Cyber Physical Systems

Das Internet der Dinge ist mehr als die Summe seiner Teile

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IoT-Applikationsentwicklung beschleunigen

Das Internet der Dinge ist überall. Es vernetzt nicht nur Geräte, sondern nützt auch den Menschen durch mehr, aktuellere und bessere Informationen.
Das Internet der Dinge ist überall. Es vernetzt nicht nur Geräte, sondern nützt auch den Menschen durch mehr, aktuellere und bessere Informationen.
(Bild: Silicon Labs)

Software spielt eine entscheidende Rolle, wenn es um die Realisierung der Leistungsmerkmale und Fähigkeiten geht, die IoT-Applikationen verlangen. Software macht drahtlose Netzwerke robust. Sie stellt sicher, dass Mitteilungen ankommen und darauf reagiert wird, und sie ermöglicht Entwicklern die Erweiterung vernetzter Geräte um mehr Intelligenz und Flexibilität.

Entwickler können über Software modernste Funktionen implementieren. Während es nützlich ist, eine LED von einem entfernten Ort aus einzuschalten, ist es noch viel nützlicher, wenn ein LED-Beleuchtungssystem einen Anwender alarmieren kann, dass ein Leuchtkörper ersetzt werden muss. Software erweitert den Bereich autonomer Steuerung, um die Effizienz und die Bequemlichkeit zu verbessern.

Man stelle sich vor, ein Smart Home könne mit Hilfe eines intelligenten Wireless-Sensornetzwerks feststellen, ob jemand zu Hause ist. Ist niemand zu Hause, könnten alle Elektronikgeräte abgeschaltet werden. Das Resultat dieser einfachen Änderung im Betrieb ist, dass Hunderte Millionen Haushalte beachtlich Energie einsparen könnten.

Damit Ingenieure ihre IoT-Applikationen schneller auf den Markt bringen können, müssen Halbleiterhersteller ein großes Spektrum an Produktionssoftware einschließlich Treiber, Applikationsprofile und Kommunikationsstacks in Produktionsqualität wie etwa den Protokollstack EmberZNet Pro von Silicon Labs, der eine ZigBee-konforme Lösung für das IoT bietet, zur Verfügung stellen.

Produktionssoftware sollte in eine umfassende integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) integriert werden, die Entwicklern genau die Tools zur Verfügung stellt, die sie brauchen, um ihren Programmcode zu Applikationsprofilen hinzuzufügen und Netzwerk-Datenverkehr zur Optimierung von Latenz und Durchsatz zu analysieren.

Zur Erleichterung des Netzwerk-Debuggings benötigen Entwickler Tools, die es ihnen ermöglichen, alle Aktivitäten im Netzwerk in einer Ansicht zu sehen. So genannte Packet Sniffer sind von Grund auf unzuverlässig für diese Aufgabe, da sie nur die Aktivität in ihrem lokalen Bereich und nicht das gesamte Mesh-Netzwerk sehen können. Außerdem können ihre Empfänger Fehlalarme einbringen, die nicht im realen Netzwerk vorhanden sind. Idealerweise muss der Entwickler die Daten sehen können, die ein Transmitter zu übertragen beabsichtigt, sowie die Daten, die für jede Transaktion empfangen wurden.

Hardware-Entwicklungstools zur Unterstützung der Entwickler stehen ebenfalls zur Verfügung. Unterstützt werden auch Entwickler mit keiner oder nur wenig HF-Entwicklungserfahrung bei der Realisierung robuster und kosteneffizienter Wireless Applikationen für das Internet der Dinge. Durch die Verfügbarkeit einer großen Vielfalt an Entwicklungsboards zur Evaluierung der Konnektivität und Performance verschiedener Wireless-Protokolle können Ingenieure Applikationscode und Firmware gleichzeitig entwickeln und debuggen, mit dem HF-Design und der Optimierung beginnen und die Entwicklung von Netzwerk- und Protokollstack abschließen, während sich Hardware-Prototypen noch in der Entwicklung befinden.

Das Internet of Things implementieren

Traditionsgemäß war Networking der Bereich von spezialisierten Anbietern mit umfassenden Erfahrungen bei Kommunikationstechnologien. Das IoT wird durch Organisationen getrieben, die Erfahrung in der Welt der Steuerung und Automatisierung haben. Beleuchtungs- und Haushaltsgerätehersteller zum Beispiel müssen über ihre Kernkompetenzen hinaus Netzwerk-, Wireless- und Embedded Software-Technologie einbringen. Sie können diese Technologien entweder selbst entwickeln oder Partnerschaften mit Unternehmen eingehen, die bereits Produkte entwickelt haben, die sich leicht in Systeme einbinden lassen.

Ein entscheidendes Kriterium ist auch die Leistungseffizienz. Denn diese Geräte arbeiten oft nicht an Stromversorgungen, sondern beziehen ihre Energie aus der Umgebung (Energy Harvesting) oder von einer Batterie, die ohne Wartung oder Austausch mehrere Jahre halten muss. Zusätzlich zum Energieverbrauch müssen Entwickler von vernetzten Geräten Faktoren wie Systemkosten, Zahl der Bauteile, Leistungsfähigkeit der MCU, Systemabmessungen, Standards, Interoperabilität, Datensicherheit, Einfachheit beim Einsatz sowie Fehlerbeseitigung im Betrieb in Betracht ziehen.

Die Erweiterung von entfernten Geräten, die sich über Ethernet-Kabel oder Powerline Kommunikation nicht erreichen lassen, um Wireless Connectivity ist eine weitere Herausforderung bei Entwicklungen für das IoT. Diese kann von Embedded Entwicklern mit HF-Erfahrung adressiert werden. Schließlich ist Software erforderlich, um vernetzte Geräte anzubinden, Sensordaten zusammenzuführen und Endanwendern Informationen auf intuitive Weise auf Displays oder über das Internet auf ihren Computern, Tablets oder Smartphones zu präsentieren.

Im Zuge seiner weiteren Verbreitung wird das IoT neue Märkte erschließen und OEMs sowie Applikationsentwicklern in allen Branchen neue Applikationen und Möglichkeiten bieten. Das IoT ist mit kommerziell erfolgreichen Implementierungen auf mehreren Märkten, darunter vernetzte Heim- und Green-Energy-Applikationen, zur greifbaren Realität geworden. Die grundlegenden Technologien, Produkte, Software und Tools zur Entwicklung effizienter vernetzbarer Geräte mit geringer Leistungsaufnahme für die letzten Zentimeter sind heute verfügbar. Der nächste Schritt im Ausbau des Internet der Dinge besteht darin, diese Elemente zusammenzubringen und das Gesetz von Metcalfe zu erfüllen.

* Greg Fyke ist IoT Strategy Director bei Silicon Labs..

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