Das IoT (Internet der Dinge) vernetzt bislang autarke Geräte, sodass sie Daten mit anderen Devices austauschen können. Diese abstrakt klingende Fähigkeit erweist sich als nützlich, wenn ein Gerät Daten weitergeben soll, um sie an anderer Stelle auszuwerten. Um autarke Geräte zu vernetzen, kann man sie komplett neu entwickeln, oder um einen Device-Server ergänzen. Dieses Interface stellt eine Verbindung her zwischen einem nicht netzwerkfähigen Gerät und dem Internet. Zum Gerät verbindet sich der Device-Server üblicherweise mit seriellen asynchronen Interfaces wie RS-232. Ein Webserver im Device-Server bereitet einerseits Daten auf und stellt sie im Internet bereit und nimmt andererseits Befehle entgegen und setzt sie auf die serielle Schnittstelle um.

Wie wichtig es für Entwickler ist, sich mit diesem Thema auseinanderzusetzen, zeigen die Marktanalysten: Die konkreten Schätzungen darüber wie groß das IoT ist und wie schnell es wächst variieren mit der Quelle, aus der die Informationen stammen. Die Analysten gehen von bis zu 50 Milliarden verbundenen Geräten im Jahr 2020 aus. Alle Experten gehen davon aus, dass die Anzahl riesig sein wird, und der Markt immer noch in den Kinderschuhen steckt. Um hier schnell einzusteigen empfiehlt sich der Einsatz von Device-Servern.

Bild 1: Der X-Pico Wi-Fi ist nur 24 × 16,5 mm² klein, beherbergt aber einen Mikrocontroller, serielle Schnittstellen und Wi-Fi-Funktionen. Auf ihm läuft ein kompletter Webserver.

Bild 1: Der X-Pico Wi-Fi ist nur 24 × 16,5 mm² klein, beherbergt aber einen Mikrocontroller, serielle Schnittstellen und Wi-Fi-Funktionen. Auf ihm läuft ein kompletter Webserver.Hy-Line Computer Components

Der gerade einmal briefmarkengroße X-Pico Wi-Fi Device Server (Bild 1) unterstützt gleichzeitig die beiden Betriebsarten Client und Soft-AP (Access-Point). Damit kann er sich über Wi-Fi sowohl mit einem Netzwerk als auch mit einem Smartphone oder Tablet-Computer verbinden. Durch den integrierten Webserver kann man auf das Endgerät über den Browser zugreifen, ohne auf Smartphone oder Tablet laufende Spezialsoftware. In Verbindung mit einfacher Nutzung und niedriger Leistungsaufnahme ermöglicht der X-Pico Wi-Fi neuen IoT-Geräten und Anwendungen raschen und einfachen Zugriff auf das Internet.

Praktische Anwendung

Ein Hersteller von Heizungsanlagen für gewerbliche und private Kunden suchte eine Lösung, mit der Anwender Parameter wie Temperatur und Schaltzeiten bequem über das Smartphone oder Tablet einstellen. In einem intelligenten Haus ist die Heizungsanlage zum Beispiel auch mit der Jalousiensteuerung und Fensterkontakten vernetzt, um Energie zu sparen. Gleichzeitig sollte aber der Servicetechniker oder Kaminkehrer die Möglichkeit bekommen, Fehlermeldungen und Messwerte abzurufen.

Eckdaten

Mit seinen 24 × 16,6 mm² Grundfläche ist der Device-Server X-Pico Wi-Fi so groß wie eine Briefmarke. Er macht autarke Gerät fit fürs Internet der Dinge: Per serieller Schnittstelle steuert er das Gerät und verbindet sich per Wi-Fi mit der Außenwelt. Dabei kann er sich gleichzeitig als Client in ein Heimnetzwerk einwählen, als auch als AP dienen, mit dem sich Servicetechniker direkt verbinden, ohne Zugang zum Heimnetz. Dank Webserver braucht der Anwender keine Spezialsoftware.

Eine leitungsgebundene Schnittstelle wäre ideal, wenn die Applikation Zugriff und Steuerungsmöglichkeiten lediglich über ein lokales Netzwerk benötigt. Hier hingegen möchte der Kunde die Anlage vor Ort, aber trotzdem ungebunden steuern. Daher kam nur ein drahtloser Zugriff in Frage. Typische Wi-Fi-Applikationen erfordern jedoch, dass der Controller sich mit einem Access-Point verbindet, sodass der Servicetechniker oder Kaminkehrer sich im Heimnetz des Kunden anmelden und bewegen müsste. Das Risiko, hier neben dem legitimen Zugang des Servicetechnikers einem unbekannten Angreifer eine Sicherheitslücke zu bieten, möchte kein Kunde eingehen. Hier war Lantronix gefragt, eine kosteneffektive, sichere, einfach zu integrierende und benutzerfreundliche Lösung zu entwickeln.

Weitere wichtige Anforderungen waren die drahtlose Anbindung, die Kompatibilität und Ko-Existenz mit bereits existierenden Access-Points, ohne deren Leistung einzuschränken. Da nicht alle Anwender im Umgang mit Netzwerktechnik versiert sind, stand die einfache und schnelle Installation und Integration durch den Anwender in das existierende Heimnetzwerk im Vordergrund. Die Steuerung und Parametrierung soll dabei sowohl über das Heimnetzwerk als auch über ein angeschlossenes Smartphone oder Tablet möglich sein. Wie erwähnt, dürfen Techniker und Kaminkehrer sich nur mit dem AP der Heizungssteuerung verbinden, ohne dabei gleichzeitig Zugriff zum Rest des Heimnetzwerks zu erhalten. Vor dem Zugriff muss er sich vom Besitzer die Berechtigung hierzu einholen. Da die Heizungssteuerung nur einen begrenzten Bauraum bietet, muss der Device-Server kompakt gebaut sein.

Bild 2: Das Blockdiagramm des X-Pico zeigt, welche externen Interfaces der Device-Server bedient. Auf seiner Cortex-M3-MCU läuft ein Webserver, der sich per Wi-Fi von der Außenwelt aus ansprechen lässt.

Bild 2: Das Blockdiagramm des X-Pico zeigt, welche externen Interfaces der Device-Server bedient. Auf seiner Cortex-M3-MCU läuft ein Webserver, der sich per Wi-Fi von der Außenwelt aus ansprechen lässt.Hy-Line Computer Components

Embedded Wireless Device-Server

Als einer der kleinsten Device-Server im Embedded-Formfaktor ließ sich der Lantronix X-Pico leicht in die Heizungssteuerung integrieren. Als Wi-Fi-Client kann der Besitzer des Systems ihn über einen Standard-AP je nach Komplexität des Restsystems mit einem PC oder einer SPS verbinden. Dadurch kann der Besitzer seine Heizung intelligent überwachen und steuern und Betriebskosten senken. Gleichzeitig kann er dem Wartungstechniker oder Kaminkehrer über die X-Pico-Wi-Fi-Access-Point-Funktion Zugriff auf die Anlage gewähren, ohne dass dieser sich in das Heimnetzwerk des Besitzers einloggen muss.

Über den X-Pico Wi-Fi kann der Techniker den Zustand der Heizung abfragen, Fehlermeldungen einsehen, aufgetretene Probleme beseitigen und Regelparameter optimieren – alles über einen Tablet-Computer oder ein anderes tragbares Gerät, und alles in einer sicheren Netzwerkumgebung (Bild 3).

Bild 3: Der X-Pico Wi-Fi agiert gleichzeitig als WLAN-Client, um sich via Heimnetzwerk ins Internet zu verbinden, als auch als Access-Point. Damit kann der Service-Techniker auf die Heizungsanlage zugreifen, ohne sich ins Heimnetz einzuloggen.

Bild 3: Der X-Pico Wi-Fi agiert gleichzeitig als WLAN-Client, um sich via Heimnetzwerk ins Internet zu verbinden, als auch als Access-Point. Damit kann der Service-Techniker auf die Heizungsanlage zugreifen, ohne sich ins Heimnetz einzuloggen.Hy-Line Computer Components

Ergebnisse

Durch die schnelle und einfache Implementierung wird der Bedarf an Support bereits bei der Installation minimiert. Besitzer und Servicetechniker haben beide Zugang auf die Heizungssteuerung. Die Lösung mit dem X-Pico Wi-Fi ist klein genug, um in der beschränkten Baugröße der Heizungssteuerung eingebaut zu werden. Dank Funkanschluss an ein Heimnetzwerk kann der Anwender gleich starten. Der Besitzer spart Betriebskosten, da er über das pfiffige Management einfachen Zugriff lokal und sogar aus der Ferne hat. Der Hersteller der Heizungssteuerung wiederum hat einen Wettbewerbsvorteil durch die innovative Lösung, mit der er eine Anforderung des Marktes in sehr kurzer Zeit implementieren konnte.