Die Auswahl der besten Kommunikationskonfiguration für Ihr IoT-Gerätenetzwerk

September 19, 2017 Altium Designer

Alligator im Sumpf

 

Alles ist bereit, Sie haben das Design der neuesten, hochmodernen IoT-Gabel perfektioniert und fühlen sich unbesiegbar.  Nichts könnte Ihre Pläne jetzt noch durchkreuzen. Außer vielleicht die Netzwerkverbindung Ihrer Gabel. Was ist der Unterschied zwischen einer intelligenten Gabel und einer normalen Gabel? Für die intelligente Gabel haben Sie eine Menge Geld bezahlt! Darum ist es essentiell, dass Sie die richtige Netzwerkkonfiguration für Ihr IoT-Produkt wählen. Vorausschauende Planung und Tests der Netzwerkkommunikation machen einen großen Unterschied beim erfolgreichen Produktlaunch. Das habe ich bei einer Wanderung durch wadentiefen Schlamm gelernt, bei der ich an daumengroßen Moskitos und echten Alligatoren vorbei musste, um eine zusätzliche Basisstation einzurichten, mit der wir nicht gerechnet hatten. Wir hatten dieses IoT-System in einem Park getestet und nicht bedacht, wie viel Vegetation die Sensoren im echten Einsatz blockieren würde. In der Praxis halbierte sich die Sendereichweite, während die Zahl der Empfänger verdoppelt wurde.

 

Falls Sie keine große Lust darauf haben, mehr Zeit mit der Feldinstallation zu verbringen, müssen Sie wissen, wie und wo Ihr IoT-System eingesetzt wird. So können Sie Konnektivität, Netzwerkunterstützung und Anforderungen an die Skalierbarkeit Ihres Produkts besser planen.

 

Was braucht mein Netzwerk?

Wenn Sie mit der Planung Ihres IoT-Netzwerks beginnen, gibt es zwei Typen von Kommunikationsbauteilen zu berücksichtigen: Sender (Tx) und Empfänger (Rx). Die Sender sind mit den eigentlichen Sensoren, Tasten oder anderen Informationserfassungs-Modulen verbunden, die den Großteil der Arbeit in einem IoT-System erledigen. Die Empfänger sammeln die Daten der in Reichweite befindlichen Sender. Der Empfänger kann Daten speichern oder anzeigen, bevor sie in die Cloud geladen werden.

 

Welches Netzwerk ist das beste für mein System?

 

Bevor Sie mit dem Design für Ihr IoT-System beginnen, müssen Sie sich für den Netzwerktyp entscheiden, der eine gute Kommunikation zwischen Rx und Tx sicherstellt. Es ist wichtig, das System als Ganzes zu designen und zu planen, wie und über welche Entfernung die Module kommunizieren sollen. Andernfalls erzählen Sie irgendwann Ihren Kindern, wie Sie mal durch den Schlamm kriechen mussten, um zusätzliche Basisstationen einzurichten. Dies sind die drei grundlegenden Konfigurationen für ein IoT-System:

 

  • Geräte, die direkt in die Cloud hochladen: In einigen Fällen lädt Ihr Gerät direkt in die Cloud hoch, normalerweise per WLAN, Mobilfunknetz oder sogar Satellit. Den nächsten Funkturm oder die Erdumlaufbahn zu erreichen, bedeutet aber, dass eine große Übertragungsdistanz überwunden werden muss. Darum braucht Ihr Gerät für diesen Ansatz eine höhere Sendeleistung.

 

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  • Ein individuelles Netzwerk nur aus Ihren Geräten: Mit einer eigenen Basisstation haben Sie viel Kontrolle über die Hardwareauswahl und -sicherheit. Bei der Auswahl der Kommunikationshardware müssen Sie darauf achten, dass die Sendereichweite genügt, um die Entfernung zwischen Basisstation und allen Sendermodulen zu überwinden, von denen Sie Daten empfangen möchten.

    Lernen Sie aus meinen Fehlern und testen Sie Installationen dieser Art unter möglichst realistischen Bedingungen. Sehr wahrscheinlich gibt die im Datenblatt angegebene Reichweite einen Idealwert wieder. Die tatsächliche Sendereichweite wird von Mauern, Vegetation und so ziemlich allem, was den direkten Blick zwischen Basisstation und Modul versperrt, beeinträchtigt.

 

Und wenn es nicht nur eine Insellösung sein soll, müssen die Daten noch aus der Basisstation abrufbar sein. Das ist mit einem weiteren Sender, einer Kabelverbindung zum Netzwerk oder dem physischen Zugang zur Basisstation mit einem USB-Laufwerk möglich.

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  • Ein hybrider Ansatz. Hierbei senden Ihre Geräte Daten an den Empfänger einer Basisstation, die sie an die Cloud weiterleiten kann. Die Herstellung Ihrer eigenen Basisstation (entweder mit eigener Hardware oder als Anwendung auf bestehenden Telefonen und Computern) bedeutet zusätzliche Kosten. Allerdings ist das ein guter Kompromiss zwischen Übertragungsleistung und Infrastrukturkosten.

 

Denken Sie daran, dass jede Basisstation, die einen Empfänger und einen Sender enthält, in den USA zusätzlich für die FCC-Zertifizierung getestet werden muss, bevor das Produkt auf den Markt kommen darf.

Kein WLAN

 

Wo wird Ihr Produkt eingesetzt?

Wenn Sie nicht sicher sind, welcher Ansatz am geeignetsten ist, dann sollten Sie das Einsatzgebiet Ihres Systems bedenken. Umweltbedingungen und Hindernisse, wie Wetter, Mauern und Pflanzen können die Sendereichweite beeinflussen. Vielleicht gibt es auch bestehende Infrastruktur, etwa Funktürme oder WLAN-Netzwerke, die Ihr Produkt nutzen kann.

 

  • Außenbereiche: Produkte im Außenbereich um ein Wohnhaus haben möglicherweise  Zugriff auf das WLAN des Haushalts. Normalerweise muss ein System in der freien Natur weiter senden und braucht dafür mehr Leistung. Dafür werden Sie eine Basisstation benötigen, welche die Daten mehrerer Module in der Nähe empfangen und diese gesammelt hochladen kann. Wir haben eine Basisstation genutzt, büßten aber wegen des dichten Bewuchses an Sendereichweite ein. Ich empfehle also Tests der Kommunikation unter verschiedenen Bedingungen. So vermeiden Sie, dass in letzter Minute Änderungen am Installationsort nötig werden, und wissen genau, wie viel Hardware tatsächlich benötigt wird.
  • Haushalt und Wearables: Der Dash-Button zu Hause oder ein Fitbit, das Sie den ganzen Tag am Körper tragen, kann wahrscheinlich Ihr Telefon oder einen Computer (über WLAN oder Bluetooth) als Basisstation nutzen, statt eine eigene Lösung für Ihr System nötig zu machen. An alle Designer intelligenter Gabeln: das hier ist euer Abschnitt!
  • Industriell: Ein System, dass firmeninterne oder sensible Daten sammelt, muss besonders sicher sein. Eine eigene Basisstation mit Zugriffsbeschränkungen ist eine Möglichkeit, Ihre wichtigen Daten vor fremden Einblicken zu schützen.

No Wifi

Bevor Sie Ihr IoT-System installieren, sorgen Sie dafür, dass Ihr Kommunikationsnetzwerk genügend Reichweite abdeckt!

 

Wenn Sie beim Planen und Entwerfen stets die Einrichtung des IoT-Netzwerks im Hinterkopf behalten, spart Ihnen dies auf lange Sicht Zeit und Ärger. Das Netzwerklayout unter verschiedenen Bedingungen zu testen, ist ebenfalls wichtig und hätte mir jede Menge Insektenstiche erspart. Vor allem aber hätten unser Unternehmen Tausende von Dollar für zusätzliche Hardware und deren Installation gespart. Diese Art von Fehlern kommt bei neuen Produkten häufig vor und kann Sie Zeit, Geld und Kunden kosten.

 

Zum Glück können Sie nach der Planung der Kommunikationskonfiguration PCB-Tools wie Altium Vault einsetzen, um die Teile zu identifizieren und zu verwalten, die Ihre Leistungsvorgaben erfüllen. Mit der Auswahl der richtigen Komponenten am Anfang des Projekts legen Sie den Grundstein für eine erfolgreiche Ablieferung. Nach dem Entwurf und den Tests Ihres Produkts können Sie die Kommunikationssysteme für spätere Versionen und Produkte nutzen, wobei Tools für das modulare Design helfen. Altium-Mitarbeiter unterstützen Sie gerne beim erfolgreichen Start Ihres nächsten Projekts.

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PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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