En vei gjennom IoT-jungelen - Elektronikknett
Avnet IoT Visible Things - Gateway_front1
Avnet Silica har samlet alle byggeblokkene de mener trengs for å kunne levere en fleksibel og omfattende kant-til-bedrift evaluerings- og utviklingsplattform for IoT, i utviklingsplattformene i Visible Things-programmet.

En vei gjennom IoT-jungelen

Evaluering og utvikling av IoT systemer – de vanskelige valgene, og hvordan løse dem på en fleksibel måte

Vi har fått John Jones, innovasjonsdirektør i Avnet Silica, til å drøfte noen av utfordringene og valgene knyttet til utvikling av systemer og applikasjoner for Tingenes Internett, IoT. Her forteller han hvordan Visible Things plattformen kan muliggjøre rask og enkel utvikling av sikre, skalerbare nettverkskant-til-bedrift løsninger innen en rekke industrielle anvendelser

Teknisk revolusjon
Internet of Things (IoT) står for en teknologisk revolusjon som kan gi bedre effektivitet og økt produktivitet i eksisterende utstyrsinfrastruktur. Vel så viktig er det at vi kan utnytte skybaserte IT-teknologier og –muligheter som blir stadig kraftigere, og implementeringen av sanntids dataanalyse kan muliggjøre autonome beslutningsprosesser og skape potensiale for nye tjenester og inntekter for næringslivet. Imidlertid kan det være en komplisert, fragmentert og potensielt usikker overgang for mange, spesielt de som opererer i industrielle sektorer.

Eksisterende utstyr
For eksempel kommer den industrielle verden fra mange tiår med eksisterende utstyr og –infrastruktur som vanskelig lar seg erstatte på en rask eller kosteffektiv måte. Introduksjon av nye, innvevd maskinvare og programvare for å binde sammen smarte sensorteknologier med sky- og bedriftsprogrammer, eventuelt via en internett-gateway, bringer i mange tilfeller med seg problemer med tilkopling, interoperabilitet, sikkerhet og skalerbarhet. Alt dette ting som kan representere en alvorlig utfordring for å kunne kople opp tidligere frittstående systemer og enheter, spesielt når man skal håndtere løsninger fra flere leverandører.

Markeder og anvendelser
I dag ser vi svært sprikende estimater for IoT markedet – men for å velge ett fra mengden, spår analysebyrået IHS rask ekspansjon de nærmeste årene, noe de mener vil resultere i en installert base på mer enn 50 milliarder internettkoplede dingser innen 2025, og med leveringer på stadig nye enheter, anslått til mer enn 12 milliarder per år. En stor del av en installerte basen forventes å være innen industrielle applikasjoner, med omkring 20 milliarder tilkoplede enheter implementert i en rekke markeder, inkludert industriell automatisering, bygningsautomatisering og smarthus, smartmetere og innen alarm- og sikkerhetsprodukter. 

Proaktivt vedlikehold
Denne veksten drives av utallige nye applikasjoner og muligheter. En klassisk IoT applikasjon er for eksempel proaktivt vedlikehold, der for eksempel produksjons- eller driftsdata samles inn vha. sensorer lokalisert i eller nær utstyret, og sendes opp i ”skyen” for sanntids dataanalyse. Dette gjør det mulig å diagnostisere og forebygge feil i utstyret, noe som kan være en vesentlig fordel for produksjonsselskaper, og er vitalt for tjenestekritisk infrastruktur. Proaktivt vedlikehold kan få stor betydning innen høyteknologisk produksjon og smarte fabrikker, og ikke minst det som blir kalt Industri 4.0 revolusjonen i Tyskland.

Sporing og overvåking

Avnet IoT Visible Things - Fig 1 - scope Figur 1 – Omfanget av Visible Things plattformen.

En annen viktig anvendelse finner vi innen sporing og overvåking for transport- og logistikkmarkedet. Installasjon av laveffekt smalbåndssendere i kjøretøy og store varer eller kontainere, kombinert med dataanalyse i skyen, kan muliggjøre sanntidssporing av leveranser, og dermed forbedre levering og forsikringsmessige problemstillinger. Slike løsninger har også potensiale for å optimalisere logistikkruter eller lagerkapasitet. Et annet eksempel er installasjon av brannalarmer i privathus, der kommunikasjon med tilleggsenheter som bevegelsessensorer kan gi en høyere, så vel som muligheter for å tilby komplette applikasjoner og tjenester til sluttkunder.

Utfordringer og tilkoplingsvalg
Det fins mange utfordringer for selskaper som ønsker å introdusere IoT systemer og -applikasjoner. Blant annet: kravene til lav effekt i enheter i utkanten av nettet, spesielt fjerntliggende enheter som typisk må kunne drives av små batterier; skalérbarhet og muligheter for å håndtere potensielt tusenvis eller kanskje millioner av enheter; bekymringene rundt sikkerhet; og interoperabilitet mellom diskrete løsnigner på forskjellige nivå i IoT-kjeden.

Hvilken kommunikasjon?
Man står også overfor mange valg når det gjelder tilkopling. De tradisjonelle mulighetene omfatter kortdistanse trådløs kommunikasjon, vanligvis trådløst LAN, Bluetooth Smart (Low Energy profile) eller ZigBee fra kant-enheter til en gateway, ofte trådbundet via Ethernet til skyen, eller potensielt tilkoplet via WLAN. En annen mulighet er mobilkommunikasjon fra gateway eller til og med fra kant-enhetene, for å kunne sende data direkte til skyen, men ulempen med denne løsningen er en energikrevende meldingstjeneste som ikke alltid er egnet for de små informasjonsmengdene som kjennetegner IoT-data.

Laveffekt smalbånd
Imidlertid fins det alternative tilkoplingsmuligheter, med laveffekt smalbånds meldingsoverføring via LPWAN (Low-Power Wide-Area) nettverksteknologier, slik som LoRaWAN og SIGFOX. Som utfyllende tjenester til mobilnettverk og trådløs kortholdskommunikasjon, basererer LoRaWAN og SIGFOX seg på at mange IoT- og maskin-til-maskin (M2M) enheter kun trenger å overføre ganske små datamengder, og må kunne drives av et lite batteri. Disse LPWA-teknologiene muliggjør betydelig lavere kostnader og lavere effektforbruk, samtidig som de støtter store nettverk som kan inneholde millioner av batteridrevne enheter. LoRa tilbyr datahastigheter fra 0,3 og opp til 22 kbps, mens SIGFOX anvender UMB (UltraNarrowBand) teknologi, som gjør den egnet for enda mindre datastørrelser, med hastigheter fra 10bps opp til 1000bps. Typisk strømforbruk for et SIGFOX modem er for eksempel mellom 20 og 70mA og er tilnærmet lik null når det er inaktivt. Dette nivået kan muliggjøre batterilevetid på flere år for kant-enheter, spesielt med sporadisk fremfor kontinuerlig sendebehov. Fremdeles er imidlertid nettverksdekningen for for eksempel SIGFOX til en viss grad begrenset. Teknologien rulles nå ut i flere store byer, men for det meste i større byer i Vest-Europa i land som Frankrike, Portugal, Spania, Benelux og Storbritannia.

NB-IoT
I tillegg er det en ny og voksende LPWA standard på gang: NB-IoT (NarrowBand IoT), som støttes av flere store telekomoperatører og utstyrsleverandører verden rundt. Teknologien er en del av GSMAs Mobile IoT Initiative som skal levere rimelig og laveffekt kommunikasjon for IoT nettverk gjennom bruk av mobilnettverksstandarder. I dag er initiativet kanskje fortsatt i en tidlig fase, men så langt virker det lovende.

Visible Things
For å hjelpe bedrifter som ønsker å dra nytte av mulighetene IoT byr på,  har Avnet Silica samlet alle byggeblokkene de mener trengs for å kunne levere en fleksibel og omfattende kant-til-bedrift evaluerings- og utviklingsplattform for IoT. Med en rekke markeder som målgruppe, er Visible Things plattformen ett av de første IoT-systemer og applikasjonsplattformer som er gjort tilgjengelig fra en elektronikkomponent- og -systemdistributør. Plattformen leverer testet, velprøvd, sikker og integrert maskinvare og innvevd programvare for å knytte sammen smarte sensorer og innvevde enheter via gateway-løsninger eller LPWA nettverksteknologier, helt frem til skyen og kommersielle applikasjoner. Den er utviklet for å utgjøre et meget fleksibelt tilbud som gir kundene en variert meny med ulike muligheter fra nettverkskant til bedrift.

Bred støtte
Plattformen støtter kortholdskommunikasjon til en gateway, og Wi-Fi, 3G og 4G mobilnettkommunikasjon til skyen og kommersielle programvareapplikasjoner. Den støtter også SIGFOX- og LoRaWAN IoT nettverk, som er designet for å gi sikker, lavkost smalbåndsinformasjonsoverføring som møter de fleste behov innen IoT- og smartby-, maskin-til-maskin- og industrielle applikasjoner.

Programmerbare leverandørprofiler
En annen maskinvarebasert kommunikasjonsegenskap ved plattformen, er introduksjonen av EUICC teknologi. EUICC-standarden er basert på silicon-on-board teknologi, fremfor bruk av standard SIM kort. Standarden drives frem av GSMA, og muliggjør vertskap for flere leverandørprofiler for mobilnettverk. Et viktig poeng er at EUICC-teknologien kan programmeres gjennom luft (OTA) slik at en applikasjon kan benytte en spesifikk profil, eller bytte profil til enhver tid, uten behov for å bytte ut en fysisk SIM. Dette kan gi betydelige fordeler for kunder innen for eksempel bil- eller smartmeterbransjen. Blant annet kan det muliggjøre bytte av mobilnettverksleverandør enkelt og trådløst gjennom levetiden til en endenode – noe som kan dreie seg om mange år – uten å måtte bytte noe maskinvare.

Sikkerhet
Når det gjelder sikkerhet, tilbyr plattformen kant-til-bedrift eller sensor-til-server sikkerhet, fra ende til annen. Den inneholder sikkerhetsprogramvaren UbiquiOS for gatewayer, som integrerer kryptografiske teknologier, så vel som Transport Layer Security v1.2, og serversertifikat (OCSP) samt sertifikatautentisering av klient. I tillegg integrerer plattformen silisiumbaserte teknologier som kan inneholde et sikkert element for implementering i smarte sensorenheter ute i nettet. Som et eksempel tilbyr plattformen et gateway-produkt som er utformet for industrielle applikasjoner, og som kommer med en unik sikkerhetsarkitektur. Denne arkitekturen gir ekte sikkerhet på bedriftsnivå, fra IP-nettverket og hele veien til smarte sensorkonfigurasjoner i utkanten av nettet, inkludert laveffekt, ikke-IP-baserte sensorer, som for eksempel kommuniserer via Bluetooth.

Skytjenester
Et sentralt element som Visible Things plattformen tilbyr, er et spekter av skytjenester. På startnivå har vi Devicepoint, som er en skreddersydd evalueringsplattform for skyprogramvare, understøttet av programvarekomponenter fra IBM. Tjenesten bygger på data fra sensorer og kantenheter med bakgrunnsinformasjon, pluss data fra andre kilder, for å kunne levere sanntidsanalyser og langsiktig forretningsinformasjon. Verktøyet kan også skreddersys for å kunne oppnå bedre håndtering av sensordata for analyse, rapportering og styring av arbeidsflyt.

Åpen plattform
Men i tillegg til dette støtter Visible Things også en fullstendig åpen plattform basert på IBM Bluemix og Microsoft Windows Azure løsninger. Disse plattformene kan forsyne industrielle kunder med forhåndsgodkjente programvareevalueringsmiljøer for å kunne utvikle mer avanserte IoT-applikasjoner med høyere grad av fleksibilitet og skalerbarhet og, om aktuelt, potensiale for fullskala implementering av applikasjoner.

Mobilapp
Visible Things plattformen støttes også av en mobilapplikasjon som kjører på iOS- og Android-enheter, og gir brukerne mulighet for enkel konfigurasjon av lokal maskinvare, så vel som støtte for kommunikasjon med skytjenester. Applikasjonen er fullt integrert, og kommer med en hurtigstartguide for å gjøre det enkelt å kople opp systemet fra kant til bedrift, og tilby et raskt ”proof of concept”.

Startsett – fra basis til industriell
Det er tilgjengelig et stort utvalg av referansedesign startsett – som skal utgjøre et enkelt, ut-av-boksen oppsett – for å sette utviklerne i stand til å få applikasjonene opp å kjøre snarest mulig. Disse retter seg mot alt fra helt enkle applikasjoner til smarthusløsninger og til og med implementering i mer avanserte industrielle miljø. Hvert startsett inkluderer et kort styrt av ARM Cortex-baserte mikrokontrollere.

Smart sensorkort
Det enkleste Visible Things startsettet består av et smart sensorkort med Bluetooth Smart kommunikasjon og bevegelses-, temperatur/fuktighets- og lys/nærhetssensorer, sammen med et gateway-kort, som håndterer kommunikasjon med skytjenesten via Wi-Fi. Som en ekspansjonsmulighet er det tilgjengelig en GSM periferimodul med innebygde muligheter for SIM og SIM-kontakter, som muliggjør mobilkommunikasjon med programvaretjenestene i skyen. SIGFOX- og LoRaWAN-baserte sett omfatter henholdsvis SIGFOX- og LoRaWAN modulsensorer, så vel som ekstra bevegelses- og lyssensorer.

Fjernovervåking
Et annet Visible Things-sett er et referansedesign startsett som retter seg mot et stort spekter av industrielle applikasjoner, som: fjernovervåking, prediktivt vedlikehold av motorer og lignende, romstyring i hus og bygninger, belysning, sikkerhet og overvåking, husholdningsapparater, smarte strømmåler og helseprodukter, samt industrielle automatiseringsapplikasjoner som inspeksjon, motorovervåking og sensorsystemer.

Innholdsrik
Settet er basert på den industrielle mikrokontroller- og programvareplattformen Renesas Synergy, som er spesielt utviklet for å møte behovene i industrielle miljø. Settet integrerer også smarte trykk- og energihøstende sensorer, og et utvidet utvalg av kommunikasjonsmuligheter som egner seg i industrielle omgivelser, inkludert CAN, NFC og industrielt Ethernet, så vel som PoE (Power over Ethernet). Både gateway- og sensorkortene inneholder også den såkalte end-to-end sensor-to-server secure-element teknologien som er spesielt utviklet for Visible Things plattformen. I tillegg, og i sammenheng med de kraftige prosesseringsmulighetene i Renesas Synergy mikrokontrolleren, har plattformen også avanserte innvevde bildebehandlingsmuligheter, med en høyoppløselig kameramodul som er ideell for bildeinnsamlingsapplikasjoner innen for eksempel fabrikkautomatisering.

Edge-to-Enterprise
Samtidig som utfordringene og valgmulighetene er mange innen utvikling av IoT-systemer og –applikasjoner, er mulighetene desto større fordi man er i stand til å levere større effektivitet og nye tjenester til kundene. Visible Things-plattformen er en omfattende og fleksibel IoT-utviklingsløsning som byr på velprøvde, testede og integrerte komponenter som gir mange bedrifter en eksepsjonelt rask implementering av IoT, fra nettverkskant til bedrift. Plattformen vil dessuten kompletteres i fremtiden, med nye maskinvare- og programvareopsjoner, slik som støtte for NB-IoT kommunikasjon, eller flere skytjenester sammen med andre nye egenskaper og teknologier, etter hvert som de blir tilgjengelige.

Kommentarer