Die durchgehende Mobilfunk-IoT-Lösung beschleunigt die Einführung von Massive-IoT-Anwendungen. (Bild: NordicSemiconductor)
Die Entwicklung, Installation und Wartung von Mobilfunk-IoT ist eine größere Herausforderung als bei Funktechniken mit kurzer Reichweite, wie z. B. Bluetooth Low-Energy (BLE). Erschwerend hinzu kommt die Fragmentierung der Lieferkette. Im schlimmsten Fall muss sich ein OEM mit einzelnen Lieferanten und Support-Organisationen für Chipsätze, Host-Controller, Entwicklungstools, Software-Entwicklungskits, Module- und Cloud-Services auseinandersetzen.
Die Strategie von Nordic Semiconductor ist es, die Lieferkette zu konsolidieren, indem alle Elemente, die für die erfolgreiche Einführung und den Betrieb eines IoT-Produkts benötigt werden, unter einem Dach zusammengefasst werden. Die BLE-Lösungen von Nordic umfassen SoCs, Stacks, Entwicklungstools, Prototyping-Plattformen und Referenzdesigns. Und nach dem Einsatz im Feld lassen sich BLE-Endprodukte regelmäßig mit sicheren Over-the-Air-/OTA-Software-Updates aktualisieren.
Jetzt verfolgt das Unternehmen die gleiche Strategie, um eine umfassende Massive-IoT-Lösung bereitzustellen. Das Angebot bildet eine vollständig durchgängige Mobilfunk-IoT-Plattform mit zusätzlicher Unterstützung für DECT NR+ („NR+“). Das Massive-IoT-Angebot besteht aus neuen Produkten, die auf SiPs der Serie nRF91 basieren, und bringt Einfachheit, Stabilität und Kosteneffizienz in das Design, die Fertigung und den Einsatz von mobilfunkbasiertem IoT. Damit können Anbieter auf Chipsätze, SiPs, Software, Tools und Dienstleistungen zugreifen, die von einem Unternehmen entwickelt, unterstützt und geliefert werden.
Erweiterung der SiPs der Serie nRF91
Nordics Mobilfunk-IoT-Lösung mit Unterstützung für NR+ umfasst zwei neue SiPs der Serie nRF91, den nRF9161 und den nRF9131, Evaluierungs- und Entwicklungstools, Entwicklungssoftware und nRF-Cloud-Services sowie technischen Support und Beratung.
Der nRF9161 ist ein komplettes, zielgerichtetes, weltweit vorzertifiziertes SiP. Mit ihm lässt sich ein einziger Baustein verwenden, um Mobilfunk-IoT mit Zugang zu globaler, zuverlässiger und sicherer Anbindung oder NR+ für zuverlässige, private Massive-5G-Netzwerke zu wählen. Neue Funktionen, die in der SiP-Modem-Firmware des nRF9161 und in der nRF Cloud eingeführt wurden, senken den Stromverbrauch und machen das SiP ideal für Anwendungen, die eine lange Akkulaufzeit erfordern. Das neue Produkt bietet außerdem eine verbesserte GNSS- und zellbasierte Ortungsleistung.
Der nRF9131 ist eine funktionskompatible Alternative zum nRF9161, die nur halb so groß ist und mehr Flexibilität bei Design und Beschaffung für Unternehmen mit Serienfertigung bietet. Durch die Integration von SoC und HF-Frontend in ein Mini-SiP beseitigt der nRF9131 die Komplexität, größere HF-Risiken und vereinfacht den Fertigungsprozess im Vergleich zur traditionellen Verwendung diskreter Chipsätze in Massenprodukten. Die beiden SiPs stehen derzeit für die Bemusterung bei wichtigen Kunden zur Verfügung.
Mobilfunk-IoT-Tools, um den Stromverbrauch zu optimieren
Projekte mit den neuen SiPs werden durch das einheitliche und skalierbare nRF Connect SDK von Nordic unterstützt. nRF Connect für Desktop bietet Mobilfunk-IoT-Tools, um den Stromverbrauch zu optimieren und eine Bewertung, Überwachung und Fehlersuche bei der Netzwerkanbindung durchführen zu können.
Endgeräte auf Basis der neuen SiPs werden von der nRF Cloud von Nordic unterstützt. Diese ist für den nahtlosen und energieeffizienten Betrieb mit den IoT-Produkten von Nordic optimiert und bietet eine Datenanbindungsplattform und Cloud-Services-Lösung für Massive-IoT-Implementierungen von der Inbetriebnahme bis zur Außerbetriebnahme.
Zwei neue Servicepakete, nRF Cloud Security Services und nRF Cloud Device Management bieten sichere Remote-Bereitstellung, kryptographische Identitätsauthentifizierung, Überwachung des Gerätezustands und protokollunabhängige Datenanbindungsoptionen. (neu)
Unternehmen, die Produkte für das IoT von morgen entwickeln, können mit einem einzigen Anbieter zusammenarbeiten und sicher sein, dass alle Plattformbestandteile aufeinander abgestimmt sind.
Die Technik hinter Massive IoT
Massive IoT beschreibt ein zukünftiges Netzwerk mit Billionen IoT-vernetzter Geräte und Systeme. Ein solches Netzwerk unterstützt Anwendungen, die eine große Anzahl und Dichte von Geräten mit weitreichender Abdeckung erfordern. Beispiele hierfür sind intelligente Stromzähler (Smart Meter), intelligente Straßenlaternen und Asset-Tracker.
Damit Massive IoT sein Versprechen einlösen kann, muss es auf einer Netzwerktechnik basieren, die Skalierbarkeit und Vielseitigkeit unterstützt. Dabei wird eine Einsatzdichte von einer Million Geräte pro km2 möglich sein.
Darüber hinaus erfordert das Netzwerk eine robuste und sichere bidirektionale durchgehende Kommunikation mit der Cloud, ohne dass ein Gateway erforderlich ist.
Mobilfunkbasiertes IoT ist eine ideale Technik für Massive IoT. Sie nutzt die Mobilfunk-Infrastruktur, um Massive-IoT-Geräte/Systeme mit der Cloud zu verbinden. Dabei handelt es sich um eine LPWAN-Technik, die Verbindungen über Kilometer hinweg herstellen kann, viele IoT-Geräte unterstützt und nur wenig Batteriestrom benötigt.
Zu den wichtigsten Vorteilen gehört die Interoperabilität des Internetprotokolls (IP), die eine bidirektionale Verbindung zwischen Endgeräten und der Cloud ohne teure und komplexe Gateways ermöglicht. Weitere Vorteile sind Zukunftssicherheit, Skalierbarkeit, Sicherheit und hohe Dienst-/Servicequalität (QoS).
NB-IoT und LTE-M sind die beiden zugrundeliegenden Techniken, die das mobilfunkbasierte IoT unterstützen. NB-IoT ist in erster Linie für Energieeffizienz, statische Geräte, für das Durchdringen von Gebäuden und andere schwer zugängliche Bereiche konzipiert. Die Latenzzeit beträgt zwischen einer und 15 Sekunden.
LTE-M basiert auf einer optimierten Form der LTE-Technik und unterstützt eine sichere Kommunikation, eine flächendeckende Abdeckung und eine hohe Systemkapazität. Die Fähigkeit, über eine große Bandbreite zu arbeiten, verbessert die Latenzzeit und den Durchsatz im Vergleich zu NB-IoT. LTE-M eignet sich für sichere durchgehende IP-Verbindungen, und die Mobilität wird durch LTE-Mobilfunk-Handover-Techniken unterstützt. (neu)
Autor
Kristian Sæther, Product Director Cellular IoT, Nordic Semiconductor