IoT Entwicklung mit drahtloser Kommunikation: Erste Schritte

Der Beginn eines IoT Entwicklungsprojekts wirft viele Fragen auf, die beantwortet werden müssen, unabhängig davon, ob Sie über umfangreiche Erfahrungen im Bereich der drahtlosen Kommunikation verfügen oder gerade erst damit beginnen. Der sich enorm schnell entwickelnde Bereich IoT (Internet der Dinge) bietet eine wachsende Auswahl an unterstützenden Komponenten und Konnektivitätsmethoden, und für Entwickler kann es sich so anfühlen, als würde sich die Landschaft täglich ändern.

In diesem Beitrag werden wir einige Grundlagen schaffen, um den Sinn des Ganzen zu verstehen, und über die wichtigsten Dinge sprechen, die Sie bei der Vorbereitung eines IoT Entwicklungsprojekts berücksichtigen sollten.

Auch wenn wir vielleicht nicht in der Lage sind, den Überwältigungsfaktor vollständig abzuschwächen, können wir sicherlich dabei helfen, die wichtigen Überlegungen, die die Entscheidungsfindung bestimmen, hervorzuheben und Ressourcen bereitzustellen, um Antworten zu erhalten.
 

Drahtlose Technologie in IoT Produktdesign

Das Herzstück der explosionsartigen Ausbreitung des Internets der Dinge (IoT) und des industriellen IoT (IIoT) ist die drahtlose Technologie, die durch Hochfrequenz (RF) ermöglicht wird. Diese Technologie ermöglicht es Geräten, miteinander zu kommunizieren, ohne physisch verbunden zu sein. Mit ihren Wurzeln im frühen 20. Jahrhundert ist die RF-Technologie nicht neu. Sie hat sich jedoch weiterentwickelt und umfasst nun Mobilfunk Geräte und andere Fortschritte, die mit der enormen Nachfrage nach neuen Verbraucher- und Industrieanwendungen Schritt halten.

Zu den technologischen Verbesserungen, die dieses unglaubliche Wachstum unterstützen, gehören die Geschwindigkeit und die Bandbreite der zugrunde liegenden Netzwerke, die verlängerte Batterielebensdauer der Geräte IoT , die breiteren Möglichkeiten der drahtlosen Kommunikationsprotokolle und die sicherere Verwaltung von Geräten und Netzwerken. Diese Fortschritte haben es zahlreichen Branchen ermöglicht, die teure und oft unzuverlässige drahtgebundene Kommunikation durch drahtlose Kommunikation zu ersetzen.

Millionen von drahtlosen Miniaturgeräten - Sensoren und Funkmodule - sammeln und senden heute Daten in einer Vielzahl von Umgebungen, von intelligenten Städten bis hin zu Fertigungsanlagen und anderen industriellen Umgebungen, und liefern diese Daten schneller als Sie blinzeln können.

Um das alles zu verwalten, ist eine ausgeklügelte Cloud-Anwendung wie Digi Remote Manager® kann es Netzwerkadministratoren ermöglichen, den Zustand und die Sicherheit ihrer Geräte von einer zentralen Konsole aus zu überwachen, die Firmware vieler Geräte mit einem einzigen Befehl zu aktualisieren, die Sicherheitsüberwachung zu automatisieren und im Falle eines Problems schnell benachrichtigt zu werden, egal wo diese Geräte weltweit eingesetzt werden. Wie kann man also mit dem Design und der Entwicklung eines erfolgreichen IoT oder IIoT-Produkts beginnen? Es gibt zwar viel zu viel, um es in einem einzigen Blogbeitrag zu behandeln, aber wir können über einige der wichtigsten Dinge sprechen, die Sie wissen müssen, wenn Sie ein Produkt entwickeln wollen, das drahtlose Technologie beinhaltet.
 

Wichtige Überlegungen zum Wireless-Design in IoT

Der Start eines Wireless-Design-Projekts kann entmutigend sein. Sie benötigen Fachwissen von Mitarbeitern, unterstützende professionelle Dienstleistungen oder beides, um Ihre Anforderungen zu definieren, Ihr IoT Produkt zu entwerfen und zu entwickeln und sicherzustellen, dass es die Tests und die Zertifizierung besteht, um Ihr Versprechen bezüglich der Markteinführung zu erfüllen. Sie müssen die Kosten, die mit der Entwicklung Ihres Produkts verbunden sind, sorgfältig mit Ihren Zielvorgaben für die Markteinführung und den ROI abgleichen. Und Sie müssen sicherstellen, dass Sie eine Strategie für den sicheren Gerätebetrieb haben.

Die Überlegungen hängen von der Art der Anwendung ab, und es gibt kein einheitliches Verfahren, das für alle gilt. So sind beispielsweise ein industrieller Tanksensor und ein tragbares Gerät, das die Herzfrequenz misst, beides IoT Anwendungen, die jedoch sehr unterschiedliche Anforderungen haben. In den meisten Fällen lassen sich die wichtigsten Überlegungen jedoch wie folgt zusammenfassen, unabhängig von den Produktparametern und dem Verwendungszweck.
 

Produktanforderungen

Nehmen Sie sich unbedingt Zeit, um alle Produktanforderungen zu bewerten. Es kommt viel zu häufig vor, dass Teams den Designprozess starten, ohne den kritischen ersten Schritt der genauen Ermittlung der Marktbedürfnisse zu machen, was ein teurer Fehler sein kann. Einige der Überlegungen in dieser Phase umfassen:

1. Markt und Anwendungsfall: Wofür soll das fertige Produkt verwendet werden? Wie viele Daten muss es verarbeiten, und wie schnell? Lösen Sie mit dem Produkt ein echtes Geschäftsproblem? Die Zeit bis zur Markteinführung ist ebenfalls eine wichtige Überlegung, da Marktchancen nur von kurzer Dauer sein können, bevor andere Wettbewerber den Platz besetzen.
2. Zielpreis: Wie werden Sie Ihr Produkt im Vergleich zu konkurrierenden Produkten bepreisen? Sie wollen sicherstellen, dass Sie Ihr Produkt innerhalb der Preisvorstellungen des Marktes verkaufen können.
3. Physische Platzierung: Wie und wo soll das Produkt verwendet werden? Wird Ihr IoT Produkt zum Beispiel an einem festen Ort wie einer medizinischen Einrichtung, einem Lagerhaus oder einem Industrietank platziert? Oder wird es in einem fahrenden Fahrzeug, wie einem Bus, oder vielleicht von einem Radfahrer oder Läufer getragen?
4. Geografischer Standort: Wo in der Welt wollen Sie das Produkt verkaufen? Dies wirkt sich auf mehrere Design-Entscheidungen, Ihre gesamte Go-to-Market-Strategie und die Arten der erforderlichen Zertifizierungen aus.

Drahtlose Konnektivität und Reichweite

Bei der Ermittlung Ihrer Anforderungen an die Konnektivität der Produkte von IoT sind mehrere Fragen zu beantworten:

1. Wie wird das Produkt eine Verbindung herstellen und Daten übertragen? Wird das Produkt Zugang zu einer zuverlässigen drahtlosen Verbindung haben, und wird es über Wi-Fi oder Mobilfunk kommunizieren müssen, um die beste Leistung zu erzielen? Diese Entscheidung hat mehrere Auswirkungen. Ein Wi-Fi-Netzwerk benötigt beispielsweise ein Gateway für die Datenweiterleitung und technisches Supportpersonal vor Ort, während ein Mobilfunk -Netzwerk vom Netzbetreiber gewartet wird und weniger Wartung erfordert, aber einen Datentarif voraussetzt. Beachten Sie, dass Sie sowohl Wi-Fi- als auch Mobilfunk -Konnektivität aktivieren können.
2. Gibt es am Einsatzort Strukturen oder Objekte, die das Signal behindern können, oder soll das Gerät in einem abgelegenen Gebiet eingesetzt werden? Entwickeln Sie zum Beispiel ein industrielles IoT Produkt, das tief in einem Bergwerk oder auf einem abgelegenen Ölturm eingesetzt werden soll? Wenn ja, benötigen Sie eine Strategie zur Bewältigung von Verbindungsproblemen.
3. Welche Art von Antenne benötigen Sie, um Ihre Konnektivitätsanforderungen zu erfüllen? Die Anforderungen an die Antenne hängen von mehreren Faktoren ab, darunter die benötigte Funkreichweite, die Größe des Geräts, sein Standort und seine Platzierung, die Funkhardware und das drahtlose Kommunikationsprotokoll sowie die Frage, ob sich das Gerät in Innenräumen oder im Freien befindet.

Verwaltung der Batterielebensdauer

Die Entscheidung, ob Ihr IoT Produkt drahtgebunden oder batteriebetrieben sein soll, ist von großer Bedeutung und erfordert mehrere Überlegungen. Die Art und der Einsatzort des Geräts helfen bei der Entscheidung, ob es wiederaufladbar sein sollte oder ob es wichtiger ist, ein proaktives Batteriemanagement zu entwickeln, um eine lange Batterielebensdauer zu gewährleisten. Bei den meisten Mobilfunk Geräten, wie z. B. Wearables, ist ein regelmäßiges Aufladen zu erwarten, aber ein Gerät, das einen entfernten Industrietank überwacht, benötigt eine Batterie, die nur selten ausgewechselt werden muss. Eine weitere wichtige Überlegung bei der Entwicklung von IoT ist, dass einige drahtlose Protokolle besser für batteriebetriebene Geräte geeignet sind als andere.
 

Zertifizierungen und Time-to-market

Für drahtlose Produkte gelten Zertifizierungsanforderungen je nach Region(en) in der Welt, in der sie eingesetzt werden. In den USA zum Beispiel müssen drahtlose Produkte die FCC- und Mobilfunk -Zertifizierungen bestehen. Andere Regionen haben andere Anforderungen, die Sie alle erfüllen müssen, wenn Sie Ihr Produkt weltweit oder in mehreren Regionen vermarkten möchten. Dieser Prozess kann mühsam sein, wenn Sie Ihr Produkt nicht mit dem Wissen um die verschiedenen Zertifizierungsanforderungen geplant und entwickelt haben. Auf der anderen Seite kann die Planung für die Zertifizierung und sogar der Start mit vorzertifizierten Kommunikationsmodulen die Zeit, die Kosten und die Schmerzen, die mit dem Durchlaufen des Zertifizierungsprozesses verbunden sind, drastisch reduzieren.

Der Aufbau Ihres Produkts unter Verwendung eines vorzertifizierten Moduls und der Entwurf Ihres Produkts für eine schnelle Zertifizierung können ebenfalls dazu beitragen, die Markteinführung zu beschleunigen. IoT Produktentwickler stehen oft vor der Frage, ob sie ihr Produkt von Grund auf neu aufbauen oder mit vorgefertigten Komponenten beginnen sollen. Wenn Sie viel Zeit haben und die Kosten für den Endbenutzer Ihrer Anwendung wichtiger sind als die Zeit bis zur Markteinführung, sollten Sie Ihr Produkt selbst entwickeln. Wenn Sie schnell auf den Markt kommen müssen, um ein wettbewerbsfähiges oder nachgefragtes Produkt auf den Markt zu bringen, ist es wahrscheinlich vorteilhafter, Ihre Anwendung IoT auf der Grundlage von vorzertifizierten Modulen zu erstellen.
 

Starten Sie Ihr IoT Produktdesign

Nachdem Sie die Anforderungen an Ihr IoT Produkt im Detail festgelegt und sichergestellt haben, dass Sie ein realisierbares Produkt haben, das den Marktanforderungen entspricht, können Sie endlich mit dem Produktdesign beginnen. Das elektrische Design eines drahtlosen Produkts umfasst das Layout der Leiterplatte, Überlegungen zur Isolierung des HF-Signals, Impedanzanpassung, Art und Position der Anschlüsse und Verbindungen sowie die Stromversorgung. Um diese Entscheidungen treffen zu können, benötigen Sie einen erfahrenen HF-Ingenieur und einen Maschinenbauingenieur in Ihren Reihen oder Sie können sich an einen professionellen HF-Designdienstleister wenden. Team um das Platinenlayout zu erstellen und sicherzustellen, dass die Komponentenentscheidungen mit den Produktanforderungen übereinstimmen.

Als bewährtes Verfahren sollten Sie eine Machbarkeitsstudie in Betracht ziehen, um sicherzustellen, dass Ihr Designplan funktioniert, und mit dem Prototyping des Produkts beginnen, um zu erfahren, welche Hindernisse bei Ihrem endgültigen Design auftreten könnten. Die Lösung dieser Probleme in der Prototyping-Phase Ihres Projekts kann eine enorme Menge an Zeit und Kosten einsparen und sicherstellen, dass Sie termingerecht auf den Markt kommen.
 

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