Per Plug&Play ins IoT

Viele mittelständische Unternehmen tun sich nach wie vor schwer, wenn es darum geht, die eigenen Produkte zu vernetzten und neue Geschäftsmodelle zu entwickeln. Das größte Manko ist zweifelsohne das fehlende Knowhow und die Tatsache, dass sich dies in der aktuellen Situation auch weder zeitnah aufbauen noch einkaufen lässt. Hinzu kommt, dass der IoT-Markt mit prinzipiell guten Lösungsbausteinen zu stark fragmentiert und unübersichtlich ist. So stellt allein die Auswahl der einzelnen Komponenten sowie deren Orchestrierung für die meisten Unternehmen eine zu große Hürde dar, die überdies mit hohen Kosten und einem hohen zeitlichen Aufwand verbunden ist. Auch extern geführte Projekte sind – aus ähnlichen Gründen – für die meisten keine Option.

Wirklich helfen können ganzheitliche, integrierte Standard-IoT-Bausteine, die sich schnell und effizient auf einen konkreten Anwendungsfall anpassen und in die Marktreife überführen lassen. Eine solche Plug&Play-Lösung ist der Cellular Twin von grandcentrix. Er bringt das gesamte, notwendige Technologiespektrum vom Produkt bis zur Cloud mit: Hardware, Elektronikkomponenten, Software, Konnektivität.

Mittelstandstaugliches Mainboard

Geht es ausschließlich um die Hardware-Komponente, reiht sich das Mainboard – das Bindeglied zwischen Produkt und Internet – in die Riege klein dimensionierter Platinen ein, die daher auch in knapp bemessenen Bauraum integrierbar sind (Vgl. Bild 1). Doch der IoT-Baustein hebt sich von gängigen Angeboten ab, indem er als durchdachte IoT-Plattform konzipiert ist. Was gehört also zu diesem Gesamtpaket? Die Verbindung zur Produktsteuerung erfolgt über eine 15-polige Schnittstelle, die Verbindung zum Internet über ein integriertes Modem. Auf der Schnittstelle stehen jeweils vier digitale und analoge Eingänge (0-10V) sowie zwei digitale Ausgänge zur Verfügung. Hiermit deckt sie den Großteil der gängigen, industriellen Anwendungen ab. Zudem ist sowohl der Anschluss von simplen, analogen Sensoren und digitalen Tastern als auch von komplexeren Schnittstellen wie TTL-UART möglich. Gleiches gilt für externe LTE- oder GPS-Antennen. Nicht zuletzt erfolgt über die Schnittstelle die Stromversorgung des Mainboards – mit einem Spannungsbereich zwischen 3,3V und 17V. Sind für den Einbau oder das Unterbringen von Sensoren weitere, physikalische Schnittstellen erforderlich, stehen sogenannte Daughterboards zur Verfügung, mit denen das Mainboard flexibel und für den konkreten Anwendungsfall erweiterbar ist. Dieser Architekturansatz unterscheidet den Cellular Twin von vielen, marktüblichen Angeboten und macht ihn vor allem auch für mittelständische Unternehmen attraktiv. Denn dieses Baukastensystem ermöglicht die einfache Integration spezieller Industrie-Standards wie RS485, RS232 oder 24V I/O und verhindert gleichzeitig das künstliche Aufblähen der Hauptplatine. Das spart Teile, minimiert die Produktionskosten und erhöht damit die eigene Marge.

OTA-Updates trotz NB-IoT

Die Verbindung zum Internet erfolgt auf Basis von Narrowband-IoT (NB-IoT) oder CAT-M1. Durch die Nutzung der lizensierten und weltweit flächendeckend ausgebauten Mobilfunkstandards garantiert grandcentrix eine hohe Quality-of-Service ihrer Anwendung – auch in entlegene Regionen oder bis in Kellergeschosse hinein. Doch im Kontext von Narrowband-IoT-Lösungen gilt es auch drei wesentliche, technische Herausforderungen zu lösen, die dem Fokus auf geringe Bandbreiten und kleine Datenvolumina geschuldet sind. So erschwert die geringe Datenübertragungsrate (0,2Mbps down, 0,02Mbps up) Over-the-Air (OTA) Firmware-Updates von mehreren Megabytes. OTA-Updates sind aber eines der wesentlichen Merkmale smarter Produkte. Auch die Verwendung von UDP als Datenübertragungsprotokoll ist nicht unproblematisch, da es in der Verwendung deutlich komplexer ist als das bekannte TCP-Netzwerkprotokoll. Nicht zuletzt wird bei hohen Stückzahlen das Handling von SIM-Karten bzw. Preisverhandlungen mit den Carriern zum relevanten Faktor smarter Produkte. Der Cellular Twin löst die beschriebenen Herausforderungen wie folgt:

• Over-the-Air-Updates: Der relevante Teil der Firmware (kunden-individuelles Verhalten und Konfigurationsparameter) ist vom Betriebssystem entkoppelt und die isolierte Aktualisierung über NB-IoT – Over-the-Air möglich. Entscheidend ist das eingesparte Datenvolumen.

• Cloud-Einbindung: Die Transformation von UDP nach TCP löst das Verarbeitungsproblem der gesendeten Datenpakete und ermöglicht die Integration aller gängigen Cloud-Systeme.

• Carrier-Integration: Das Mainboard ist bereits mit einer SIM-Karte ausgestattet. Sie wird automatisch aktiviert, wenn das Gerät mit Strom versorgt wird.

Einen messbaren Mehrwert bieten die via Mobilfunk übermittelten Daten häufig erst durch die Analysen und Auswertungen angeschlossener Plattformen – bzw. durch die Verknüpfung mit anderen Prozessen wie APIs oder Message Broker. Hierfür ist das Mainboard mit einer Middleware ausgestattet, die MQTT-Server sowie beliebige HTTP(s) bedienen kann. Microsoft Azure IoT wird darüber hinaus nativ unterstützt. Sollte keines dieser Systeme zur Verfügung stehen, ermöglicht die Unterstützung von Azure IoT Central eine schnelle Visualisierung der übertragenen Daten.

Schnelle Marktreife

Es ist der umfassende Ende-zu-Ende-Ansatz, der den Cellular Twin zu einem Plug&Play-Angebot, das seinen Namen wirklich verdient. Letztlich hat das orchestrierte Gesamtangebot auch einen erheblichen Einfluss auf die Faktoren Zeit und Kosten: Entscheiden sich Unternehmen für den IoT-Baustein, ist schon nach wenigen Monaten der Start in die Serienproduktion möglich. Die Kosten liegen etwa 80 Prozent unter den gängigen Summen für Digitalisierungsvorhaben. Dem Mittelstand stehen hierdurch alle Optionen offen, wertvolle Marktanteile zu sichern bzw. zu erobern.