Kommentar: Die IoT-Allgegenwart hängt von Wi-Fi und Bluetooth ab

Die verbreitete Abhängigkeit von Netzwerken in Unternehmen sowie das Wachstum des Internets der Dinge und Online-Dienste sind starke Zeugen für die Vorteile gemeinsamer Daten und Ressourcen.

Die Verfügbarkeit von einfach zu verwendenden, sichereren Wireless-Lösungen hat die Möglichkeit geschaffen, Kosten zu reduzieren, Funktionen / Mehrwert hinzuzufügen und die Leistung zu verbessern. Intelligente, vernetzte Produkte sind die Zukunft, und die Erstellung und Ausführung eines gut entwickelten Plans kann sicherstellen, dass Ihr Unternehmen erfolgreich in diese neue Welt eintritt.

Bereitstellung drahtlose Lösungen Die Unterstützung einer IoT-Plattform erfordert:
• Ausreichende Bandbreite angesichts der physikalischen Einschränkungen und der Umgebungseinflüsse des Geräts
• Langlebige Sensoren und Aktoren, die mit begrenzten Stromquellen arbeiten
• Berücksichtigung von Größen- und Gewichtsbeschränkungen einer Vielzahl von Plattformen
• Umfassendes Verständnis von Kosten, Leistung und nachhaltigen Geschäftsmodellen

Die Entwicklung der IoT-Vernetzung ermöglicht eingebettete Sensortechnologien die Kommunikation mit IoT-Geräten ohne PCs oder dedizierte Hubs. Dies ermöglicht Netzwerke von verbundenen Dingen auf einer vergleichsweise kostengünstigen Basis mit kleinen, örtlich betriebenen Sensorknoten, die Verbindungen mit nahegelegenen Knoten herstellen, so dass Verkehrshops zwischen Knoten, die sich im gesamten Netzwerk befinden, stattfinden.

Insbesondere ermöglichen zwei Technologien die Vernetzung, um eine größere IoT-Allgegenwart zu erreichen: Wi-Fi und Bluetooth.

W-lan

Wi-Fi basiert auf dem IEEE 802.11-Standard. Da Wi-Fi vollständig in den TCP / IP-Stack integriert ist, beruht sein Erfolg größtenteils auf seiner Interoperabilität, Einfachheit und Erschwinglichkeit. Die Wi-Fi-Ausgangsleistung ist für eine vollständige Abdeckung zu Hause ausreichend hoch, kann jedoch in großen Betonstrukturen toten Stellen ausgesetzt sein, die Antennen erfordern.

Während Wi-Fi und TCP / IP-Software ziemlich groß und komplex ist, ist ihre Verwendung in Laptops und Smartphones mit leistungsstarken MPUs und großen Speichermengen kein Problem. Heute integrieren ICs und Module sowohl die Wi-Fi-Software als auch die TCP / IP-Software in das Gerät selbst. Diese neuen Produkte eliminieren den größten Teil des Overhead von der MPU und ermöglichen eine drahtlose Internetverbindung mit nur einer winzigen MCU.

Wi-Fi war in der Vergangenheit relativ hoher Stromverbrauch, etwa 300 mA, im Vergleich zu 3 mA für Bluetooth. Auch Leerlaufleistung ist wichtig, da IoT-Geräte für eine kurze Zeit aktiv kommunizieren. Wenn IoT-Geräte mit Batterien betrieben werden, die nicht regelmäßig geladen werden können, ist Wi-Fi möglicherweise zu energiehungrig. Siliziumbasierte Geräte verwenden jedoch fortschrittliche Schlafprotokolle und schnelle Ein- / Ausschaltzeiten, wodurch der Stromverbrauch drastisch gesenkt wird.

Panasonics vollständig integriertes, eigenständiges 2.4GHz 802.11 b / g / n WLAN-Modul PAN9420 (rechts) verfügt über einen integrierten Stack und eine API, die die Firmware-Entwicklung minimieren und eine vollständige Sicherheits-Suite beinhalten. Ausgestattet mit einem vollständig abgeschirmten Gehäuse, integrierten Oszillatoren und Antenne kombiniert das Modul eine Hochleistungs-CPU, hochempfindliches Funkgerät, Basisbandprozessor, Medium Access Controller, Verschlüsselungseinheit, Boot-ROM mit Patching-Funktion, internen SRAM und programmierbaren Flash-Speicher Erinnerung.

Der integrierte Speicher ermöglicht das Speichern von Web-Inhalten wie HTML-Seiten oder Bilddaten. Die parallele Unterstützung von Access Point und Infrastruktur-Modus ermöglicht eine einfache Einrichtung.

Bluetooth 5

Bluetooth wird für die Funkkommunikation mit kurzer Reichweite und geringer Leistung verwendet, sodass keine Kabel benötigt werden. Die Geräte müssen sich jedoch in einem Abstand von ca. 30 Metern voneinander befinden (BLE 4.2).

Bluetooth-Netzwerke oder Piconets verwenden ein Master / Slave-Modell. Ein einzelner Master kann mit bis zu sieben verschiedenen Slaves verbunden werden und jeder Slave kann sich mit einem einzelnen Master verbinden. Bluetooth verwendet Spread Spectrum Frequency Hopping (SSFH) -Technologie, um Interferenzen zu begrenzen, wenn mehrere Geräte verwendet werden. Die Geräte arbeiten jetzt nur mit einem Leistungszyklus von 2 Prozent und verbrauchen ca. 50 nA, während sie für die Geräteerkennung und den Verbindungsaufbau noch verfügbar sind.

Die neueste Iteration, Bluetooth 5 (Low Energy), bietet eine höhere Datenrate, einen Datenbereich von bis zu 1.000 m und einen schnellen Verbindungsaufbau. Zu den jüngsten Verbesserungen gehören:

• Doppelte Datenrate
• Vierfache Reichweite
• Achtmal die Sendeleistung
• Höhere verfügbare Sendeleistung (bis +20 dBm)
• Kürzliche Einführung von Bluetooth Mesh 1.0, die eine Mesh-Netzwerk-Topologie ermöglicht

Panasonics neues PAN1760A-Modul profitiert von einem maximalen Stromverbrauch von nur 3,3mA im Tx- und Rx-Modus und bietet erweiterte Wireless-Funktionen, ohne die Akkulaufzeit zu beeinträchtigen. Die obligatorischen und optionalen Bluetooth 4.2-Funktionen werden unterstützt, während der einfache Migrationspfad zu BT5.0 gesichert ist.

Das kleine 15,6 mm x 8,7 mm x 1,9 mm SMD-Modul basiert auf Toshibas Single-Chip-Gerät TC35678 mit integriertem Toshiba Bluetooth 4.2 LE-Stack und integriertem Flash. PAN1760A kann entweder im AT-Command- oder Host-Modus für eine sehr einfache Integration von Bluetooth-Konnektivität in bestehende Produkte oder im Stand-Alone-Modus betrieben werden.

Im Stand-Alone-Modus, mit 256 kB Flash-Speicher und 83 kB RAM für die Benutzeranwendung, kann das Modul für viele Anwendungen verwendet werden, ohne dass ein externer Prozessor erforderlich ist, was Kosten, Komplexität und Platz spart.

Module oder Wireless System-on-Chips (SoCs)

Ein modularer Ansatz ist einfacher zu implementieren, vorzertifiziert und weniger ressourcenintensiv als der Einsatz eines SOC. Überlegungen beim Vergleich der beiden umfassen:
• Module sind eigenständig, verfügen über eine Antenne und benötigen daher weniger Engineering.
• SoCs erfordern umfangreiches Design, HF-Analyse, Tests und Revisionen mit spezialisierten, teuren Geräten.
• Drahtlose Produkte müssen strenge internationale Tests bestehen. Module sind vorqualifiziert.
• Ein Modul ist ein einzelnes Element. SoC-basierte Designs erfordern externe Komponenten. Obwohl die Stückkosten für ein SoC weniger sind, können Module Skaleneffekte nutzen, die zu einem erheblichen Vorteil führen können.

In den meisten Fällen kann ein SoC-basiertes Design kostenoptimiert, größenoptimiert und auf die spezifischen Anforderungen des Endprodukts konfiguriert werden. Umgekehrt ist ein Modulansatz wahrscheinlich einfacher zu implementieren, vorzertifiziert und benötigt letztendlich weniger Ressourcen.

Abbildung 1. Die Kosten für Chips und Moduleinheiten übersteigen die Stückkosten. Quelle: Panasonic

Bei der Betrachtung der Time-to-Market-Kosten müssen nicht nur die direkten Kosten berücksichtigt werden, sondern auch Umsatzeinbußen aufgrund eines verspäteten Markteintritts und höhere kommerzielle Risiken aufgrund der Konzentration auf technische Probleme und nicht auf Kernkompetenzen , ein modularer Ansatz wird immer beliebter und repräsentiert laut IHS 32% des gesamten Low-Power-Wireless-Marktes. Um die unterschiedlichen Kundenerwartungen und -bedürfnisse zu erfüllen, ergänzt Panasonic Industry Europe seine gut etablierte Palette an ICs mit Funkmodulen, die Auswahlmöglichkeiten und einen klaren Entwicklungspfad bieten.

Pascal Meier hat über ein Jahr bei Panasonic Industry Europe als Produktmanager für die Wireless-Abteilung gearbeitet. Davor arbeitete er bei Audi und der Bosch Engineering GmbH, wo er Erfahrungen in der Entwicklung und im Projektmanagement sammelte.