Intelligent Vending Machines erobern mit M2M-Technik selbst entlegene Regionen

Die klassischen Kaugummiautomaten mit Drehgriff aus den 60er Jahren sind selten geworden im Straßenbild. Ganz anders sieht das bei ihren technisch hochgerüsteten Nachfolgern aus: Heute lässt sich Beliebiges aus modernen Verkaufsautomaten ziehen, unabhängig vom Standort. Die Intelligent Vending Machine – ein einfacher Automat erweitert um intelligente Funktionen – ist auf dem Vormarsch. Im Jahr 2015 betrug das weltweite Marktvolumen laut einer Studie von Grand View Research 3,34 Milliarden US-Dollar. Bis 2025 soll es auf 11,84 Milliarden US-Dollar anwachsen. Treiber sind neben Mobilfunktechnologien wie NFC (Near-Field Communication) auch Protokolle zur Datenübertragung, die das bargeldlose Einkaufen und/oder Gesichts- und Spracherkennung ermöglichen.

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

Dieser Beitrag skizziert exemplarisch die Überwachung der Befüllung einer Intelligent Vending Machine, um die Verfügbarkeit der Verkaufsware wie auch die Funktionsfähigkeit des Automaten sicherzustellen. Zu den technischen Voraussetzungen für eine solche Lösung gehören unter anderem die Robustheit gegenüber hohen Temperaturen, eine Kommunikation mit LTE und WLAN nach dem Standard IEEE 802.11n, die Möglichkeit zum Aufbau von VPN-Tunnels (geschützte Kommunikationskanäle) sowie ein Zugriff per remote. Neben der eigentliche Automatenhardware mit Beleuchtung, Sensoren und kundenspezifischer Software ist dafür auch eine Kommunikationslösung erforderlich. Das Herzstück für die Kommunikation bilden ein eingebauter Router und ein spezifisches Diagnoseprogramm.

IoT-Gateway erspart Modem

Bild 1: Der Industrial Router NB800 von Netmodule ist speziell für kostensensitive Konnektivitätsanwendungen konzipiert. Netmodule

Für die Anwendung im Verkaufsautomat kommt etwa der Industrial Router NB800 mit WLAN oder BLE von Netmodule in Frage, ein speziell für kostensensitive Konnektivitätsanwendungen entwickelter Router, der eine einfache Integration ermöglicht und Remote-Konfiguration und  -Management sicherstellt (Bild 1). Dank der anwendungsspezifischen Konfiguration fällt nicht benötigte Ausstattung weg.

Im konkreten 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 remote ausführbare Steuerkommandos. Mit kompakten Abmessungen und dem robusten Aluminiumgehäuse, das mechanischen und thermischen Belastungen (-40°C bis +70°C) standhält, eignet er sich ideal für die Installation in einem Verkaufsautomaten. Hier kommt auch seine niedrige Leistungsaufnahme (weniger als 5 W 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 ein Combo-Modul für WLAN 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 2×2-MIMO-Mode und stellt so eine WWAN-Konnektivität (Wireless Wide Area Network) mit bis zu 100 Mbit/s sicher.

Augenmerk auf Sicherheit

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

Darüber hinaus empfiehlt Netmodule eigene Sicherheitsmaßnahmen für die Geräte und legt den Fokus vor allem auf kritische Bereiche wie Login und SSL und das „USB Autorun“-Feature. Zu den Sicherheitsmechanismen der Netmodule-Route-Software (NRS) gehören zudem 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-Geräts (Random Number Generator) erstellen oder alle Zertifikate insgesamt auf einem Remote-Zertifizierungsserver verwalten.

Industrie-PC nicht länger notwendig

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

Bild 2: Über die Verbindung mit dem Zentralrechner informiert der Automat selbstständig, wie der aktuelle Warenbestand aussieht. Netmodule

Über die Verbindung mit dem Zentralrechner teilt der Automat die Bestände selbstständig mit beziehungsweise informiert, welche Behälter befüllt werden müssen (Bild 2). 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 mittels Kommandozeilen per Fernzugriff sowie das bequeme Einspielen von neuer Firmware. Vor-Ort-Termine zur Kontrolle und Wartung sind mit dieser kontinuierlichen Fernüberwachung passé. Zugleich kann der Betreiber individuelle Auswertungen programmieren zum Beispiel nach Beliebtheit des Angebots, um sein Angebot noch besser auszurichten.

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