Bild 1: Das WLAN-System im Siros-Blitzsystem baut das Netzwerk dynamisch im Adhoc-Modus auf. Die Geräte lassen sich aber auch in vorhandene WLANs einbinden (rechts unten).

Bild 1: Das WLAN-System im Siros-Blitzsystem baut das Netzwerk dynamisch im Adhoc-Modus auf. Die Geräte lassen sich aber auch in vorhandene WLANs einbinden (rechts unten).Netmodule

Die professionellen Siros-Blitzsysteme lassen sich drahtlos per WLAN steuern: Dazu bauen sie nach dem Einschalten automatisch ein dynamisches Adhoc-WLAN-Netzwerk auf (Bild 1). Ein Handy oder Tablet muss sich nur in dieses WLAN einbuchen, ohne dass der Anwender lange Netzwerknamen oder Passwörter eintippen müsste, schon kann die „bronControl“-App (Bild 2) alle Funktionen der Blitzgeräte steuern und konfigurieren. Alternativ ist die Integration der Geräte in ein vorhandenes WLAN-Netzwerk in einem Fotostudio möglich. Sobald ein Siros-Gerät mit dem Netzwerk verbunden ist, identifiziert es sich eindeutig per farbiger LED – damit lassen auch mehrere Blitzsysteme per App unterscheiden.

Herausforderungen

Bild 2: Mit der Smartphone-App „bronControl“ konfigurieren Fotografen ihre Siros-Blitzgeräte bequem per Handy.

Bild 2: Mit der Smartphone-App „bronControl“ konfigurieren Fotografen ihre Siros-Blitzgeräte bequem per Handy.Bron Elektronik

Ausgangspunkt der Zusammenarbeit mit Netmodule war der Wunsch des Blitzgeräteherstellers, seine Produkte innovativer und attraktiver zu gestalten. Zunächst sollte eine Designstudie klären, wie man die bestehende, von Bron eigenentwickelte Blitzgeräte-Hardware mit einem WLAN-Modul ausstatten und weitere Produktideen optimal umsetzen könnte. Eine große Herausforderung war dabei, dass die bestehende Hardware am Leistungslimit arbeitete und keine Ressourcen für die geplante Erweiterung existierten. Weitere Themen der Studie waren:

  • HW-/SW-Anbindung eines WLAN-Moduls
  • Auswahl eines geeigneten Netzwerk-Stacks
  • Kommunikation mit dem Smartphone / Tablet
  • Einfache und sichere Benutzeranmeldung
  • Preis des WLAN-Moduls / Herstellungskosten
Bild 3: Das Blockschaltbild des GS1011 zeigt, dass Gainspan die SoC-Architektur um einen ARM7-Kern herum aufgebaut hat.

Bild 3: Das Blockschaltbild des GS1011 zeigt, dass Gainspan die SoC-Architektur um einen ARM7-Kern herum aufgebaut hat.Gainspan

Aus diesen Rahmenbedingungen leiten sich die Anforderungen an das WLAN-Modul ab: Auf alle Fälle sollte es die Verschlüsselung gemäß WPA2 unterstützen, sowohl als Access-Point wie auch als Client. Dazu kamen hohe Kompatibilität mit anderen WLAN-Geräten, eine möglichst große Anzahl erlaubter Clients im Soft-Accesspoint-Mode (SAP), kurze Scan-Zeiten und eine schnelle Umschaltzeit vom SAP zum Client.

Gainspan-Modul

Nach der Evaluierung von zehn Modulen fiel die Wahl auf das WLAN-Modul GS1011MEP der Firma Gainspan aus den USA. Es enthält den Wireless-SoC GS1011 (Bild 3), der zwei ARM7-CPUs, das WLAN-Subsystem, einen Embedded-IEEE-802.11-Network-Stack, SRAM, Flash-Speicher, eine Echtzeituhr (RTC), einen Leistungsverstärker, Power-Management sowie verschiedene I/O-Peripherie integriert. Die Ausführung als System on Chip erlaubt einen sehr autonomen Betrieb, ohne die Ressourcen der bestehenden Hardware über Gebühr zu belasten. Die Kommunikation mit der CPU in der Blitzsteuerung erfolgt mittels AT-Kommandos via SPI-Bus. Industrieller Temperaturbereich (-40 bis +80 °C) und geringe Leistungsaufnahme runden den Nutzen für die Anwendung ab.

Bild 4: Die Embedded-WLAN-Architektur von Netmodule entlastet die Hardware im Blitzgerät. Eine eigene Middleware sichert die Kommunikation über Betriebssysteme hinweg.

Bild 4: Die Embedded-WLAN-Architektur von Netmodule entlastet die Hardware im Blitzgerät. Eine eigene Middleware sichert die Kommunikation über Betriebssysteme hinweg.Netmodule

Nach der Erweiterung der bestehenden Hardware ging es darum, die Firm-, Middle- und Applikationssoftware darauf zu implementieren (Bild 4). Wichtiger Bestandteil waren der Treiber des WLAN-Moduls sowie die WLAN-Modul-Middleware auf der bestehenden Hardware. Diese Middleware realisiert das Kommunikationsprotokoll zwischen den verschiedenen Instanzen. Sie kann auch das dynamische Adhoc-WLAN-Netzwerk aufbauen und kontrollieren. Ebenfalls regelt die Middleware den Zugriff auf die Konfigurationsparameter der Siros-Geräte via Smartphone. Sie wurde betriebssystemunabhängig entwickelt, sodass sie sie sich in verschiedene Smartphones ebenso wie in Blitzgeräte ohne Betriebssysteme integrieren lässt. Apps, die mit Embedded-WLAN-Systemen (hier: den Siros-Geräten) interagieren sollen, brauchen ja eine passende Gegenstelle für die Kommunikation. Nach der Designstudie war das Projekt in etwa 18 Monaten abgeschlossen. Im Sommer 2015 konnte Bron Elektronik die ersten Geräte ausliefern.

Lessons learned

Die Projektpartner sammelten bei dieser Entwicklung einige Erkenntnisse. Zum Beispiel stellte sich die Kurzlebigkeit von technischen Geräten als Herausforderung dar, vor allem wenn es darum geht Normen und Standards einzuhalten. Deshalb sollte man die Systeme modular aufbauen, sodass sich Komponenten bei Bedarf einzeln austauschen lassen. Dabei ist es unabdingbar, passende Schnittstellen inklusive Hard- und Software zu entwickeln. Eventuell verwendete Apps müssen immer auf dem neuesten Stand gehalten und auf neue Geräte und Komponenten abgestimmt sein.

Eckdaten

Fernbedienungen per Handy sind in: Doch es muss nicht gleich eine Cloud-Infrastruktur im IoT-Design sein. In einem Projekt zusammen mit Bron Elektronik setzt Netmodule auf eine Embedded-WLAN-Architektur, die wahlweise im Adhoc-Modus arbeitet oder sich in ein vorhandenes WLAN einklinkt. Der Clou: Die WLAN-SoCs besitzen eigene CPU-Kerne und entlasten damit die Rechenleistung der restlichen Hardware.

Eine weitere Herausforderung ist die Konfiguration einer Netzwerkumgebung beim Einsatz von Embedded-WLAN. Damit Geräte eigenständig ein Adhoc-Netzwerk aufbauen können, sind intelligente Algorithmen gefragt, welche automatisch den M2M-Datenaustausch übernehmen. Soll eine eventuell bestehende Netzwerk-Infrastruktur verwendet werden, muss diese entsprechend ausgestattet sein und die Kompatibilität von Infrastruktur und Geräten gewährleisten. Des Weiteren muss der Anwender auf eine ausreichende Netzwerkabdeckung achten, damit keine Störungen beim Datenaustausch zwischen den Geräten auftreten.

Software-Updates sind ein heikles Thema: Es empfiehlt sich, Updates via Smartphones oder Tablets aufzuspielen, also per App. Vom Benutzer manuell durchzuführende Update-Prozesse werfen in der Regel viele Fragen auf und erfordern Support-Teams beim Hersteller oder Händler. Für Updates kostenpflichtiger Erweiterungen von Apps ist ein passendes Lizenzierungssystem nötig. Nicht zu vergessen ist das Datenmanagement: Aus dem Einsatz von Apps und dem sich daraus ergebenden Kundenkontakt resultieren eine Fülle von Daten, die Hersteller und Händler sicher und vertraulich handhaben müssen.

Bild 5: Bron Elektronik hat seine professionellen Siros-Blitzsysteme mit einem WLAN-Modul von Gainspan ausgerüstet.

Bild 5: Bron Elektronik hat seine professionellen Siros-Blitzsysteme mit einem WLAN-Modul von Gainspan ausgerüstet.Bron Elektronik

Chancen für neue Geschäftsmodelle

Aus den neuen technologischen Möglichkeiten von Embedded-WLAN resultierten beim Projekt Siros zusätzliche Geschäftschancen: So können Hersteller und Händler ihre Kunden anhand der App direkt ansprechen, beispielsweise durch personalisierte Push-Benachrichtigungen. Der direkte Kundenkontakt ermöglicht es auch, dem Nutzer beispielsweise Dienste wie Diebstahlüberwachung oder Wartungsmeldungen anzubieten. Es ist auch denkbar, zusätzliche Features der App durch Bezahlung freizuschalten.

Eine weiteres Geschäftsmodell ist die Vermietung / Leasing von elektronischen Geräten. Für die Abrechnung könnte die App direkt die Zeit messen und speichern, während der sie mit dem Gerät verbunden ist. Alternativ dazu könnte sie die Anzahl an Interaktionen erfassen und die Vermietungsgebühr danach berechnen. So zeigt sich einmal mehr, dass sich mit der Nutzung einer weiteren oder neuen Technologie, wie in diesem Falle Embedded-WLAN, auch immer neue Märkte und Kundengruppen eröffnen.

Sinnvolle Ergänzung

Die Einführung einer neuen Technologie, wie Embedded-WLAN, stellt immer eine besondere Herausforderung dar und wirft viele Fragen auf. Daher empfiehlt es sich, zunächst die möglichen Märkte und Geschäftsmodelle genau zu analysieren und eine klare Strategie festzulegen. Die Anforderungen an ein Projekt und ein daraus resultierendes Produkt müssen im Vorfeld genau bestimmt und erfasst werden, um daraus klare Ziele zu definieren. Hierbei kann ein erfahrener Projektpartner wie Netmodule umfangreiche Beratung und Dienstleistungen anbieten, die gemeinsam zu neuen Lösungen führen.