Die passende Funktechnik verifizieren Wireless trifft Applikation

Bei einer echten IoT-Anwendung wandert deren Intelligenz vom Gerät in die Cloud.
Bei einer echten IoT-Anwendung wandert deren Intelligenz vom Gerät in die Cloud.

Nachdem immer mehr (nachrüstbare) Applikationen mit dem Internet kommunizieren sollen, bekommen die verschiedenen Funktechnologien einen noch höheren Stellenwert als bisher. Aber was genau unterscheidet denn das IoT von M2M?

Oft wird unter IoT die Möglichkeit verstanden, mit einem Smartphone oder Tablet PC eine Applikation zu steuern. Hierbei handelt es sich genau genommen jedoch um M2M. Bei solchen Applikationen kommen unter anderem die verschiedenen Bluetooth-Standards zum Einsatz, bei denen sich der Nutzer in näherer Umgebung der Applikation befinden muss.

Bei einer echten IoT-Anwendung wandert deren Intelligenz vom Gerät in die Cloud. Bei dieser Art der Applikation werden ein Funkprotokoll für das interne Netzwerk und eine Internetverbindung zur Nutzung der Cloud benötigt. Alternativ können Sensoren via WiFi direkt mit der Cloud und deren Intelligenz kommunizieren oder die interne Kommunikation wird von der Steuerung der Applikation selbst realisiert.

Im letzten Fall werden die Sensoren mit einem proprietären Netzwerk im SubGHz-Bereich oder basierend auf einer Funkfrequenz wie dem 2,4-GHz-Band mit der Steuerung vor Ort verbunden, die wiederum mit dem Internet verbunden ist und somit die Daten wie ein Gateway in die Cloud sendet.
Wie geht man nun am sinnvollsten vor, um die passende Funktechnologie für die zu entwickelnde Applikation zu finden? Zunächst muss der Entwickler definieren, welche Kernparameter des Gerätes einzuhalten sind. Hierbei bietet es sich an, folgende Fragen zu stellen:

  • Wie ist die Topologie der Anwendung? Handelt es sich um eine Punkt-zu-Punkt/Multipunkt-Verbindung, oder soll ein Netzwerk aufgebaut werden? Geht es um ein Netzwerk, bei dem die Anwendung an das Internet gekoppelt werden soll, könnte WiFi interessant werden. Handelt es sich jedoch um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, sind proprietäre Technologien eine mögliche Lösung.
  • Was ist meine Gegenstelle? – Wo soll das Signal ankommen? Handelt es sich um ein in sich geschlossenes Netzwerk wie beispielsweise eine Alarmmeldeanlage, oder geht es um die Kalibrierung, um das Auslesen oder die Fernwartung eines Systems, wobei wir wieder bei einem Tablett PC, einem Smartphone oder einem WiFi Router sind. Bei letzteren Geräten wird Bluetooth, WiFi oder GSM/UMTS/LTE erste Wahl sein.
  • Wie viel Strom steht in der Applikation zur Verfügung? Falls die Versorgungsspannung des Endgerätes durch eine Batterie realisiert werden soll, sollte eine Low-Power-Technologie wie „Bluetooth4.X Low Energy Technologies“ zum Einsatz kommen oder ein proprietäres Protokoll, das auf Energieeffizienz getrimmt ist. Der Nachteil dieser Technologien besteht in der niedrigen Datenrate, wobei sich daraus gleich die nächste Frage ergibt:
  • Wie hoch ist die über die Luftschnittstelle zu versendende Datenrate? Sollen Ton- oder Videosignale übertragen, ein komplexes Firmwareupdate einer Steuerung realisiert oder Zustände einer Steuerung gesendet werden? In den ersten Fällen wird man über WiFi nachdenken, wenn eine bereits vorhandene WiFi-Topologie vorhanden ist, die genutzt werden darf. Dies wird bei Industrieanwendungen häufig der Fall sein. Fehlt sie jedoch, da sich die Applikation außerhalb von Gebäuden befindet oder mobil ist, wird LTE interessant, oder es kommt eine proprietäre Technologie oder Bluetooth4.x zum Einsatz.
  • Welche Anzahl an Geräten wird in der Serienproduktion erwartet? Die Antwort auf diese Frage ist elementar, was die Refinanzierung der Entwicklung und des laufenden Systems angeht: Je geringer die zu erwartende Stückzahl ist, umso höher sollte das zu verwendende Funkmodul im Bereich der Software implementiert sein. Auch Fragen hinsichtlich der  Kosten durch Lizenzierungen wie das EndProductListing (EPL), der Bluetooth Sig, die mit bis zu 8.000 USD zu Buche schlagen kann, Kosten für die  Verwendung des WiFi-Logos oder laufende Beiträge durch SIM-Karten sind zu berücksichtigen.
  • Wo wird die Applikation eingesetzt, und welche Funkbänder sind in diesen Regionen zulässig? Frequenzen wie 868 MHz oder 433 MHz sind beispielsweise in Europa gestattet, in den USA liegen sie bei 915 MHz und 315 MHz, während 2,4 GHz als „weltweite“ Frequenz in den meisten Ländern erlaubt ist. Oft soll eine Anwendung weltweit auf den Markt kommen, dabei ist zu beachten:
  • Welche Zertifizierungen im Bereich Funk sind in den entsprechenden Ländern vorzunehmen? Für Europa, als Teil der CE, zählt hier seit 13. Juni 2016 die RED, die die R&TTE-Richtlinie ersetzt und einmalig für die Applikation durchgeführt werden muss. Ähnlich verhält es sich mit der FCC. In vielen südamerikanischen und asiatischen Ländern wiederum müssen diese Zertifizierungen alle zwei Jahre wiederholt werden. Die hieraus resultierenden Kosten können den weltweiten Einsatz einer Applikation kaufmännisch durchaus unattraktiv gestalten, sofern diese Kosten nicht durch Stückzahl oder Verkaufspreis des Gerätes refinanziert werden können.