| ... | ... | @@ -2,25 +2,25 @@ |
|
|
|
|
|
|
|
#### Johdanto
|
|
|
|
|
|
|
|
Saimme tehtävänannoksemme Keski-Suomen sairaanhoitopiirin apuvälinekeskukselta tutkia ja kehittää ratkaisu apuvälineiden seurantaan. Seurantalaite järjestelmän tarkoitus on seurata KSSHP:n lainaamien apuvälineiden sijaintia ja käyttöastetta, jonka mukaan voidaan arvioida onko laite oikeasti siihen tarkoitetussa käytössä vai onko se käyttämättömänä suurimman osan ajasta. Saimme käyttöömme toimeksiannon ajaksi uutta Narrowband IoT teknologiaa ja erilaisia GPS paikantimia, joita pystyimme hyödyntämään toimeksiantoa toteuttaessa.
|
|
|
|
Saimme tehtävänannoksemme Keski-Suomen sairaanhoitopiirin apuvälinekeskukselta tutkia ja kehittää ratkaisu apuvälineiden seurantaan. Seurantalaite järjestelmän tarkoitus on seurata KSSHP:n lainaamien apuvälineiden sijaintia ja käyttöastetta, jonka mukaan voidaan arvioida onko laite oikeasti siihen tarkoitetussa käytössä vai onko se käyttämättömänä suurimman osan ajasta. Saimme käyttöömme toimeksiannon ajaksi uutta Narrowband IoT-teknologiaa ja erilaisia GPS-paikantimia, joita pystyimme hyödyntämään toimeksiantoa toteuttaessa.
|
|
|
|
|
|
|
|
#### Tiivistelmä
|
|
|
|
|
|
|
|
Lopputuloksena saimme toimivan konseptin, jossa toimeksiannon määrittelmät pää-toiminnallisuudet saatiin toteutettua. Lyhyen aikataulun vuoksi osasta pienemmästä toiminnallisuudesta jouduttiin luopumaan, kuten huoltoilmoituksesta ja mobiilipohjasta, mutta nämä ovat toiminnallisuuksia joita voidaan lähteä jatkokehittämään käyttäen meidän luomaa pohjaa. Suoritimme myös yhteystestejä NB-IoT modeemilla erilaisissa käyttöympäristöissä ja totesimme, että NB-tekniikalla yhteys säilyy paikoissa, joissa normaali 4G yhteys katkeaisi ja tämän vuoksi soveltuu meidän toteutukseemme.
|
|
|
|
Lopputuloksena saimme toimivan konseptin, jossa toimeksiannon määrittelemät pää-toiminnallisuudet saatiin toteutettua. Lyhyen aikataulun vuoksi osasta pienemmistä toiminnallisuuksista jouduttiin luopumaan, kuten huoltoilmoituksesta ja mobiilipohjasta, mutta nämä ovat toiminnallisuuksia joita voidaan lähteä jatkokehittämään käyttäen meidän luomaa pohjaa. Suoritimme myös yhteystestejä NB-IoT modeemilla erilaisissa käyttöympäristöissä ja totesimme, että NB-tekniikalla yhteys säilyy paikoissa, joissa normaali 4G-yhteys katkeaisi ja tämän vuoksi soveltuu meidän toteutukseemme.
|
|
|
|
|
|
|
|
#### Laitteisto
|
|
|
|
|
|
|
|
Meidän laite, eli Motikka, koostuu Raspberry Pi 3:sta, ruuvitag sensorista, Quectel LTE BC95-G NB-IoT Moduulista ja Queclink GL505 GPS paikantimesta. Näillä neljällä laitteella saamme toteutettua toimivan kehitysympäristön, mutta käytännössä tällä toteutuksella on vielä kehityskohteita. Esimerkiksi virrankulutus on suuri ongelma, sillä Raspberry Pi 3:nen vie huomattavan paljon virtaa, eteenkin kun toteutuksemme tarvitsee bluetoothin jatkuvaa käyttöä. Laitteesta olisi myös suotavaa saada pienikokoisempi, jos sitä lähdetään kehittämään pidemmälle.
|
|
|
|
Meidän laite, eli Motikka, koostuu Raspberry Pi 3:sta, Ruuvitag-sensorista, Quectel LTE BC95-G NB-IoT moduulista ja Queclink GL505 GPS-paikantimesta. Näillä neljällä laitteella saamme toteutettua toimivan kehitysympäristön, mutta käytännössä tällä toteutuksella on vielä kehityskohteita. Esimerkiksi virrankulutus on suuri ongelma, sillä Raspberry Pi 3 vie huomattavan paljon virtaa, etenkin kun toteutuksemme tarvitsee bluetoothin jatkuvaa käyttöä. Laitteesta olisi myös suotavaa saada pienikokoisempi, jos sitä lähdetään jatkokehittämään pidemmälle.
|
|
|
|
|
|
|
|
#### Pilvipalvelut
|
|
|
|
|
|
|
|
Olemme hyödyntäneet toteutuksessamme Google cloudin pilvipalveluita. Pilvipalvelussa toimii narrowband palvelin, front- ja backend, MQTT sekä relaatiotietokanta, jotka on toteutettu docker konttien avulla. Näistä palveluista muodostuu meidän järjestelmä nimeltään MoTrak. Olemme myös soveltaneet kubernetestä meidän gitlab repositoryyn, jotta se olisi tulevaisuudessa helposti skaalautuva ja saisimme saumattoman CI/CD ketjun ympäristöömme.
|
|
|
|
Olemme hyödyntäneet toteutuksessamme Google cloudin pilvipalveluita. Pilvipalvelussa toimii Narrowband-palvelin, front- ja backend, MQTT, sekä relaatiotietokanta, jotka on toteutettu docker-konttien avulla. Näistä palveluista muodostuu meidän järjestelmä nimeltään MoTrak. Olemme myös soveltaneet Kubernetestä meidän GitLab-repositorioon, jotta se olisi tulevaisuudessa helposti skaalautuva ja saisimme saumattoman CI/CD-ketjun ympäristöömme.
|
|
|
|
|
|
|
|
#### Sisätilapaikannus
|
|
|
|
|
|
|
|
Sisätilapaikannus oli ominaisuus joka voitaisiin tulevaisuudessa implementoida uuden sairaalan ja apuvälinekeskuksen tiloihin, jolla voitaisiin seurata apuvälineiden sijaintia sairaalan sisällä helposti ja voitaisiin määrittää onko laite huollossa, lainassa vai varastolla. Meidän toteutuksessa saimme tämän tehtyä käyttämällä Bluetoothin RSSI-arvojen triangulointia, jossa kolme Raspberry Pi 3:sta huoneen nurkissa seuraa Motikan ruuvitag sensorin Bluetooth signaalin vahvuuksia ja määrittää sen mukaan missä tilassa laite on.
|
|
|
|
Sisätilapaikannus on ominaisuus, joka voitaisiin tulevaisuudessa implementoida uuden sairaalan ja apuvälinekeskuksen tiloihin, jolla voidaan seurata apuvälineiden sijaintia sairaalan sisällä helposti ja voidaan määrittää onko laite huollossa, lainassa vai varastolla. Meidän toteutuksessa saimme tämän tehtyä käyttämällä Bluetoothin RSSI-arvojen triangulointia, jossa kolme Raspberry Pi 3:sta huoneen nurkissa seuraa Motikan Ruuvitag-sensorin Bluetooth-signaalin vahvuuksia ja määrittää sen mukaan, missä tilassa laite on.
|
|
|
|
|
|
|
|
Järjestelmää pystyttäessä huomasimme, että bluetooth arvojen seuraaminen on erittäin haasteellista, sillä pienikin este lähettäjän ja vastaanottimien välillä aiheuttaa suuriakin heittoja signaalissa, mikä vaikeuttaa tarkan sijainnin arviointia. RFID seuranta olisi todennäköisesti tarkempi ja varmepi tapa seurata laitteita, sillä RFID teknologiaa voidaan integroida monella eri tapaa, esimerkiksi ovenkarmeihin tai jopa apuvälineen pyöriin, jolloinka lukijat ovat lattiassa.
|
|
|
|
Järjestelmää pystyttäessä huomasimme, että Bluetooth-arvojen seuraaminen on erittäin haasteellista, sillä pienikin este lähettäjän ja vastaanottimien välillä aiheuttaa suuriakin heittoja signaalissa, mikä vaikeuttaa tarkan sijainnin arviointia. RFID seuranta olisi todennäköisesti tarkempi ja varmempi tapa seurata laitteita, sillä RFID-teknologiaa voidaan integroida monella eri tapaa, esimerkiksi ovenkarmeihin tai jopa apuvälineen pyöriin, jolloin lukijat olisivat lattiassa.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ... | ... | @@ -28,18 +28,18 @@ Järjestelmää pystyttäessä huomasimme, että bluetooth arvojen seuraaminen o |
|
|
|
|
|
|
|
#### Ulkotilapaikannus
|
|
|
|
|
|
|
|
Ulkotilapaikannuksessa tarkoituksena oli hyödyntää GPS-paikantimia, joita saimme Telialta lainaan. Valitsimme meidän tehtävänantoon parhaiten sopivaksi paikantimeksi Queclink GL 505:sen sen pienen koon ja suuren akkukapasiteetin vuoksi. Tämä GPS-data lähetetään kerran päivässä cumulocity palvelimelle jonka rajapinnasta me haemme sen meidän omalle palvelimelle.
|
|
|
|
Ulkotilapaikannuksessa hyödynnettiin GPS-paikantimia, joita saimme Telialta lainaan. Valitsimme meidän tehtävänantoon parhaiten sopivaksi paikantimeksi Queclink GL 505:sen sen pienen koon ja suuren akkukapasiteetin vuoksi. Tämä GPS-data lähetetään kerran päivässä Cumulocity-palvelimelle, jonka rajapinnasta haemme sen meidän omalle palvelimelle.
|
|
|
|
|
|
|
|
Lisäsimme meidän graafiseen käyttöliittymään hakupalkin, jolla voidaan hakea tiettyjä laitteita ja se ilmoittaa laitteen tilan, eli onko se huollossa, varastolla vai lainassa.
|
|
|
|
Lisäsimme meidän graafiseen käyttöliittymään hakupalkin, jolla voidaan hakea tiettyjä apuvälineitä ja se ilmoittaa apuvälineen tilan, eli onko se huollossa, varastolla vai lainassa.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*Kuva 2 - Ulkotilapaikannuksen karttanäkymä*
|
|
|
|
|
|
|
|
#### Käyttöasteen seuranta
|
|
|
|
|
|
|
|
Käyttöasteen seurantaa lähdimme kehittämään käyttämällä RuuviTagin kiihtyvyysanturia, joka liikkeen havaitessaan lähettää havaitun liikkeen Bluetoothin yli raspberrylle ja tallentaa sen loki tiedostoon, joka lähetetään kerran päivässä meidän palvelimelle käyttäen NB-IoT -tekniikkaa.
|
|
|
|
Käyttöasteen seurantaa lähdimme kehittämään käyttämällä RuuviTagin kiihtyvyysanturia. Ruuvitag lähettää kiihtyvyysanturin dataa Bluetoothilla Raspberry Pi:lle, joka lukee sen Python-skriptillä. Liikkeen havaitessaan skripti ottaa laskuriin ylös liikahdukset tunnin ajalta ja tallentaa ne tiedostoon, joka lähetetään kerran päivässä meidän palvelimelle käyttäen NB-IoT-tekniikkaa.
|
|
|
|
|
|
|
|
Käyttöastete on visualisoitu näyttämään kuinka paljon apuvälinettä on käytetty minäkin päivänä ja datan kerääminen on toteutettu seuraamalla, kuinka monta prosenttia apuväline on liikkunut koko päivän minuuttimäärästä kokonaisuudessaan.
|
|
|
|
Käyttöaste on visualisoitu näyttämään, kuinka paljon apuvälinettä on käytetty minäkin päivänä ja datan kerääminen on toteutettu seuraamalla, kuinka monta prosenttia apuväline on liikkunut koko päivän minuuttimäärästä kokonaisuudessaan.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ... | ... | @@ -50,12 +50,12 @@ Käyttöastete on visualisoitu näyttämään kuinka paljon apuvälinettä on k |
|
|
|
#### Johdanto
|
|
|
|
|
|
|
|
Tarkoituksena meillä oli testata Quectelin BC95-G evaluiointilaudan signaalin voimakkuutta ja pingauksen viivettä rajoitetummissa olosuhteissa. Tähän kuuluu myös meidän oman palvelun käyttöastedatan lähettäminen Quectel BC95-G:n kautta omille palvelimille.
|
|
|
|
Olemme testailleet laitetta kolmessa eri kohteessa, jotka eroavat toisistaan merkittävästi. Ensimmäisenä testialueena käytimme Wimmalabin tiloja, jotka sijaitsevat Dynamolla, piippukatu 2. Toinen testialue mihin lähdimme, oli kauempana toimistostamme ja sijaitsi Jyväskylän luodepuolella Ruokeen vieressä, Vesangantien varrella. Tämän alueen valitsimme cellmapper.net:in tarjoamien tietojen mukaan, jonka avulla löysimme sijainnin, jossa signaalin vahvuus ei ole parhaimmillaan. Kolmantena testialueena käytimme Dynamon väestönsuojaa, joka sijaitsee alimmassa kerroksessa.
|
|
|
|
Aloitimme testaamisen yhdistämällä Raspberry pi 3:n Dynamon 4. kerroksessa ja meidän ohjelmamme aloitti informaation lähettämisen palvelimelle yhden minuutin välein. Matka jatkui henkilöautolla kohti Vesangantietä. Tällä välillä meidän ohjelmamme, joka lähetti käyttöastedataa, oli kadottanut yhden paketin kahdestakymmenestä. Vaikuttavana tekijänä ollut liikkuvassa ajoneuvossa sijaitseva NB-IoT lähetin.
|
|
|
|
Testasimme laitetta Jyväskylässä kolmessa eri kohteessa, jotka eroavat toisistaan merkittävästi. Ensimmäisenä testialueena käytimme Wimmalabin tiloja, jotka sijaitsevat Dynamolla, osoitteessa Piippukatu 2. Toinen testialue mihin lähdimme, oli kauempana toimistostamme ja sijaitsi Jyväskylän luoteispuolella Ruokeen vieressä, Vesangantien varrella. Tämän alueen valitsimme cellmapper.net:in tarjoamien tietojen mukaan, jonka avulla löysimme sijainnin, jossa signaalin vahvuus ei ole parhaimmillaan. Kolmantena testialueena käytimme Dynamon väestönsuojaa, joka sijaitsee alimmassa kerroksessa.
|
|
|
|
Aloitimme testaamisen kiinnittämällä Raspberry Pi 3:n ja NB-modeemin akkupankkeihin Dynamon 4. kerroksessa ja käyttöasteskripti aloitti datan lähettämisen palvelimelle yhden minuutin välein. Matka jatkui henkilöautolla kohti Vesangantietä. Tällä välillä skriptimme, joka lähetti käyttöastedataa, oli kadottanut yhden paketin kahdestakymmenestä. Vaikuttavana tekijänä ollut liikkuvassa ajoneuvossa sijaitseva NB-IoT lähetin.
|
|
|
|
|
|
|
|
#### Sisätilatestaus
|
|
|
|
|
|
|
|
Ensimmäisessä testauskohteessa, Dynamolla, saimme hyvää signaalin vahvuutta, kuva[1], eivätkä ping testien , kuva[2], aikaviiveet olleet keskimäärin kovin suuria. Testin alussa, tuntemattomasta syystä kuitenkin viive nousi melkein 7000:een millisekuntiin.
|
|
|
|
Ensimmäisessä testauskohteessa, Dynamolla, saimme hyvää signaalin vahvuutta, kuva[1], eivätkä ping-testien, kuva[2], aikaviiveet olleet keskimäärin kovin suuria. Testin alussa kuitenkin viive nousi melkein 7000:een millisekuntiin tuntemattomasta syystä.
|
|
|
|
|
|
|
|
*Kuva 1 - Pingaus Dynamolla, toimistossa* | *Kuva 2 - Signaalin vahvuus Dynamolla, toimistossa*
|
|
|
|
:-------------------------:|:-------------------------:
|
| ... | ... | @@ -63,9 +63,9 @@ Ensimmäisessä testauskohteessa, Dynamolla, saimme hyvää signaalin vahvuutta, |
|
|
|
|
|
|
|
#### Ulkotilatestaus
|
|
|
|
|
|
|
|
Testauskohteessa Ruokeen vieressä, Kuva [5] otimme käyttöön Telian LPWAN communicatorin, jolla saimme ylös signaalinvahvuudet ja ping testien viiveet. Kuvassa [3] näkyy signaalinvahvuus ja aikaleima ja kuvassa [4] ping testin viiveet.
|
|
|
|
Testauskohteessa Ruokeen vieressä, Kuva [5] otimme käyttöön Telian LPWAN communicatorin, jolla saimme ylös signaalin vahvuudet ja ping-testien viiveet. Kuvassa [3] näkyy signaalin vahvuus sekä aikaleima ja kuvassa [4] ping-testin viiveet.
|
|
|
|
|
|
|
|
*Kuva 3 - Signaalin vahvuus Vesangantien varrella* | *Kuva 4 - Ping testi Vesangantien varrella*
|
|
|
|
*Kuva 3 - Signaalin vahvuus Vesangantien varrella* | *Kuva 4 - Ping-testi Vesangantien varrella*
|
|
|
|
:-------------------------:|:-------------------------:
|
|
|
|
 | 
|
|
|
|
|
| ... | ... | @@ -75,15 +75,15 @@ Testauskohteessa Ruokeen vieressä, Kuva [5] otimme käyttöön Telian LPWAN com |
|
|
|
|
|
|
|
#### Testaus liikkeessä
|
|
|
|
|
|
|
|
Testasimme paluumatkalla testikohteesta liikkeen ja vaihtuvien tukiasemien vaikutusta yhteyksiin. Näistä totesimme, kuvassa [6], että tämä kyseinen tekniikka ei sovellu ajoneuvossa kuljettamiseen. Osa lähetetyistä ICMP paketeista pudotettiin liian pitkään viiven muodostuttua ja huonoimmillaan ohjelma mittasi viiveeksi 8398 millisekuntia. Signaalin vahvuus vaihteli tukiasemien välillä noin -60dBm ja -81dBm:n välillä.
|
|
|
|
Testasimme paluumatkalla testikohteesta liikkeen ja vaihtuvien tukiasemien vaikutusta yhteyksiin. Näistä totesimme, kuvassa [6], että tämä kyseinen tekniikka ei sovellu ajoneuvossa kuljettamiseen. Osa lähetetyistä ICMP-paketeista pudotettiin liian pitkän viiven muodostuttua ja huonoimmillaan ohjelma mittasi viiveeksi 8398 millisekuntia. Signaalin vahvuus vaihteli tukiasemien välillä noin -60dBm ja -81dBm:n välillä.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*kuva 6 - Ping testit liikkuvassa ajoneuvossa Jyväskylän seudulla*
|
|
|
|
*Kuva 6 - Ping-testit liikkuvassa ajoneuvossa Jyväskylän seudulla*
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
#### Testaus väestönsuojassa
|
|
|
|
Kolmannella ja viimeisellä testauksella saavuimme Dynamon väestönsuojaan, jossa hyvä yhteys yllätti meidät. Ping testit, kuvassa [7], eivät paljoa eronneet neljä kerrosta ylempänä tehtyihin testeihin. Signaaliin vahvuus, kuvassa[8] tosin erosi huomattavasti, muttei vaikuttanut yhteyden nopeuteen.
|
|
|
|
Kolmannella ja viimeisellä testauksella saavuimme Dynamon väestönsuojaan, jossa hyvä yhteys yllätti meidät. Ping-testit, kuvassa [7], eivät paljoa eronneet neljä kerrosta ylempänä tehtyihin testeihin. Signaaliin vahvuus, kuvassa[8] tosin erosi huomattavasti, muttei vaikuttanut yhteyden nopeuteen.
|
|
|
|
|
|
|
|
*Kuva 7 - Ping testit Dynamon väestönsuojassa* | *Kuva 8 - Signaalin vahvuus Dynamon väestönsuojassa*
|
|
|
|
:-------------------------:|:-------------------------:
|
| ... | ... | @@ -92,5 +92,5 @@ Kolmannella ja viimeisellä testauksella saavuimme Dynamon väestönsuojaan, jos |
|
|
|
|
|
|
|
#### Testien yhteenveto
|
|
|
|
|
|
|
|
Näillä tuloksilla voimme todeta NB-IoT:n soveltuvan hyvin pienen virrankulutuksensa ja hyvän yhteytensä vuoksi meidän toimeksiantoomme. Kehittelemämme laiteen ei ole tarkoitus liikkua suurilla nopeuksilla, jolloin laitteen lähettämien pakettien putoamisen todennäköisyys kasvaa. Ainoastaan jos apuväline, jossa laitteemme on kiinni, on esimerkiksi junassa, linja-autossa tai muussa vastaavassa ajoneuvossa syntyy pakettien putoamisia, eikä meidän laitteella ole tarkoituksena kuin kerran päivässä lähettää keräämänsä tiedot.
|
|
|
|
Näillä tuloksilla voimme todeta NB-IoT:n soveltuvan hyvin pienen virrankulutuksensa ja hyvän yhteytensä vuoksi meidän toimeksiantoomme. Kehittelemämme laiteen ei ole tarkoitus liikkua suurilla nopeuksilla, jolloin laitteen lähettämien pakettien putoamisen todennäköisyys kasvaa. Ainoastaan jos apuväline, jossa laitteemme on kiinni, on esimerkiksi junassa, linja-autossa tai muussa vastaavassa ajoneuvossa, syntyy pakettien putoamisia, eikä meidän laitteella ole tarkoituksena kuin kerran päivässä lähettää keräämänsä data.
|
|
|
|
|
