IoT-Geräte mit Wi-SUN-Funkkommunikation
Entscheidungshilfe für die Wahl des passenden Wi-SUN-Stacks
Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Schnelligkeit – dies sind die Vorteile, des Wireless Smart Ubiquitous Network (Wi-SUN) [1] für den Smart-City-Sektor und das IoT. Für Entwickler geht es jedoch darum, wie sie diese Vorteile in einer Softwareentwicklung maximal ausschöpfen können.
Um eine Wi-SUN-Applikation schnell und kostengünstig entwickeln können, sollten Softwareentwickler vor der Auswahl eines Wi-SUN-Stacks unbedingt vier Fragen beantworten.
Frage 1: Sollten Sie selbst einen Stack entwickeln?
Eine Gruppe bestens geschulter Softwareentwickler würde mehrere Monate benötigen, um von Grund auf einen Protokoll-Stack zu entwickeln, der eine optimierte Größe aufweist und bereit für die Zertifizierung durch die Wi-SUN Alliance ist. Zwangsläufig werden wegen der hierin investierten Zeit wertvolle Entwickler-Ressourcen vom eigentlichen Kerngeschäft des Unternehmens abgezogen.
Es ist deshalb besser, nach einem Anbieter eines Software Development Kits (SDK) Ausschau zu halten, das einen zertifizierten Wi-SUN-Stack gemäß Wi-SUN Field Area Network (FAN) 1.0 sowie Bitübertragungsschichten (Physical Layers) enthält, die für die in Nordamerika, Indien, Singapur, Brasilien sowie in Europa, dem Nahen Osten und Afrika gebräuchlichen Frequenzbänder (800 MHz und 900 MHz) zertifiziert sind.
Frage 2: Wie lässt sich die kosteneffektivste Wahl treffen?
Hier gilt es zwei Aspekte zu beachten, nämlich die Speicherkapazität und die SDK-Kosten. Finden Sie sich weder mit zu wenig Speicher ab noch zahlen Sie für etwas, was über den tatsächlichen Bedarf Ihrer Applikation hinausgeht. Entscheiden Sie sich für einen Anbieter mit einer ganzen Bausteinfamilie mit unterschiedlichen Speicherkapazitäten.
Außerdem sollten Bauelemente im Angebot sein, die entweder nur Sub-GHz-Bänder unterstützen oder auch mehrprotokollfähig sind. Sollten Sie mehr Reichweite benötigen, suchen Sie am besten nach Bausteinen mit integriertem Leistungsverstärker, damit Sie die für Ihre spezifischen Produktanforderungen die jeweils kosteneffektivste Auswahl treffen können. Für den Preis des SDK gilt: am besten wird es kostenlos angeboten.
Frage 3: Wieviel Flexibilität brauchen Sie?
Abhängig von der Applikation, die Sie auf den Wi-SUN-Stack aufsetzen wollen, sollten Sie das passende Schaltungskonzept für den Netzwerkprozessor oder das SoC auswählen (Bild 1). Geht es zum Beispiel um einen Elektrizitätszähler, sollte der CC1352P von Texas Instruments als Netzwerkprozessor gewählt werden, der sich um sämtliche Kommunikations-Subsysteme kümmert.
Die Software für DLMS/COSEM (Device Language Message Specification / Companion Specification for Energy Metering) und die Metrologie läuft dagegen auf dem Applikationsprozessor. Alternativ können der Wi-SUN-Stack und die Applikation auf ein und demselben Baustein laufen, z.B. auf dem mit mehr Speicher ausgestatteten CC1352P7, und für die Metrologie wird ein eigener Mikrocontroller vorgesehen.
Frage 4: Welche Designtools sind verfügbar?
Erstklassige Halbleiterbausteine und Software benötigen ebenso erstklassige Entwicklungswerkzeuge. Dazu jetzt ein paar Optionen von Texas Instruments:
- SysConfig [2] kann bei der Entwicklung einer Wi-SUN-Anwendung für eine Region helfen, in der Frequenzen außerhalb der 800-MHz- und 900-MHz-Bändern verwendet werden, denn es erlaubt die Wahl alternativer Funkfrequenzen. Das Tool bietet eine Zusammenstellung grafischer Hilfsprogramme zum Konfigurieren von Pins, Peripheriefunktionen, Funk-Transceivern, Subsystemen und weiteren Komponenten. Außerdem hilft SysConfig Entwicklern beim visuellen Koordinieren, Aufdecken und Auflösen von Konflikten.
- Code Composer Studio [3] ist eine integrierte Entwicklungsumgebung, die neben den Wireless-Mikrocontrollern von TI auch andere Mikrocontroller und Mikroprozessoren unterstützt. Code Composer Studio umfasst eine Reihe von Tools für die Entwicklung und das Debugging eingebetteter Applikationen. Zur Software gehören ein optimierender C/C++-Compiler, ein Quellcode-Editor, eine Project-Build-Umgebung, ein Debugger und ein Profiler sowie zahlreiche weitere Eigenschaften.
Eine Single-User-Benutzeroberfläche leitet Softwareentwickler durch die einzelnen Schritte des Entwicklungsablaufs, wobei vertraute Tools und Schnittstellen zum Einsatz kommen. Code Composer Studio verbindet die Vorteile des Software-Frameworks Eclipse mit den fortschrittlichen Debugging-Fähigkeiten von TI. - Der Packet Sniffer SmartRF [4] ist eine PC-Software zum Anzeigen und Speichern von Funk-Paketen, die von einem lediglich als Empfänger dienenden HF-Baustein entgegengenommen wurden. Er unterstützt verschiedene Funkprotokolle. Der Anschluss des Empfängers an den PC erfolgt per USB. Der Packet Sniffer filtert und decodiert die Pakete und visualisiert sie auf zweckmäßige Weise, vergleichbar dem Programm Wireshark für CC1352P-Bausteine.
- Die Befehlszeilen-Oberfläche Wi-SUN FAN Spinel [5] stellt die Konfigurations- und Management-APIs (Application Programming Interfaces) eines Wi-SUN-FAN-Stacks von Texas Instruments, der im Netzwerkprozessormodus läuft, über eine Befehlszeilenschnittstelle bereit. In erster Linie eignet sich dieses Tool für das manuelle Experimentieren mit der Steuerung von Wi-SUN-FAN-Netzwerkprozessor-Instanzen. Nicht gedacht ist es dagegen für den Einsatz in produktionsreifer Treibersoftware für Geräte mit Wi-SUN-FAN-Netzwerk-Coprozessoren.
Folgende Fähigkeiten bietet das Tool Wi-SUN FAN Spinel:
- Möglichkeit zum automatisierten Testen und zur Durchführung von Versuchsreihen im Betrieb mit dem Wi-SUN-FAN-Netzwerk-Coprozessor auf SimpleLink-Bausteinen, beides von Texas Instruments.
- Einfaches Debugging-Werkzeug für Netzwerk-Coprozessor-Builds des Wi-SUN-FAN-Stacks von Texas Instruments.
Im Wi-SUN Product Brief [6] und im Wi-SUN SDK [7] wird die Software von Texas Instruments genauer beschrieben und die verfügbaren Entwicklungs-Tools vorgestellt.
Literatur
[1] Almeida, R.: How Wi-SUN FAN improves connected infrastructures. Texas Instruments, E2E Design Support, 19. November 2020, https://e2e.ti.com/blogs_/b/process/posts/how-wi-sun-fan-improves-connected-infrastructures.
[2] SYSCONFIG – System configuration tool. Texas Instruments, Website, www.ti.com/tool/SYSCONFIG.
[3] CCSTUDIO – Code Composer Studio integrated development environment (IDE). Texas Instruments, Website, www.ti.com/tool/CCSTUDIO.
[4] PACKET-SNIFFER – SmartRF Protocol Packet Sniffer. Texas Instruments, Website, www.ti.com/tool/PACKET-SNIFFER.
[5] TexasInstruments / ti-wisunfan-pyspinel. Python Host Interface Software for TI Wi-SUN FAN Software. GitHub, Website, https://github.com/TexasInstruments/ti-wisunfan-pyspinel.
[6] Simensen, E.: Wi-SUN Software Product Brief v.1.0.0. Texas Instruments, Application Report, Juli 2021, www.ti.com/lit/an/swra714/swra714.pdf.
[7] SIMPLELINK-CC13XX-CC26XX-SDK – SimpleLink CC13xx and CC26xx software development kit (SDK). Texas Instruments, Website, www.ti.com/tool/SIMPLELINK-CC13XX-CC26XX-SDK.
Der Autor
Rogerio Almeida
ist Produktmarketing-Ingenieur in der Connectivity-Gruppe von Texas Instruments, die sich auf Sub-1-GHz-Technik für smarte Stromnetze und Gebäudeautomatisierung konzentriert. Er ist auch Teil des Wi-SUN-Alliance-Botschafterprogramms.
Vor der Übernahme von National Semiconductor durch Texas Instruments im Jahr 2008 arbeitete er in verschiedenen Positionen für National Semiconductor. Er hat einen Abschluss als Elektro- und Elektronikingenieur der Universität Santa Cecilia und einen Master of Business Administration der Universität von Sao Paulo.
