Wie kommt Ihr Gerät einfach ins Internet der Dinge? Die Solcept IoT Plattform

Moderne  Geräte sollen an das IoT (Internet of Things), an die Cloud angeschlossen werden. Einerseits um zentral Sensordaten und Betriebszustände abzufragen, dies erlaubt z.B. Fernwartung, Wartungsplanung und geplantes Nachfüllen von Verbrauchsmaterial. Andererseits sollten die Geräte auch lokal mit einen Smartphone oder Tablet konfiguriert, gesteuert und unterhalten werden.

Viele dieser Geräte beinhalten eine Steuerung, welche deeply embedded ist, d.h. aus Leiterplatten und nicht aus zugekauften Steuerungskomponenten besteht. Da kann der Aufwand gross werden, um alle IoT-Funktionen und vor allem IoT-Schnittstellen zu implementieren. Vor allem auch, da diese Steuerungen meist stark  ressourcenbeschränkt sind (Kosten, Energieverbrauch/ Kühlung, Platz, Rechenleistung...).

Da die Schnittstellen und die grundsätzlichen Funktionen für fast alle Anwendungen und Kunden die gleichen sind, haben wir eine Plattform entwickelt, welche die Entwicklung von IoT Funktionalität stark abkürzt. Sie ist nicht als "one size fits all" Lösung gedacht, sondern so flexibel, dass sie sich mit geringem Aufwand für "deeply embedded" IoT und M2M (Machine-to-Machine communication) Aufgaben adaptieren lässt.

Wir haben diese Plattform im Zusammenhang mit einem konkreten Kundenprojekt mit spezifischen Sensoren, Aktoren und Funktionen entwickelt. Die IoT Plattform Funktionen in Hardware und Software sind jedoch so abgekapselt, dass sie für andere Projekte einfach übertragen werden können, sei es komplett oder nur ein Teil der Funktionen .

Die Funktionalität der IoT Plattform umfasst (siehe auch obige Zeichnung: dunkler Teil):

  • Kommunikation mit dem Internet/ der Cloud:

    • unterwegs und draussen über Mobilfunk
    • in geschlossenen Gebäuden über Wireless LAN

  • Kommunikation mit dem lokalen Bediener

    • für Daten: Bluetooth
    • für Identifikation/ Sicherheit: NFC

  • Ortsbestimmung über Satellitennavigation

Wichtig sind zusätzlich die nicht-funktionalen Anforderungen, welche die Plattform erfüllt. Diese sind häufig die grössere Einschränkung als die funktionalen Aspekte:

  • Datensicherheit (Identifikation/ Verschlüsselung)

    • eingebautes Hardware Secure Element (Root of Trust)
    • sicherer Prozessor/ System on Chip

  • Stromversorgung

    • Lithium Akkus (industrieller Temperaturbereich -30..85°C)
    • drahtloses Laden
    • Low Power für lange Standzeiten und einfache Kühlung (v.a. die Kommunikationsbausteine können einen signifikanten Stromverbrauch und entsprechende Kühlungsanforderungen haben)

  • Sichere Softwareupdates über das Internet, sicheres Booten des Controllers
  • Protokolle:

    • MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)/ AMQP (Advanced Message Queuing Protocol)
    • CoAP (Constrained Application Protocol)

Den spezifischen Teil für die Anwendung des Kunden haben wir basierend auf dieser Plattform implementiert. Dieser kundenspezifische Teil besteht aus Software und Hardware im embedded System plus aus den Applikationen für die Cloud, den PC und das Mobile. Da der Kunde die Sourcen und Schemas des ganzen Projektes bekommt, gibt es keine Abhängigkeit, kein "vendor lock-in".

Projektumfang

Kompetenzen und Technologien

Die Plattform basiert auf diesen Technologien und Kompetenzen:

  • GNSS (Global Satellite Navigation Systems): GPS, Galileo, GLONASS...
  • WLAN (Wireless Local Area Network)/ Wi-Fi
  • Bluetooth Low Energy (BLE)
  • NFC (Near Field Communication)
  • WPC (Wireless Power Consortium) Qi  drahtloses Laden
  • Low Power Design von Hard- und Software
  • Cybersicherheit: Zertifikate, Secure Elements, Verschlüsselung, Schlüsselmanagement, sichere Updates über die Cloud
  • Controller: ARM Cortex-M33:

    • ARM TrustZone
    • Koprozessor für kryptografische Operationen

  • Betriebssystem: FreeRTOS

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