Sensoren und Aktoren Single Pair Ethernet sorgt für ausreichend Rechenleistung

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Sensoren und Aktoren bekommen via Single Pair Ethernet (SPE) Zugriff auf ein Gateway mit ausreichend Rechenleistung. Jedoch sind IT-Kommunikakton und entsprechende Sicherheitsprotokolle komplex. Ein Development Kit hilft bei der Entwicklung.

Warum braucht es ein Single-Pair-Ethernet-Netzwerkmodul? Wir haben in den letzten 30 Jahren die Veränderung der Welt durch IT gesehen, die immer weiter unser Leben und Technik durchdringt. Wer hätte damals gedacht, dass Autos zu fahrenden Supercomputern werden. Jedoch entziehen sich Dinge, auch wenn wir vom Internet der Dinge sprechen, bisher größtenteils dem Netzwerk: Der Grund ist einfach: Sie sind schlicht und ergreifend nicht netzwerkfähig.

Wir benötigen Umsetzer (Gateways) zur Kommunikation, wohl wissend, das indirekte Kommunikation verlustbehaftet und umständlich ist. Das ist so, weil die Hardware für die Rechenleistung immer kleiner und günstiger geworden ist, aber nicht die Netzwerkschnittstelle selbst.

Single Pair Ethernet und intelligente Sensoren

Mit Single Pair Ethernet ändert sich das. In einen Rechner mit einer Netzwerkschnittstelle lassen sich kleinste Dinge wie Sensoren integrieren. Damit verbunden ist ein Paradigmenwechsel im Umgang mit Sensoren. Denn die Sensoren bekommen jetzt Zugang zu ausreichend Rechenleistung und sind damit noch besser vernetzt, also Kommunikationsfähig. Damit sind effizientere IT gesteuerte Prozesse möglich.

Die Netzwerkfähigkeit wird ohne Zweifel eine Anforderung für Sensoren und Aktuatoren. Doch IT-Kommunikation ist wesentlich komplexer als klassische Sensorschnittstellen, wie sollen die Hersteller das handhaben?

Ein Netzwerkmodul für Sensoren und Aktoren

Das Kommunikationsmodul periCORE SPE adressiert genau diese Frage. Es stellt die gesamte Netzwerkfunktionalität, Firmwaremanagement und Security bereit, wodurch Hersteller von kleinsten Geräten und Sensoren sich weiterhin auf ihr Kern-Know-how konzentrieren können und dennoch intelligente Sensoren/Aktoren anbieten können.

Typische Funktionen, die der Hersteller auf dem Modul implementiert, sind Anpassungen an die eigene Sensorik, das Branding und eventuell Funktionen zur Differenzierung zum Wettbewerb. Der Hersteller schreibt die Anwendung. Das Betriebssystem inklusive Webserver wird bereits von Perinet zur Verfügung gestellt.

Schneller entwickeln mit einem Development Kit

Für die Entwicklung stellt Perinet das Development Kit periCORE zur Verfügung. Damit senkt sich der Aufwand bei der Entwicklung. Auf Hardwareseite muss der Anwender nur die entsprechende Anpasselektronik beispielsweise zu einem Sensorelement entwickeln. Auf Softwareseite wird die Entwicklung mit einer komplett vorgefertigten Entwicklungsumgebung mit Debugger und einem umfangreichen Board Support Package mit Referenzimplementierungen unterstützt.

Die bereitgestellte Software ermöglicht einen grundlegenden Zugriff über das Protokoll https im Betrieb. Damit ist einerseits eine nutzerfreundliche Bedienung über den Webbrowser möglich und andererseits kann die Bedienung vollständig automatisiert durch andere Computerprogramme erfolgen.

Eine weitere Standardschnittstelle ist mqtts: Hierbei handelt es sich um ein de facto Standardprotokoll zum Austausch von Daten für die Maschinenkommunikation in IoT-Anwendungen und wird von allen gängigen IoT-Plattformen unterstützt.

Zugriff auf Geräte über den Browser

Die bereitgestellten Funktionen dienen der Benutzerfreundlichkeit. So werden Zeroconf-Mechanismen standardmäßig bereitgestellt, welches dem Nutzer ein Plug-and-play ermöglicht. So kann ein periCORE basiertes Gerät an einen Computer angeschlossen und ohne Administration gelingt der Zugriff von einem Browser. Dank des Protokolls IPv6 ist das Gerät automatisch zukunftsfähig.

Für die Netzwerkkommunikation sind auch hinreichende Sicherheitsmechanismen notwendig. Auch hier werden aktuellste Mechanismen bereitgestellt und vielleicht noch wichtiger eine komplette Umgebung mit einfacher Benutzeroberfläche. So kann der Hersteller die Echtheitszertifikate generieren und signieren und der spätere Nutzer die Knoten im Betrieb absichern.

Mit dem Development Board schnelles Prototyping

Für die Netzwerkkommunikation sind Sicherheitsmechanismen notwendig. Auch hier werden aktuellste Mechanismen bereitgestellt und eine komplette Umgebung mit einfacher Benutzeroberfläche. So kann der Hersteller die Echtheitszertifikate generieren und signieren und der spätere Nutzer die Knoten im Betrieb absichern.

Das zum Development Kit gehörende Development Board ermöglicht schnelles Prototyping, da sowohl die netzwerkseitigen Anschlüsse als auch die Anpasselektronik als aufsteckbare Module ausgeführt sind, wobei diverse unterschiedliche Platinen mitgeliefert werden. Aber auch die eigene Adapterplatinen oder fliegende Schaltungen sind möglich.

Zur Vielseitigkeit des periCORE Moduls gehört auch, dass es neben einem Mikrocontroller einen Netzwerk-Switch und mehrere Netzwerk-Phys besitzt. Damit unterstützt das Modul neben Single Pair Ethernet auch Fast Ethernet. Somit kann ein Daisy-Chaining von Geräten genauso unterstützt werden wie der Einsatz als Medienwandler oder Switch.

Das Kommunikationsmodul periCORE SPE und das zugehörige Development Kit ermöglichen es Herstellern von Kleinstgeräten, Sensoren und Aktoren netzwerkfähig auszurüsten. Dabei ist nur minimaler Know-how-Aufbau erforderlich, da die wesentlichen Teile zur Netzwerkkommunikation bereits bereit für den Einsatz durch Perinet gestellt werden.

* Dr. Karsten Walther ist Geschäftsführer bei Perinet.

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