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Daten - Information - Wissen
In der Grundform sind Daten verschiedene Symbole und Zeichen, deren Bedeutung nur deutlich wird, wenn sie in einen Zusammenhang gebracht werden. Daten entstehen durch das Sammeln und Messen von Beobachtungen und Zuständen. Meist werden Daten von Maschinen gesendet, empfangen und verarbeitet. Die Daten werden durch Verknüpfung mit zusätzlichem Inhalt zu einer Information. Informationen stellen Kenntnisse über Sachverhalte oder Personen dar. Daraus entsteht Wissen und beschreibt somit die gesammelten Informationen, die über einen bestimmten Sachverhalt oder eine Person zur Verfügung stehen. Die Kenntnisse über diesen Sachverhalt ermöglichen es, fundierte Entscheidungen zu treffen und Probleme zu lösen.
Datenübertragungsarten in der Landwirtschaft
Eine grundlegende Systematik des Datenaustauschs wird durch den Begriff IOT Internet of things (dt. Internet der Dinge) geprägt. Es beschreibt eine intelligente Vernetzung von Geräten, Maschinen, Feldern und Tierbestand. Durch die übermittelte Information in Echtzeit sollen unnötige Wege, Kosten und Zeit eingespart werden. Ein wesentlicher Punkt dabei ist die Früherkennung von Problemen oder auch Krankheiten. Beim Internet of Things handelt es sich um ein intelligentes Netzwerk aus Sensoren und Prozessoren, die über das Internet miteinander und der Aussenwelt verbunden sind. Dabei ist das flächendeckende Netzwerk auf einen Internetzugang angewiesen. Es gibt dazu unterschiedliche Netzwerke wie z.B. LoRa die Daten lokal erfassen und über einen Zentralpunkt über das Internet an den Server übergeben.
LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network und ist eine Low Power Wide Area Network (LPWAN oder Niedrigenergieweitverkehrnetzwerk) Spezifikation für drahtlose batteriebetriebene Systeme in einem regionalen, nationalen oder auch globalen Netzwerk und ermöglicht ein energieeffizientes Senden von Daten über längere Strecken.
Ein LoRaWAN besteht zumindest aus drei Komponenten: einem Sensor, einem Gateway und einem LoRa-Server. Das Gateway bildet hierbei die Schnittstelle zwischen der energieeffizienten LoRa-Funkübertragung und der leistungsstarken Anbindung zum Server. Der Sensor sendet dabei seine Daten mittels LoRa an alle Gateways in seiner Umgebung. Diese nehmen die Daten auf geben und sie an den Server weiter. Ab diesem Zeitpunkt können die Daten individuell weiterverarbeitet, visualisiert und/oder gespeichert werden.
"LoRa" beschreibt dabei die Funktechnik und "LoRaWAN" bezeichnet die Verständigung untereinander und meint somit das Netzwerk.
Parallel zu LoRaWAN gibt es jedoch noch andere Low Power Wide Area Networks (LPWANs). Dazu zählen Sigfox und Nb-IoT (Narrow-Band). Der grösste Unterschied zu diesen Technologien besteht im Aufbau der Netzwerkstruktur.
- Das nahezu flächendeckende und offizielle LP- Netzwerk der Swisscom: LPN
- Freies Netzwerk The Things Net TTN
Einsätze z.B. bei Feldsensoren zur Übertragung von Boden- und Wetterdaten auch beim LZSG
Das mobile Internet ist eng mit Fortschritten in der Entwicklung in der Mobilfunktechnik verbunden. Mit dem Beginn der Datenübertragung über das Mobilfunknetz startet die 2. Generation
GSM: Global System for Mobile Communications ist ein 1990 eingeführter Mobilfunkstandard für volldigitale Mobilfunknetze, der hauptsächlich für Telefonie und Kurzmitteilungen (SMS) genutzt wird. Erweiterungen des Standards wie GPRS und EDGE führten zur schnelleren Datenübertragung und läuten die folgenden Generationen ein.
2. Generation (2G)
- GPRS: General Packet Radio Service: Ein paketorientierter Übertragungsdienst
- EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution: Technik zur Erhöhung der Datenrate
3. Generation (3G)
- UMTS: Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) mit der Erweiterung High Speed Packet Access (HSPA) mit erhöhten Download- sowie Uploadraten
- LTE: Long Term Evolution LTE unterstützt im Gegensatz zu UMTS verschiedene Bandbreiten und kann so flexibel in unterschiedlichen Spektren eingesetzt werden
4. Generation (4G/LTE)
- LTE-Advanced: LTE-Advanced ist eine Erweiterung von LTE, die theoretisch Datenraten bis 3 Gbit/s ermöglicht.
5. Generation (5G)
Die 5. Generation des Mobilfunks soll Datenraten von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde erreichen. Das wäre etwa 10-mal so schnell wie der aktuelle LTE-Standard. 5G nutzt wesentlich intensiver alle Ressourcen, die für die Funkübertragung genutzt werden können. 5G beruht im wesentlichen auf drei Faktoren:
- intensive Nutzung weiterer Frequenzbänder (Es können mehr als eine Milliarde Frequenzen für 5G genutzt werden, welche in den nächsten Jahren noch erweitert werden sollen)
- dichtem Netzwerk von Antennen (im Innen- und Aussenbereich) (Je mehr die höheren Frequenzen genutzt werden, desto mehr Verluste entstehen bei der Funkübertragung und somit ist die Reichweite kürzer d.h. die Smartphones müssen näher an die Antennen sein)
- sehr hoher Anzahl von Endgeräten ( zunehmende Kommunikationslinien zwischen Maschine zu Maschine (M2M) wie z.B. für autonomes Fahren
Bus ist die Abkürzung für das „Binary Unit System“. Dieses System dient innerhalb eines Netzwerkes für die Übertragung von Daten zwischen den einzelnen Teilnehmern. Als Bussystem wird die Gesamtheit aller Verbindungen zum Senden und Empfangen von Daten zwischen den einzelnen Bauteilen und Geräten (Funktionseinheiten) bezeichnet. Es handelt sich praktisch um ein komplexes System elektronischer Miniaturleitungswege. Prinzipiell können alle an ein Bussystem angeschlossenen Funktionseinheiten Informationen senden und empfangen. Um zu verhindern, dass verschiedene Geräte/Bauteile gleichzeitig Daten senden und um zu gewährleisten, dass nur die Geräte/Bauteile empfangsbereit sind, für die die aktuell gesendeten Daten bestimmt sind, müssen Bussysteme sehr präzise verwaltet werden. Meist erfolgt das durch den Prozessor, oft auch durch einen eigenen Buscontroller.
Beim CAN-Bus handelt es sich um ein Bus-Protokoll, das in den 80'er Jahren von der Fa. Bosch entwickelt wurde. Zur Vereinfachung der zunehmenden Verkabelung einzelner elektronischer Komponenten, Sensoren und Aktoren im Kraftfahrzeug wurde die Einführung eines Bussystems notwendig. Das Bussystem sollte eine hohe Sicherheit gegen elektromagnetische Störungen aufweisen, echtzeitfähig und zuverlässig sein und für Serienanwendungen vor allem kostengünstig sein. Physikalisch basiert der Isobus auf dem CAN-Bus.
Der CAN-Bus (Controller Area Network) ist ein serielles Bussystem mit gleichberechtigten Teilnehmern. Jeder einzelne Knoten im Netz kann eine Kommunikation einleiten, also unabhängig senden und empfangen kann. Im Gegensatz zu anderen Protokollen adressiert CAN nicht die Teilnehmer, sondern die Nachricht, die übermittelt wird. Die gesendeten Informationen werden von allen Teilnehmern empfangen. Jeder Teilnehmer kann entscheiden, ob die Nachricht für ihn wichtig ist oder nicht.
Isobus ist ein Standard, das den Austausch von Daten und Informationen zwischen Traktoren und Anbaugeräten dank einer universellen Sprache ermöglicht und basiert auf einem CAN-Bussystem. Dabei werden die einzelnen Hydraulikzylinder oder Elektromotoren nicht mehr durch Hebel oder Schalter im Schlepper einzeln angesteuert, sondern es werden über ein einziges Kabel Befehle zum Gerät geleitet. Dort sitzt ein kleiner Computer, der so genannte „Jobrechner“, der die Befehle empfängt und am Gerät die notwendigen Hydraulikventile steuert oder Elektromotoren startet.
Isobus in Kurzform:
- Kommunikationsstandard zwischen allen Systemkomponenten (Traktor, Gerät, Universalterminal) (ISO-Norm: 11783)
- Gründung des Competence Centers Isobus (CCI) in 2009 durch 6 Hersteller mit dem Ziel gemeinsam Isobus-Lösungen zu entwickeln
- Aufbau von Schnittstellen für den Datenaustausch und Anschluss von Geräten
- Softwareanwendungen können in die CCI-Terminals hochgeladen werden mit kundenspezifische Einstellungen
- Verfügbarkeit von Apps für Teilbreitenschaltung, Dokumentierung, Mengenverstellung
Nutzen von Isobus
- optimale Einstellung des Arbeitsgerätes: Anzeige von Einstellwerten mit der Möglichkeit der Änderung, Speicherung, und erneut aufzurufen.
- einfachen Handhabung und Bedienung: zwischen Schlepper und Gerät sind nicht mehr unendlich viele Kabel und Hydraulikschläuche zu kuppeln sondern nur noch eine Druckleitung und ein druckloser Rücklauf sowie ein BUS-Kabel, über das der Strom und die Befehle zum Gerät geleitet werden.
- verschiedene Funktionen am Gerät können vom Traktorsitz aus während der Fahrt bedient werden
- Verfügt der Schlepper über ein BUS-Terminal, entfallen auch die einzelnen Bedienboxen für jedes Gerät. Das Terminal erkennt das angeschlossene Gerät automatisch.
Die wichtigsten Isobus-Module
AEF ISOBUS Datenbank
Mit wenigen Mausklicks können Nutzer prüfen, welche Funktionalitäten ein bestimmtes Produkt unterstützt. Ebenso ist abrufbar, welche Funktionalitäten eine bestimmte Kombination aus Traktor, Terminal und Anbaugerät unterstützt.
TIM - Tractor Implement Management - Das Gerät steuert den Traktor
TIM (auf Deutsch: Traktor-Geräte-Management oder Gerät-steuert-Traktor) ist eine produkt- und herstellerübergreifende ISOBUS Lösung der Landtechnikindustrie, bei der das Anbaugerät bestimmte Traktorfunktionen steuern kann. Der Schlüssel für diese neue Technologie ist die Nutzung der Vorteile des Gesamtsystems, bestehend zum Beispiel aus Traktor und Gerät
Während bei anderen Lösungen ausschliesslich der Traktor das Anbaugerät steuert, sprechen Experten bei TIM von einer bidirektionalen Kommunikation, also einem Austausch, bei dem Daten in beide Richtungen übertragen werden. Das bedeutet: Mithilfe von TIM kann ein Anbaugerät automatisch bestimmte Funktionen des Traktors steuern – zum Beispiel übernimmt beispielsweise der Ladewagen die Steuerung der Traktorgeschwindigkeit. Er bestimmt die optimale Arbeitsgeschwindigkeit für die Aufnahme des Materials, abhängig von verschiedenen Parametern wie z.B. dem Schwadvolumen.
Ein System zur kabellosen Informationsübertragung durch kleinste so genannte Transponder oder Tags. In ihrer einfachsten Form dienen sie lediglich zur sicheren Identifizierung von Lebewesen und Produkten.
Sensor Technologie
Radio Frequency Identification - Eine Identifizierung über elektromagnetische Wellen. Für die Anwendung der Technologie ist ein System aus Sender und Empfänger notwendig, welche sich aus einem Transponder und einem Lesegerät zusammensetzt. Das Lesegerät (Reader) erzeugt ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld, dem der RFID-Transponder (RFID-Tag dt. Etikett, Anhängezettel) ausgesetzt wird. Die von ihm über die Antenne aufgenommene Hochfrequenzenergie dient während des Kommunikationsvorganges als Stromversorgung für seinen Chip. Der so aktivierte Mikrochip im RFID-Tag decodiert die vom Lesegerät gesendeten Befehle. Die Antwort codiert und moduliert das RFID-Tag in das eingestrahlte elektromagnetische Feld durch Feldschwächung. Damit überträgt das Tag seine Seriennummer (UID) oder andere vom Lesegerät abgefragte Information. Das Tag erzeugt selbst also kein Feld, sondern beeinflusst das elektromagnetische Sendefeld des Readers.
UHF RFID/ RFID UHF (Ultra-Hoch-Frequenz) ist die neuste Generation.Sie haben eine höhere Geschwindigkeit von dem Datenverlegen als die LF oder die HF.
Die Lesereichweite ist deutlich höher und man kann mehrere hundert Transponder parallel erfassen. Dadurch kann man das Bewegungsmuster aller Tiere in einer Gruppe aufzeichnen und dabei z.B. Rückschlüsse auf Lahmheiten oder Fieber ziehen. Möglich wäre es auch, den Standort des Tieres genau zu bestimmen, weil der Sender jede Sekunde seine Position an den Empfänger schickt. Zum Beispiel kann der Landwirt dadurch Schweine in der Gruppenhaltung schneller finden.
Anwendungen
Tiererkennung z.B. Kühe am Kraftfutterautomat, Sauen an Eberbucht, Aufenthaltsorte der Tiere im Stall, Dokumentation Temperatur in einer Kühlkette vom Erzeuger bis zum Verarbeiter. Weitere Anwendungen. Blutdruck drahtlos messen durch Nano-RFID Chips in Blutbahnen von Tieren. pH-Wert und die Temperatur Messung im Pansen von Milchkühen.
Die serielle Schnittstelle ist eine umgangssprachliche Bezeichnung für eine Schnittstelle zur Datenübertragung zwischen zwei Geräten, bei denen einzelne Bits zeitlich nacheinander übertragen werden (Serielle Datenübertragung).
RS-232 (Recommended Standard 232) ist ein Standard für eine serielle Schnittstelle, der in den frühen 1960er Jahren vom US-amerikanischen Standardisierungsgremium Electronic Industries Association (EIA) erarbeitet wurde und bis in die 2010er Jahre häufig bei Computern vorhanden war. Bekannt ist diese Schnittstelle auch als COM-Schnittstelle und dient u.a. als Datenübertragung von Positionsdaten von einem Satellitenempfänger bzw. Modem an das Traktorterminal. Da die Antenne aussen angebracht ist muss die Verbindung zum Rechner über ein serielles Kabel hergestellt wird. Um die serielle Kommunikation einzurichten, muss eine korrekte Portnummer und die Geschwindigkeit der Datenübertragung angeben.
Ethernet ist eine Technik, die Software (Protokolle usw.) und Hardware (Kabel, Verteiler, Netzwerkkarten usw.) für kabelgebundene Datennetze untergliedert. Sie sind die Basis für lokale Datennetze (LANs) und werden daher auch als LAN-Technik bezeichnet wird. (nach Wikipedia).
Sie ermöglicht den Datenaustausch zwischen den in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten (Computer, Drucker und dergleichen). Derzeit sind Übertragungsraten von < 100 Megabit/s (Fast Ethernet) > 1 Gigabit/s (Gigabit-Ethernet) spezifiziert. In seiner ursprünglichen Form erstreckt sich das LAN dabei nur über ein Gebäude. Die Ethernet-Protokolle umfassen Festlegungen für Kabeltypen und Stecker sowie für Übertragungsformen (Signale auf der Bitübertragungsschicht, Paketformate). Ethernet entspricht weitestgehend der IEEE-Norm 802.3 (Institute of Electrical and Electronics Engineers -> eine Sammlung von Standards für kabelbasierte Netzwerke)
RJ-45
Ein RJ45 ist ein Systemkabel oder Stecker im Ethernet und kann alle heute üblicherweise genutzten Übertragungsgeschwindigkeiten von Ethernet nach IEEE 802.3 unterstützen. Das sind u.a. Fast Ethernet 100 Mbit/s, Gigabit Ethernet und für zukünftige Anwendungen auch 10 Gbit/s Ethernet.
Wi-Fi
WiFi ist ein für Vermarktungszwecke erfundener Kunstbegriff, der in Analogie zu Hi-Fi gebildet wurde. Ob es wie dieser eine Abkürzung darstellt, wird bezweifelt; das Wi steht sicher für „wireless“. Oft wird Wi-Fi als Synonym für WLAN benutzt. Streng genommen sind WLAN und Wi-Fi jedoch nicht dasselbe: WLAN bezeichnet das Funknetzwerk, Wi-Fi hingegen die Zertifizierung durch die Wi-Fi Alliance (Wi‑Fi-zertifizierten Produkte sind somit 802.11-konform). (Wikipedia)
WLAN
WLAN ist eine Abkürzung und steht für Wireless Local Area Network, zu deutsch: Drahtloses Lokal-Netzwerk. Mit WLAN wird per Funkverbindung mit dem Computer oder Mobilgerät ins Internet gewählt. Diese Verbindung erfolgt dabei über den sogenannten WLAN-Router. Das erhöht die Mobilität, da an jedem beliebigen Ort des Gebäudes Zugang zum Internet oder aufs eigene Datenpool besteht.
Hotspot
Hotspot (dt. Internet-Zugangs-Punkt) ist eine drahtlose Verbindung ins Internet. Hotspots sind somit Orte, an denen man mit einem Mobilgerät in das Internet gehen kann. Auch selber kann man einen Hotspot mit dem Handy mit der entsprechenden Funktion (z.B. persönlicher Hotspot) schnell einrichten. Somit können sich andere Geräte mit dem Internet des eigenen Handys verbinden. Der Hotspot sollte mit einem Passwort versehen sein.
Die Satellitenkommunikation ermöglicht das Senden und Empfangen von Daten immer und überall – auch an Bord von Schiffen, in Flugzeugen und in entlegenen Regionen mit fehlender oder schlechter Internetanbindung.
Positionsdaten
Auf kreisförmigen Bahnen in 20.200 km Höhe umkreisen Satelliten die Erde. Die Satelliten sind von der Erde aus gesehen ständig in Bewegung. Jeder Satellit strahlt ständig seine aktuellen Positionsdaten auf seiner Umlaufbahn und seine genaue Atomuhrzeit aus. Das Datensignal mit einer Datenrate von 50 bit/s und einer Rahmenperiode von 30 s wird auf zwei Frequenzen ausgesendet: L1 und L2 Frequenz; durch die Übertragung auf zwei Frequenzen können ionosphärische Effekte, die zur Erhöhung der Laufzeit führen, herausgerechnet werden, was die Genauigkeit steigert.
Erdbeobachtung & Meteorologie
Satellitengestützte Erdbeobachtung liefert Informationen über den Zustand von Ackerböden und Feldfrüchten. Durch laufend wiederholte Aufnahmen im Jahresverlauf werden aktuelle Einblicke ins Innenleben von Pflanzen möglich - wie hoch sind Chlorophyll- oder Wassergehalt, wie gut ist jeweils die Nährstoffversorgung, welche Erträge sind zu erwarten. Ein Wettersatellit ist ein Erdbeobachtungssatellit, der der Beobachtung meteorologischer Vorgänge dient, also physikalischer und chemischer Vorgänge in der Atmosphäre der Erde. Die meisten Wettersatelliten messen die elektromagnetische Strahlung der Erdoberfläche und der Erdatmosphäre. Es gibt dazu aktive Instrumente, bei denen Radar- oder Laserstrahlen ausgesendet werden und das reflektierte Signal gemessen wird und passiven Instrumente die gegebenes Strahlung erfassen und auswerten.
Telekommunikation & Internet
Internet über Satellit ist ein satellitengestützter Breitband-Internetzugang. Häufig werden dazu geostationäre Satelliten verwendet. Es gibt jedoch auch Satelliten-Konstellationen in der niedrigen und mittleren Erdumlaufbahn (LEO und MEO), die für einen Internet-Zugang genutzt werden können. Mit OneWeb und Starlink sind seit 2019 zwei neue Grosskonstellationen von mehreren hundert beziehungsweise tausend Satelliten im Aufbau.