IoT-Gateway-Architektur:Build vs.

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Wenn Sie eine IoT-Anwendung von Grund auf erstellen, müssen Sie (irgendwann) entscheiden, ob Sie Ihr Gateway selbst bauen oder ein vorgefertigtes System kaufen.

In vielen Fällen ist der einzige Grund, warum jemand sein eigenes Gateway von Grund auf entwickelt, der, dass er glaubt, entweder (a) einen niedrigeren Preis erzielen zu können, als wenn er ein Gateway von der Stange kauft, oder (b) Funktionen enthalten, die in handelsüblichen Gateways nicht verfügbar sind. Um jedoch zu bestimmen, welchen Weg Sie nehmen sollten, sollten Sie die vier Hauptkomponenten eines IoT-Gateways durchdenken und überlegen, wie schwierig es sein kann, Ihr eigenes Gateway zu erstellen.

Leiterplatte (PCB)

Das Auslegen von Leiterplatten für Gateways ist ähnlich wie bei einem Sudoku-Puzzle – es ist extrem komplex. Bei Leiterplatten konzentrieren sich die Hardware-Designer, sobald sie den Schaltplan erstellt haben, auf das Routing der Leiterbahnen zum Speicher – aber das ist nicht einfach.

Hier ist der Grund:Ihr Prozessor – ein Intel- oder ARM-Chip – verfügt im Allgemeinen über externen RAM. Da RAM mit einer so hohen Geschwindigkeit arbeitet, müssen die zum RAM verlaufenden Kupferleiterbahnen gleich lang sein. Wenn die Länge nicht übereinstimmt, werden die Taktflanken nicht richtig ausgerichtet, was ein großes Problem darstellt, da die Spuren ein Differenzpaar bilden. Wenn Sie Ihre IoT-Gateway-Architektur aufbauen und entwerfen möchten, müssen Sie darauf vorbereitet sein und die anstehende Aufgabe vollständig verstehen. Das Routing von Speicher ist weitaus schwieriger als das Routing anderer Arten von Leiterplatten.

Sie müssen auch berücksichtigen, wie die Disc oder der Flash in der Produktion geladen werden. Haben Sie eine separate Flash-Karte, die in das Gateway integriert werden kann, oder werden Sie diese über USB programmieren?

Wenn dies alles abschreckend klingt, denken Sie daran, dass es viele handelsübliche oder modulare Gateways gibt, die Sie ziemlich einfach konfigurieren können. (Das CloudGate von Option ist ein großartiges Beispiel dafür.)

Anlage

Die Argumente für ein Gateway sind oft eine größere Sache, als die Leute erkennen. Es gibt nur zwei Möglichkeiten, wie Sie damit umgehen können:Sie können ein handelsübliches Gehäuse finden, das für Sie geeignet ist, und dann Ihre Leiterplatte so gestalten, dass sie hineinpasst, oder Sie können Ihre Leiterplatte entwerfen und dann das Gehäuse darum herum entwerfen.

Hier sind einige Überlegungen, die Sie bei Ihrer Entscheidung beachten sollten:

• Das Entwerfen Ihres eigenen Gehäuses kann leicht 100.000 US-Dollar (oder erheblich mehr) für Design, Werkzeug, Fertigung usw. kosten.
• Einige Gateways sollten sich wegen unbeabsichtigter Funkemissionen in Metallgehäusen befinden. (Dies ist besonders streng, wenn Sie Ihr IoT-Gerät über Mobilfunk verbinden.)
• Das Abführen von Wärme aus dem Gateway kann bei einigen Systemen mit höherer Leistung ein besonders schwieriges Problem sein. (Hast du jemals mit deinem Laptop auf deinem Schoß gesessen, während du dir einen Film angesehen oder ein Spiel gespielt hast?)
• Selbst wenn Sie ein Standard-Gateway kaufen, sollten Sie Anpassungskosten, Lieferzeiten, Mindestbestellmengen und mehr berücksichtigen. Es gibt fast immer einige Anpassungsgrad für jedes Gateway.

Beachten Sie, dass viele große Unternehmen dies nicht tun Am Ende entwerfen sie ihr eigenes Gehäuse, es sei denn, sie versuchen, einen Router mit einem einzigartigen Aussehen zu verkaufen.

Betriebssystem

Sie müssen sich überlegen, wie Sie Ihre Anwendungssoftware unter Linux ausführen möchten. (OpenWRT und Debian sind beide für Gateway-Geräte beliebt.) Wenn Sie Ihr eigenes Design erstellen, müssen Sie nicht nur Linux auf Ihren Prozessor laden; Sie müssen oft Ihren eigenen Kernel bauen, um alle Peripheriegeräte steuern zu können. Der Kernel ordnet das Betriebssystem den Pins des Prozessors zu, und die benutzerdefinierte Kernelentwicklung für Linux kann sehr sein zeitaufwendig und teuer. Dies ist etwas, das viele Leute nicht berücksichtigen, wenn sie anfangen, Gateways zu entwerfen.

Eine Möglichkeit, um zu vermeiden, dass Sie Ihren eigenen Linux-Kernel erstellen müssen, besteht darin, ein Hybridmodell zu erstellen. Sie erwerben ein Einplatinen-Embedded-Computermodul, das bereits Routing, Speicher, Betriebssystem und Peripheriegeräte unterstützt. (Digi ist ein Beispiel für ein Unternehmen, das System-on-Module-Lösungen herstellt.)

Peripheriegeräte

Wenn Sie planen, Ihr eigenes Gateway zu bauen, müssen Sie auch die eigentliche Anwendungssoftware berücksichtigen, die nicht Teil des Core-Prozessors, des Arbeitsspeichers oder der Disc ist.

Nehmen wir zum Beispiel Radios. Sie müssen Ihr Funkgerät so gestalten, dass es über das Netzwerk Ihrer Wahl läuft – und oft verfügen Gateways über mehrere Funkgeräte. (Unsere Gateways verfügen über Symphony Link und Mobilfunk oder Symphony Link und WiFi.) Wenn Sie Ihr eigenes Gateway entwerfen, müssen Sie für jedes Modul eine FCC-Zertifizierung sowie Zertifizierungen für Co-Location-Emitter erwerben. Denken Sie daran, dass Sie nicht zwei FCC-zertifizierte Module von der Stange kaufen, sie in dasselbe System integrieren und die FCC-Zertifizierung weitertragen können. Wegen der Intermodulation müssen Sie beide zusammen erneut zertifizieren.

Wenn Sie einen Linux-Kernel entwickelt haben, muss dieser außerdem die Peripheriegeräte in Ihrem System unterstützen. Wenn der Kernel nicht richtig konfiguriert ist, stecken Sie möglicherweise einen Teil des WLAN-Treibers an den Eingangs-/Ausgangs-Pin. (Wenn Sie eine Standardlösung kaufen, unterstützt der Kernel wahrscheinlich das Berühren aller Pins und sorgt dafür, dass alles, was mit dem Board verbunden ist, nahtlos funktioniert.)

Zusammenfassung

Fakt ist:Mit der Gateway-Entwicklung ans Ziel zu kommen ist sehr teuer und sehr zeitaufwendig – und es kann ziemlich riskant sein. Die Kernel-Entwicklung kann zum Beispiel eine Woche oder sechs Wochen dauern – und Sie wissen normalerweise nicht, wie lange sie dauert.

Wir schlagen vor, dass Sie die Gesamtkosten der Entwicklung für ein Best- und Worst-Case-Szenario in Ihre typischen „Kaufen vs. Bauen“-Berechnungen modellieren. Wenn Sie dies auf Ihren Stückpreis umrechnen, stellen Sie möglicherweise fest, dass ein Standard-Gateway derzeit die kostengünstigste und zeiteffizienteste Methode ist.