WICED-Plattform Softwareplattform für drahtlose Konnektivität in Embedded-Geräten

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Mit einer einheitlichen Plattform aus Hardware, Software, Anwendungsbeispielen und Werkzeugen lässt sich die Entwicklung für IoT-fähige Produkte erheblich vereinfachen und beschleunigen.

Das Internet der Dinge (IoT) ist für viele OEM im Bereich Elektronik sehr verlockend, denn die Möglichkeit, ihre Produkte online zu bringen, ist nun in greifbarer Nähe. In fast jedem Haushalt und Büro in der westlichen Welt gibt es einen Wi-Fi-Router, und über eine einfache Bluetooth- oder Bluetooth-Smart-Verbindung können Geräte mit Abermillionen ständig eingeschalteter Smartphones und Tablets verbunden werden.

Doch auch wenn bereits eine allgegenwärtige Funkinfrastruktur für das IoT existiert, bedeutet das noch nicht, dass sich eine zuverlässige drahtlose Internet-Konnektivität für Embedded-Geräte einfach herstellen lässt. In gewisser Weise ist der Funkteil für den Entwickler von Embedded-Geräten das geringste Problem. Es ist die Software, die besonderer Aufmerksamkeit bedarf, wie wir in diesem Artikel darlegen werden.

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Embedded Internet braucht eine Entwicklungsplattform

Wi-Fi und Bluetooth – als Classic Bluetooth und Bluetooth Low Energy – sind bei weitem die verbreitetste Art, IoT-Geräte im Haushalt, im Büro, in Fabriken und im öffentlichen Raum mit dem Internet zu verbinden. Denn die drahtlose Infrastruktur hinter Wi-Fi und Bluetooth ist heute allgegenwärtig. Keine andere Funktechnologie bietet auch nur entfernt die gleiche Abdeckung und Verfügbarkeit.

Das hat viele Hersteller elektronischer Bauteile dazu veranlasst, eine breite Auswahl an Wi-Fi- und Bluetooth-Chipsätzen, HF-Mikrocontrollern, Modulen und sogar kompletten Standard-Wi-Fi-Gateways auf den Markt zu bringen. Heute sind die Komponenten für eine Embedded-Internet-Konnektivität in IoT-Geräten leicht verfügbar und vergleichsweise preiswert. Doch die Auswahl einer Funkkomponente ist natürlich nur der Anfang einer erfolgreichen Systementwicklung mit Wi-Fi oder Bluetooth.

Der schwierigste und zeitaufwendigste Teil bei einem IoT-Projekt ist gewöhnlich die Softwareentwicklung. Beim Einsatz von Wi-Fi oder Bluetooth für die Verbindung zum Internet muss die Software wahrscheinlich mehrere Anwendungsprotokolle wie HTTP, SMTP, NTP und MQTT für die Kommunikation mit Web- und Anwendungsservern über das Internet unterstützen. Insbesondere bei Consumer-Geräten muss für die Interoperabilität mit kompatiblen Geräten häufig eine untere Ebene implementiert werden. Beispiele hierfür sind Apples Homekit Accessory Protocol (HAP) oder Googles „Works with Nest“ System (siehe Bild 1).

Eine hohe Sicherheit ist heute bei allen mit dem Internet verbundenen Geräten unverzichtbar, um den Datenschutz für die Daten und Interaktionen des Anwenders zu gewährleisten und unbefugtes Eindringen in das Netzwerk über ein IoT-Gerät zu verhindern. Hierzu muss der Entwickler eines IoT-Geräts die neusten Sicherheitstechnologien für das Internet, beispielsweise Transport Layer Security (TLS) 1.2 oder andere sichere Protokolle implementieren, um Transaktionen und den Nachrichtenaustausch zwischen dem Gerät und der Cloud über die Secure Sockets Layer (SSL) zu gewährleisten.

Detailliertes Wissen zu diesen Kommunikations- und Sicherheitsprotokollen ist bei den Entwicklern von Embedded-Geräten nur wenig verbreitet. Daher brauchen die meisten OEM Hilfe bei der Implementierung in ihren Produkten. Manche Hersteller von Standard-Chipsätzen für Wi-Fi oder Bluetooth stellen einfache TCP/IP-Stacks zur Verfügung, doch es dürfte selten vorkommen, dass alle oben beschriebenen Kommunikations- und Sicherheitselemente bei einer HF-Komponente mitgeliefert werden.

Das ist noch nicht alles. Um für ein geordnetes Zusammenspiel der Anwendungs-, Sicherheits- und Kommunikationsebenen zu sorgen, benötigt die Systemarchitektur ein Betriebssystem (OS), das Funktionen wie die Vergabe der Prioritäten und die Speicherzuweisung übernimmt. Die bevorzugte OS-Option für ein Embedded-Gerät ist gewöhnlich ein Echtzeit-OS (RTOS), das schnell und deterministisch arbeitet und nur wenig Speicher belegt. Damit wachsen die Entwicklungsaufgaben noch weiter, denn nun schließen sie die Integration eines RTOS mit der zugrunde liegenden Funkhardware sowie den Sicherheits-, Kommunikations- und Anwendungsschichten, die noch über dem RTOS liegen, ein.

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