Nach der Produktion, beziehungsweise dem Verkauf sind die meisten aktuellen Geräte verschwunden und Hersteller können kaum herausfinden, wo sie sich befinden oder wie sie sich verhalten. Mit beiliegenden Registrierungskarten, Kundenumfragen und Kontaktformularen auf Webseiten versuchen Anbieter, einige Informationen zu erhalten. Doch präzise und dauerhafte Aussagen zu Betriebszuständen, Produktverschleiß, Verbraucherverhalten oder Gebrauchshäufigkeit sind so nicht zu erhalten. Dabei können Hersteller mit diesen Informationen und denen daraus gewonnenen Erkenntnissen ihre Produkte am tatsächlichen Nutzverhalten ausrichten, sprich optimieren, wovon letzendlich auch die Kunden profitieren.

Schwachstellen frühzeitig aufdecken

Beispielsweise lassen sich Produktentwicklungen an aktuelle Änderungen im Konsumentenverhalten anpassen sowie Schwachstellen am Produkt erkennen und per Fernzugriff beheben, noch bevor sie die Kunden selbst bemerken. Nutzer profitieren so von mehr Sicherheit und neuen Produkt-Features dank Firmware-Updates. Und schließlich verkürzt diese Chance zum Feinschliff nach dem Verkauf die Markteinführungszeit neuer Produkte.

Über den Distributor

Die umfassende Wireless-Linecard hat bei Rutronik Tradition. Bereits vor zehn Jahren fokussierte der Distributor auf drahtlose Technologien und gründete das Wireless Competence Center. Das rund 20-köpfige Team unterstützt Kunden weltweit bei komplexen Hochfrequenzdesigns, der Auswahl des optimalen Protokolls, der Hard- und Software, den notwendigen Zertifizierungen sowie Sicherheitskonzepten.

Voraussetzung hierfür ist, dass Sensoren verschiedene physikalische Größen erfassen und die Daten an den Hersteller übermitteln; diese Eigenschaft ist allgemein als „smart“ bekannt. Vom Smart TV bis zur vernetzten Produktionsmaschine sind das immer mehr Geräte, sogar einzelne elektronische Komponenten erhalten eigene IPv6-Adressen. Nicht-internetfähige Produkte aber sind abgeschnitten von dieser Kommunikation innerhalb des Internet of Things (IoT) beziehungsweise der Industrie 4.0 – eben im Mondschatten.

Vernetzt in IoT und Industrie 4.0

Ob IoT oder Industrie 4.0 – Rutronik hat für jede Applikation die jeweils passende Funklösung: 6LoWPAN im Sub-GHz-Netzwerk für Gebäudetechnik oder längere Distanzen mit optionaler Ethernet Bridge, Bluetooth 4.2, Wi-Fi in sämtlichen Facetten, das immer populärere ANT-Netzwerk oder Lösungen für Mobilfunktechnologien. So können Kunden die üblichen Gateways wie Wi-Fi-Router, Smartphone oder Basisstation für ihr Produkt nutzen.

Viele aktuelle Funklösungen beinhalten nicht nur das Funkprotokoll und zugehörige Anwendungsprofile, sondern zudem genügend Rechenleistung, Speicherplatz, Peripherie und Schnittstellen, um Sensoren, Batterie und I/O-Bauteile direkt anzuschließen. Embedded-Kunden profitieren von Mini-PCIe-Karten, M.2-Karten, USB- oder RS232-Sticks sowie industriellen Modems für sämtliche Funktechnologien.

Das SoC nRF52 von Nordic mit dem ARM Cortex M4F bietet eine höhere Rechenleistung und ein Vielfaches an Speichervolumen im Vergleich zum Vorgänger.

Das SoC nRF52 von Nordic mit dem ARM Cortex M4F bietet eine höhere Rechenleistung und ein Vielfaches an Speichervolumen im Vergleich zum Vorgänger.Nordic Semiconductor

Partner in Sachen Wireless

Fokuspartner im Wireless-Bereich ist Nordic Semiconductor, mit dem Rutronik bereits seit 2006 zusammen arbeitet. Mit der Produktfamilie nRF51 deckt Nordic die Bluetooth-4.0-Technologie ab. Verglichen mit den Vorgängern verfügen diese System-on-Chips über einen verbesserten Transceiver, einen leistungsstärkeren 32 Bit ARM Cortex M0 mit 16 oder 32 KBit RAM und 128 oder 256 KBit Flash-Speicher, 31 GPIOs, ADCs. Hinzu kommt ein reichhaltiges Angebot an Softwarestacks für sämtliche Nutzungsrollen im Bluetooth-Netzwerk. Neben Bluetooth Smart (BLE, Bluetooth Low Energy) unterstützt ein nRF51 auch das Ultra-Lowpower-Netzwerkprotokoll ANT, das mit bis zu 64.000 Netzwerkteilnehmern und je nach Betrieb noch geringerem Energieverbrauch als Bluetooth Smart zusätzliche Einsatzmöglichkeiten eröffnet.

Nicht nur für Sportanwendungen

Noch immer ist dieses Netzwerkprotokoll mit dem Vorurteil behaftet, nur für Sportanwendungen geeignet zu sein. Dass dies nicht zutrifft, zeigt schon die Tatsache, dass das Protokoll in sämtlichen Smartphones und Tablets der Marktführer Sony und Samsung integriert ist. Da ANT die Schichten eins bis sechs abdeckt, also Netzaufbau, Routing, Acknowledgement beziehungsweise Resending und Ähnliches und Entwickler die siebte Schicht applikationsspezifisch definieren können, eignet es sich auch hervorragend zum Überwachen von Solarpanels, für Weiße Ware, Küchengeräte, Beleuchtungstechnik oder Inventarüberwachung.

Dritte Variante ist das kostenlose Open-Source-Protokoll Gazell. Es erlaubt standardmäßig eine Sterntopologie für sieben Teilnehmer mit drei verschiedenen Pairingmöglichkeiten, darunter auch Proximitypairing.

Eckdaten

Distributoren wie Rutronik unterstützen Unternehmen dabei, die technische Grundlage für den Eintritt ins IoT und die Industrie 4.0 zu legen. Vom Wireless-Kooperationspartner Nordic etwa kommen SoCs der Baureihe nRF51 mit einem ARM Cortex M0, der nicht nur Bluetooth Smart unterstützt, sondern auch das Ultroa-Low-Power-Netzwerkprotokoll ANT mit bis zu 64.000 Teilnehmern. Erste Engineeringsamples des noch leistungsstärkeren Nachfolgers sind bereits erhältlich. Außerdem im Portfolio sind die Modulhersteller Fujitsu, RF Digital und Dynastream, deren Funkmodule den vollen Softwaresupport durch Nordic erhalten.

Funkmodule für kleinere Stückzahlen

Basierend auf dieser SoC-Familie hat Rutronik drei Modulhersteller im Portfolio: Fujitsu, RF Digital und Dynastream. Damit sparen sich Interessenten mit kleinen bis mittleren Stückzahlen die Kosten für Zertifizierungen und ein aufwendiges HF-Design, gleichzeitig profitieren sie von einer kürzeren Time-To-Market mit besten Bluetooth Stacks und Applikationsprofilen. Gleichzeitig kann Rutronik bei diesen Funkmodulen den vollen Softwaresupport durch Nordic gewährleisten. Das Konzept bewährt sich auch beim einfachen Umstieg vom Modul- auf den IC-Einsatz bei steigendem Produktionsvolumen. Nach der Markteinführung können Hersteller jederzeit ein Hardware-Redesign durchführen, um die Bill of Material zu optimieren; eine Softwareanpassung ist dabei nicht notwendig.

Die Module von Dynastream unterstützen BLE sowie das ANT-Protokoll, die Modelle von Fujitsu und RF Digital hingegen sind auf die drei Bluetooth Smart Stacks, Gazell und kundenspezifische Protokolle beschränkt.

Firmware für einfachen Prototypenbau

RF Digital bietet darüber hinaus auch hauseigene Stacks an: Die RFduino genannte Firmware lässt sich mit der Arduino Entwicklungsumgebung (Eclipse) flashen und dank vereinfachter Befehle besonders leicht programmieren. Darüber hinaus kann das Modul auch als SIP-Bauform mit stapelbaren Shields zum Einsatz kommen. Shields beinhalten je nach Variante ein USB-Programmierinterface, Knöpfe, LEDs, Batteriehalter, Aktoren und vieles mehr. Somit eignet sich ein RFduino besonders gut zum Prototypenbau von Bluetooth-Smart-basierenden Ideen. Der anschließende Umbau auf kostenoptimierte Hochvolumenprojekte ist dann ein Kinderspiel.

Nach Installation der kostenlosen Simblee-App werden GUI und Applikationscode im Simblee gespeichert und ausgeführt und lediglich an die App übertragen.

Nach Installation der kostenlosen Simblee-App werden GUI und Applikationscode im Simblee gespeichert und ausgeführt und lediglich an die App übertragen.RF Digital

Aufgrund des großen Erfolges des RFduino hat RF Digital  Simblee entwickelt. Der ist noch kleiner als der RFduino, optional aber auch im dazu kompatiblen Format erhältlich, sodass die gleichen Shields verwendet werden können. Im Unterschied zum RFduino lassen sich mit der Simblee-Entwicklungsumgebung auch Apps für iOS- und Android-basierende Smartphones realisieren, ohne dass man dafür Xcode oder Andoid-SDK benötigt oder Apps auf iTunes und den Google Play Store hochladen muss. Nach Installation der kostenlosen Simblee-App werden sowohl die GUI (Graphical User Interface) als auch der Applikationscode im Simblee gespeichert und ausgeführt und lediglich an die App übertragen.

Deutlich mehr Speichervolumen

Aktuell sind die ersten Engineeringsamples des nRF51-Nachfolgers erschienen. Der nRF52 geht Ende des Jahres in Serienproduktion und vereinfacht dank integrierter NFC-Schnittstelle auch das Bluetooth Fast Pairing: Lediglich eine 13,56-MHz-Antenne ist anzuschließen und schon koppeln sich Smartphone und nRF52-Anwendung über kurze Distanzen vollautomatisch. Der ARM Cortex M4F im nRF52 mit 512 kByte Flash und 64 kByte RAM ist effizienter und leistungsstärker als der nRF51 mit seinem ARM Cortex M0, 128/256 kByte Flash und 16/32 kByte RAM.

Simblee ist kompatibel zu den RFduino-Shields, aber deutlich kleiner als der RFduino. Die Smartphone-Apps werden im Modul ausgeführt, so dass man keine Apps individuell für Android oder iOS programmieren muss.

Simblee ist kompatibel zu den RFduino-Shields, aber deutlich kleiner als der RFduino. Die Smartphone-Apps werden im Modul ausgeführt, so dass man keine Apps individuell für Android oder iOS programmieren muss.RF Digital

Insgesamt bietet Rutronik eine komplette Infrastruktur aus Chips, Modulen, USB-Sticks, verschiedenen Entwicklungsumgebungen und Tools, die alle auf Nordic-Halbleitern basieren und somit funktechnisch und hinsichtlich Sourcecode kompatibel sind. Hinzu kommen weitere Hersteller wie Rohm, Toshiba und ST.

Nie ohne Sicherheitsmaßnahmen

Wenn Geräte und Maschinen internetfähig sind, öffnet dieser Zugang nicht nur Herstellern und Nutzern viele Möglichkeiten, sondern auch Unbefugten mit unlauteren Absichten. Negativbeispiele gibt es bereits, wie etwa einen deutschen Automobilbauer, der GSM-Module ohne integriertes SSL oder andere Schutzmechanismen genutzt hat, oder ein Lampenhersteller, der auf Zigbee gesetzt hat und medienwirksam geknackt wurde. Sicherheitsmaßnahmen, mit denen sich solche Zugriffe verhindern lassen, sind bereits für verschiedene Ebenen verfügbar. Sie reichen von der Hardware über Hardware-nahe Software und Firmware bis hin zu anderen Softwaresystemen, die auf einer Hochsprache basieren.

Bei der Auswahl und Umsetzung unterstützt Rutronik seine Kunden und bewahrt sie vor Fallstricken. So verlassen sich beispielsweise einige Hersteller auf eine WPA2-verschlüsselte WLAN-Verbindung. Doch diese endet spätestens hinter dem Wi-Fi-Accesspoint, auf alles was danach kommt, haben weder Nutzer noch Hersteller irgendeinen Einfluss. Hierfür bedarf es einer E2E-Verschlüsselung (Ende zu Ende), bei der bereits die Rohdaten der Sensoren verschlüsselt an die Kommunikationseinheit geschickt und erst im Server entschlüsselt werden. Zusätzlich ist es wichtig, die Daten lokal zwischenzuspeichern, falls die Kommunikationsverbindung einmal gestört ist.