Większość aplikacji Internet of Things/ M2M sprowadza się do koncepcji zbierania danych za pomocą urządzeń końcowych, przesyłania wyników tych działań do bramy/koncentratora, skąd za pomocą szeroko pojętego Internetu dane zostają przekazane do serwerów i aplikacji.

W niektórych rozwiązaniach po drodze tzn. w urządzeniu końcowym lub koncentratorze mogą występować wstępne działania na zebranych danych tak aby zmniejszyć ruch w sieci lokalnej: urządzenie -> koncentrator lub globalnej brama –> serwer. Rynek rozwija się wraz z nowymi lub udoskonalanymi technologiami i wraz z tym rozwojem pojawiają się nowe produkty odpowiadające na potrzeby integratorów. Wiodący dostawcy rynku transmisji firmy Multitech i Sierra Wireless zaprezentowały nowe, odświeżone podejście do swoich bram IoT.

Brama Multitech Conduit jako kluczowy element do budowy infrastruktury sieci dostępowej dla rozwiązań M2M/IoT

Aplikacje IoT, bazujące na technologiach radiowych pracujących w pasmach ISM, to w chwili obecnej znacząca część rynku rozwiązań tego segmentu. Pasmo wolne daje swobodę implementacji systemu, bez potrzeby oglądania się na występowanie zasięgu sieci operatorów komórkowych. Do tej pory najbardziej popularne były rozwiązania hybrydowe: łącze radiowe krótkiego zasięgu między czujnikami i koncentratorem, następnie połączenie do Internetu z wykorzystaniem sieci komórkowej. Dla wielu zastosowań takie podejście okazuje się zbyt drogie ze względu na dużą liczbę koncentratorów i trudności w znalezieniu dla nich odpowiedniej lokalizacji.

Wraz z pojawieniem się na rynku szerokopasmowej technologii radiowej LoRa w paśmie 868 MHz, możliwe staje się wyeliminowanie tej uciążliwości. Teraz większość aplikacji IoT można będzie obsłużyć jedną, a większe instalacje kilkoma bramami, nie martwiąc się o zasięg sieci komórkowej oraz koszty.

Multitech jest liderem na rynku infrastruktury do budowy sieci LoRa. Posiada w swoim portfolio bramy przeznaczone do instalacji na zewnątrz (IP67), bramy przemysłowe w solidnej metalowej obudowie oraz bramy do zastosowań wewnątrz obiektów (AP). Ostatnio pojawiły się odświeżone wersje wszystkich modeli, wyposażone w odbiornik GNSS oraz Wi-Fi i BT/BLE (wybrane modele). Produkty z fabrycznie wbudowanym modułem radiowym LoRa (IP67 i AP), posiadają najnowszą implementację protokołu LoRaWAN, co wpływa znacząco na poprawę zasięgu bram. Warto także pamiętać o modułach OEM/Embedded firmy Multitech, które jako jedyne na rynku są certyfikowane i dzięki możliwości programowania pozwalają część obliczeń wykonać w urządzeniu końcowym i zminimalizować ruch radiowy.

Stacja bazowa Conduit IP67 zabudowana jest w wodo- i pyłoszczelną obudowę, co umożliwia jej montaż bezpośrednio na maszcie, tuż przy antenie. Zasilanie podawane jest dedykowanym przewodem lub poprzez kabel Ethernet (PoE). Pozwala to zmaksymalizować zasięg łącza i obniżyć koszty instalacji. Dostępne są dwa modele: z łączem bezprzewodowym (moduł radiowy LTE) oraz przewodowym (Ethernet). W komplecie otrzymujemy akcesoria montażowe, anteny zewnętrzne LoRa i LTE, zestaw odgromowy i uziemiający.

Nowa, ulepszona brama Conduit w wersji przemysłowej to produkt charakteryzujący się modułową konstrukcją i często wykorzystywana jest na etapie tworzenia systemu. Dwa gniazda rozszerzeń do obsadzenia kartami LoRa, GPIO lub Serial, gniazda antenowe pozwalające wykorzystać dowolne anteny, bezprzewodowy (LTE, HSPA+) lub przewodowy WAN, solidna, metalowa obudowa, zdalny oraz lokalny interfejs do kontroli pracy systemu czynią z bramy Conduit produkt niezwykle uniwersalny i elastyczny. Jeśli planujecie Państwo budowę systemu opartego o standard LoRa, obsługującego kilka tysięcy czujników lub dwie niezależne sieci, to produkt ten sprawdzi się wyśmienicie. Dużą pojemność można uzyskać uzbrajając korpus Conduit w dwie karty LoRa.

Brama Conduit w wersji AP została zaprojektowana z myślą o budowie zasięgu radiowego w technologii LoRa wewnątrz budynków. Charakteryzuje się kompaktową i estetyczną obudową, a wszystkie anteny umieszczono wewnątrz obudowy, co podnosi estetykę oraz ułatwia instalację. Mamy do dyspozycji wersję bezprzewodowego (LTE) lub przewodowego (Ethernet) dostępu do sieci WAN.

Wszystkie powyższe bramy mogą pracować w trybie serwera sieciowego (ang. Network Server) lub przekaźnika pakietów (ang. Packet Forwarder). Dzięki temu można z łatwością dopasować część sprzętową do infrastruktury IT w ramach przyjętej strategii bezpieczeństwa, funkcjonalności i posiadanego budżetu. Przy zamawianiu warto zwrócić uwagę na wersje oprogramowania dostępnego w bramach: mLinux lub AEP. Wersja AEP nadaje się idealnie dla użytkowników, którzy zamierzają uruchomić system szybko, bez zbytniego angażowania zasobów IT w oprogramowywanie bramy. Multitech zadbał, aby w tej wersji maksymalnie uprościć interfejs konfiguracyjny oraz zaimplementował wszystkie niezbędne komponenty oprogramowania, w tym: środowisko mLinux, serwer sieciowy, bazę danych, interfejsy sieciowe do systemów chmurowych, m.in.: IBM Watson oraz Senet Network. Użytecznym dodatkiem może okazać się aplikacja IBM Node-RED: środowisko graficzne do programowania warstwy komunikacyjnej sieci LoRa. To w zupełności wystarczy, aby uruchomić kompletną usługę od pozyskania danych z czujników do ich analizy i wizualizacji na ekranie komputera. W segmencie IoT, gdzie od pomysłu do realizacji często liczą się dni, takie podejście producenta jest godne pochwały.

Reasumując, najnowsza generacja bram Conduit firmy Multitech wychodzi naprzeciw potrzebom Klientów, chcących wdrażać rozwiązania IoT, nie czekając na pojawienie się usługi LTE NB-IoT/Cat. M w portfolio operatorów komórkowych. Bramy te świetnie spiszą się przy budowie zasięgu radiowego opartego o pasmo wolne 868 MHz i protokół LoRaWAN. W zależności od aplikacji, można wybrać między bramą w hermetycznej obudowie IP67 do powieszenia wysoko na maszcie (najlepszy zasięg), bramą o dużej elastyczności konfiguracji wejść i wyjść, jeśli na etapie projektu nie jest znana docelowa konfiguracja oraz bramą do zastosowań wewnętrznych, posiadającą estetyczną obudowę i zintegrowane anteny.

Wszystkie produkty są wysokiej jakości i świetnie integrują się z ekosystemem LoRa, poprzez wbudowane interfejsy do najpopularniejszych serwisów chmurowych. Nie bez znaczenia pozostaje także fakt wykonanych certyfikacji produktów Multitech wg zgodności z normami takimi jak RED, FCC czy UL.

Seria FX30 Sierra Wireless

Sierra Wireless światowy lider w dziedzinie modułów komórkowych embedded, routerów i programowalnych modemów GSM zaproponował serię bram FX30 oferujących ogromne możliwości sprzętowe, programowe oraz serwisów towarzyszących. Ze strony sprzętu seria Bram FX30 oferuje solidne, gotowe, certyfikowane rozwianie wyposażone w port USB i zależnie od wersji port Ethernet lub RS232/RS485. Dodatkowym atutem jest możliwość dodania funkcjonalności do bramy za pomocą kart rozszerzeń IoT cards - http://mangoh.io/iot-cards. Gotowe karty różnych producentów umożliwiają rozszerzenie funkcjonalności bramy o łączność typu: Bluetooth Clasic i Smart, Wi-Fi, NFC, CAN, LoRa, Sigfox, Zigbee/Thread, Ethernet, SPI, GPIO, RS232, RS485. Koncepcja kart i łatwość ich integracji umożliwia także łatwe stworzenie własnej karty i dołożenie praktycznie dowolnego medium transmisyjnego do interfejsów bramy FX30 np. WMUBS, czy 6LoWPAN lub dowolnego innego. Ze strony WAN czyli łączności ze światem bramy FX30 oferują połączenia komórkowe 3G/2G a w niedalekiej przyszłości także LTE oraz LPWA czyli NB-IoT i LTE Cat.M. Rozwiązanie to oferuje także łączność GNSS.

Z punktu widzenia funkcjonalności bramy FX30 można wykorzystać jako klasyczny modem sterowany komendami AT lub w pełni wykorzystać możliwości oprogramowując rozwiązanie pod kontrolą systemu embedded Linux Yocto np. w języku C względnie Javie. Producent udostępnia bezpłatne środowisko programistyczne jak i bardzo szeroki framework Legato: http://legato.io/. Prężnie rozwija się grupa programistów korzystających z tego konceptu i wiele zasobów jest już dostępnych w sieci za pośrednictwem popularnych portali i repozytoriów. Wchodząc głębiej w szczegóły dla programisty dostępny jest procesor ARM® Cortex™- A5 (550MHz) i 128MB RAM i Flash a w kolejnych wersjach przewidziany jest procesor ARM® Cortex™- A7 (1.3GHz). Aplikacje tworzone na dzisiejszej platformie (3G/2G) będą uruchamiane wprost na kolejnych wersjach urządzeń czyli już dziś można rozwijać swój produkt i łatwo migrować do przyszłych technologii. Atrakcyjnie wyglądają również serwisy towarzyszące – rozwiązane w chmurze Airvantage https://airvantage.net/. Pozwala ono na grupowe zarządzanie bramami FX30 takimi jak zdalne uaktualnienie firmwareu zdalne wgranie aplikacji czy też obserwacja aktywności sieciowej urządzenia i jego parametrów. Airvantage umożliwia także prostą integrację za pomocą API i przykłądowo wystawianie wyników danych dostarczanych z urządzeń do chmury do serwisów webowych czy aplikacji.

Podsumowanie

Duża moc obliczeniowa procesorów dostarczanych w obu rozwiązaniach połączona z elastycznością sprzętową pozwala na zaprojektowanie i szybkie uruchomienie rozwiązania opartego z jednej strony na dowolnej technologii radiowej, tj. LoRa, Sigfox, Wi-Fi, BT/BLE, W-MBus, ZigBee bądź przewodowej (RS232, RS485, CAN) i przesyłaniu odebranej informacji dalej za pomocą sieci radiowej WAN (LTE/3G/2G lub LTE Cat.M/NB-IoT) do aplikacji. Z drugiej strony można łatwo zintegrować część sprzętową z własnym środowiskiem informatycznym lub rozwiązaniem w chmurze producenta – Airvantage.

Obie opisane koncepcje bram IoT: Multitech i Sierrra Wireless pozwalają dobrać rozwiązanie odpowiednie do potrzeb i oczekiwań odnoście sposobu łączności. Zarówno mało doświadczeni użytkownicy jak i doświadczeni programiści embedded znajdą rozwiązanie pasujące do wymagań aplikacji i będą w stanie zaproponować na jego bazie gotowe rozwiązanie w krótkim czasie.

W przypadku chęci realizacji rozwiązania w oparciu o rozwiązania LoRa należy skupić się na bramach oferowanych przez Multitech. Są to rozwiązania już od poziomu konceptu projektowane z myślą o wykorzystaniu jednej, lub co unikalne dwóch, sieci LoRa i oferujące dodatkową łączność w postaci Ethernetu, LTE, Wi-Fi, Bluetooth. Atutem jest wysoka niezawodność i powszechność stosowania tego rozwiązania w aplikacjach LoRa przez wielu Klientów. Bramy firmy Multitech występują w wykonanych, pozwalających na ich montaż w najbardziej typowych wariantach: zewnętrznym (IP67) oraz wewnątrzbudynkowym (AP). Użytkownik ma także wybór odnośnie sposobu programowania i może korzystać z wbudowanej aplikacji graficznej IBM Node-RED lub wybrać w pełni programowalną platformę, opartą o mLinux i programować w którym z popularnych języków: Java, Ruby, Perl, Python, C/C++, PHP, C# lub JavaScript. Uzupełnieniem ekosystemu LoRa są programowalne moduły czujnikowe mDot/xDot Multitech, które poza transmisją radiową pozwalają wbudować „inteligencję na brzeg sieci”, co wpływa na ilość przesłanych danych, a tym samych zużycie baterii.

Bramy FX30 Sierry Wireless to kompaktowa platforma sprzętowa o ogromnych możliwościach obliczeniowych i dużej elastyczności doboru interfejsów komunikacyjnych za pomocą gotowych lub skonstruowanych samodzielnie kart rozszerzeń. W połączeniu z Embedded Linux daje możliwość zastosowania praktycznie w każdej aplikacji wliczając rozwiązania mobilne. Problemu nie będzie także stanowiło zasilanie lub montaż urządzenia. Budują system w oparciu o łączność komórkową oraz wszędzie tam gdzie można spotkać różnorakie interfejsy radiowe warto wziąć pod uwagę FX30 jako urządzanie wykonawcze: bramę lub koncentrator.

Tab.1 – Porównanie wybranych parametrów bram Multitech Conduit i Sierra Wireless FX30

Zachęcamy do testowania prezentowanych rozwiązań na zasadzie wypożyczenia sprzętu z możliwością wstępnego szkolenia z pierwszych kroków. Więcej informacji można uzyskać kontaktując się z ACTE.