondere von Schadstoffen freien Umgebung.
Weiter erfolgt die Kontrolle des Lagerraums im Zuge der Überwachung des Zustandes der Eingangstür (offen / geschlossen).

Aufgabenstellung¶

Es gilt ein System zu entwickeln, das sowohl aus Hardware- als auch aus Softwarekomponenten besteht, die ineinandergreifen.

Sensorik (Hardware): Ein Netzwerk von IoT erfasst die physikalischen Messgrößen alle 30 Sekunden.

• Temperatursensor (2x): Messung der Raumtemperatur (Innen- und Außen- Raum) in Celsius.
• Luftfeuchtigkeitssensor: Erfassung der relativen Luftfeuchtigkeit (in %).
• Luftqualitätssensor: Detektion von Verunreinigungen in der Luft.
• Ultraschallsensor: Zur Überprüfung des Zustandes der Tür – ist die Tür offen oder geschlossen.

Software-Plattform (Kernsystem): Eine zentrale Anwendung, die folgende Funktionalitäten bereitstellt:

• Echtzeit-Dashboard: Grafische Visualisierung aller aktuellen (bspw. alle 30sec veröffentlichten) Sensorwerte.
• Historische Datenanalyse: Speicherung und Darstellung von Messdaten über Zeit, um Trends und Muster zu erkennen.
• Konfigurierbare Schwellenwerte / Festlegen eines Toleranzbereichs: Ermöglicht dem Akteur (Lagerverantwortlicher), für jeden Sensor individuelle Min/Max-Grenzwerte zu definieren.
• Automatisiertes Alarmsystem: Versendet bei Grenzwertverletzungen automatisch Benachrichtigungen innerhalb kürzester Zeit (bspw. Innerhalb der nächsten 90sec) – beispielsweise via E-Mail oder Push-Benachrichtigung. Speichert eine Alarmhistorie der letzten 500 Alarme pro Lagerort.
• Proaktive Gegensteuerung: Bei einem kritischen Ereignis (insbesondere Grenzwertverletzungen) sendet das System eine Nachricht an das zuvor richtige ermittelte Topic. Eine auf dieses Topic abonnierte Entität – ein Aktor wie ein intelligentes Kühlaggregat empfängt diese Nachricht und führt automatisiert eine Aktion aus.
• Das System verwaltet Benutzer (bis zu ~500), die verschiedene Rollen haben können (z. B. Admin, User).
• Weiter erlaubt das System die Verwaltung von Lagerorten (bis zu ~500), die jeweils mit den gegebenen Sensoren verbunden sein können.

*Höchste Priorität

Use-Case-Szenarien¶

Die folgenden Szenarien beschreiben beispielhaft die wichtigsten Anwendungsfälle des Systems:

Primärer Use-Case: Kontinuierliche Überwachung im Normalbetrieb¶

Sekundärer Use-Case: Abweichung und Alarmierung¶

Qualitätsziele¶

Es lassen sich folgende Qualitätsziele, gestützt durch Qualitätsszenarien, definieren:

Erweiterbarkeit:¶

Szenario 1: Erweiterung des Platform-Teilsystems „Monitoring“¶

Dieses Szenario definiert die Fähigkeit, die Funktionalität des bestehenden Monitoring-Moduls (bzw Teilsystems) zu erweitern, ohne das Kernsystem zu verändern.  Ein typischer Fall ist die Anbindung eines neuen Sensortyps.

Szenario 2: Erweiterung der Plattform um neue Teilsysteme¶

Dieses Szenario beschreibt die Erweiterbarkeit der gesamten Plattform-Architektur. Das Ziel ist es, komplett neue Funktionalitätsblöcke als eigenständige Teilsysteme hinzuzufügen, wie zum Beispiel ein Modul "Anleitungsbibliothek". Dabei soll bestehende zentrale Funkktionalität wiederverwendet werden.

Performance:¶

Szenario: Alarmierungszeit ≤ 90 Sekunden ab Grenzwertüberschreitung¶

Ein rasches Überschreiten oder Unterschreiten definierter Schwellenwerte der Umgebungsparameter – wie Temperatur, oder Luftfeuchtigkeit – kann potenziell erhebliche Schäden verursachen. Ziel des Alarmierungssystems ist es daher, eine zuständige Entität (z.B. eine Nutzerperson oder ein autonom agierendes IoT-System) innerhalb kürzester Zeit (90 Sekunden nach Detektion) zu informieren, um präventive oder mitigierende Maßnahmen einzuleiten.

Die Benachrichtigung erfolgt dabei dual:

• Push-Benachrichtigung an Endgeräte zur unmittelbaren menschlichen Wahrnehmung
• MQTT-Nachricht an ein vordefiniertes Topic zur automatisierten Weiterverarbeitung durch angeschlossene Systeme

Sicherheit:¶

Szenario: Sichere Authentifizierung und Autorisierung¶

Dieses Szenario stellt sicher, dass nur berechtigte Personen auf die Plattform zugreifen können und dort nur die Aktionen ausführen dürfen, die ihrer Rolle entsprechen.

Verfügbarkeit:¶

Szenario 1: Fehlertoleranz und automatische Wiederherstellung¶

Kritische Lagerbedingungen erfordern ein System, das möglichst durchgängig verfügbar ist, um eine lückenlose Echtzeitüberwachung sicherzustellen. Falls das System über einen längeren Zeitraum nicht verfügbar ist, ist der Zustand des Lagerguts unbekannt, und es könnten unbemerkte Schäden entstehen, wenn beispielsweise eine Temperaturschwelle überschritten wird.

Szenario 2: 99% Systemverfügbarkeit¶

Das System ist im produktiven Einsatz. Das folgende Szenario zeigt die im Snzenario 1 beschriebene Maßnahme zur automatischen Wiederherstellung und Fehlertoleranz

Stakeholder¶