magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

Avnet lidA celluláris kommunikációs technológia korábban a hagyományos mobiltelefon-szolgáltatásokon kívül csupán néhány speciális, ipari célra kidolgozott modemes alkalmazás célját szolgálta. A Nordic Semiconductor nRF91 sorozatú integrált kommunikációs eszközei alapvető változást ígérnek ezen a területen, az IoT-alkalmazások előtt is – a méret, a költség és az energiaigény szempontjából is – megnyitva a celluláris kommunikáció lehetőségeit.

 

Az első generációs („1G”) celluláris kommunikáció az 1970-es években mutatkozott be. A forgalmat analóg rendszerek bonyolították le, a felhasználói készülékek ormótlanok és drágák voltak. Ám az ötlet „megfogant”, és 1990-re az előfizetők száma világszerte elérte a 20 milliót. Ugorjunk előre az időben 28 évet, és a GSMA – egy, a mobilszolgáltatók érdekvédelmét ellátó szervezet – szerint az előfizetők száma mára meghaladta az ötmilliárdot, és a celluláris kommunikációs technológiák legújabb (már széles körben használt) generációja, a 4G LTE részaránya a világ 70 országában több mint 50%, és nem túl magas költségekkel tesz lehetővé adatáram-szolgáltatásokat (streaming), amely még egy évtizeddel korábban is elképzelhetetlennek tűnt. A celluláris technológia hosszú „vajúdása” és érlelődése lehetővé tette, hogy a mérnökök optimalizálhassák azt annak érdekében, hogy kielégíthessék mind a végfelhasználói, mind pedig a kereskedelmi igényeket, hogy gyakorlatilag mindenhol elérhetők, megbízhatók, biztonságosak és könnyen használhatók legyenek. Ez a hosszan elnyúló fejlesztési periódus megteremtette a lehetőséget a személyi feltételek biztosítására, jövedelmező működtetést tett lehetővé, továbbá elegendő időt hagyott a roppant nagy infrastruktúra kiépítésére és fejlesztésére annak érdekében, hogy minél közelebb kerüljünk a világméretű lefedettséghez.
A celluláris rendszer bármely más vezetékmentes technológiánál jobb lefedettséget biztosít. Megbízhatóságát a sok éve tartó technológiai finomításnak, valamint a hordozóközegért folytatott éles versengésnek köszönheti. A biztonság – amely minden vezetékmentes technológiát fejlesztő mérnök számára kiemelt fontosságú – elsődleges követelmény a celluláris hálózatokon megvalósuló teljes kommunikáció-útvonal tekintetében. Ugyanilyen lényeges a nagy átviteli kapacitás azoknak a felhasználóknak a milliói számára, akik videostream- vagy más, nagy adattömegeket mozgató szolgáltatásokat vesznek igénybe. A rendszer ezen erősségei mögött áll a magas szolgáltatásminőség (Quality of Service – QoS), amely a műszaki szabályozás, az engedélyezés és az elektromágneses spektrum adott részének a celluláris hálózatokhoz rendelését érintő szigorúságnak köszönhető.

 

Cellular for everything 1

Évtizedek fejlesztései vezettek el a mai nagy sávszélességű celluláris technológiákhoz

 

A celluláris technológia számos előnye azoknak a mérnököknek is magára vonta a figyelmét, akiknek a „dolgok internete”, az Internet of Things (IoT) építése a feladata. A cellatechnológia megoldásnak ígérkezik egyfelől azért, mert közvetlen csatlakozási lehetőséget kínál az IoT-szenzoroknak és más végpontoknak, hogy közvetlenül csatlakozhassanak felhőszolgáltatásokhoz a nagy hatótávolságú, kis teljesítményigényű nyilvános hálózatokon (long range low power wide area network – LPWAN) keresztül, illetve maguk is ilyen hálózatokat alkothassanak, amely átjárókon (gateway) keresztül csatlakozik a felhőhöz vagy olyan helyi hálózatokhoz (LAN), amelyeket kis hatótávolságú, vezetékmentes technológiákkal, például a Bluetooth Low Energy-vel (Bluetooth LE) vagy a Thread segítségével valósítanak meg. De amíg ezek az elépzelések valóra válnak, még el kell végezni bizonyos fejlesztési munkákat.

 

8F79B7A2 5056 B779 244A67DE588D1F7B supporting image 1

Az nRF91 sorozatú SiP egy nagy mértékben integrált, ultra kis helyfoglalású, kis fogyasztású celluláris IoT-megoldás

 

A celluláris rendszerek elérhetőségének kiterjesztése

A celluláris hálózatoknak azok a kiterjesztései, amelyekkel elérhetővé válik a nagy átbocsátóképességű kommunikáció, rendkívül összetettek és költségesek, a szükséges hardver pedig terjedelmes és nagy energiaigényű.
A felhasználók hajlandók is megfizetni ennek az árát és naponta újratölteni a mobiltelefonjukat, mert a technológia sima hozzáférést enged számukra a vágyott szolgáltatásokhoz. Ám az IoT-mérnökök számára a nagy sávszélességű hálózatok költségéből, bonyolultságából és energiaigényéből eredő hátrányai megnehezítik, hogy ezen az alapon kicsi és elemről táplált szenzorok százaiból álló hálózatokat építsenek, amely az IoT alapkövetelménye.
A celluláris modemek az olyan feladatoknál találtak alkalmazási területet, ahol költséges és nehezen hozzáférhető, távoli tárgyi eszközökről kell hozzáférést biztosítani a felhőhöz. Például a közeli „intelligens elektronikus készülékekben” (Intelligent Electronic Devices – IED), amelyeket arra használnak, hogy olyan „okos” energiaelosztó hálózatokat vezéreljenek, amelyek rendszeresen küldenek vissza információkat egy vezérlőközpontba. Ezenkívül az olyan kereskedelmi készülékek működtetői, mint az értékesítő automaták, amelyeket számos nyilvános helyen, például pályaudvarokon láthatunk, csökkenthetik a működési költségeiket azáltal, hogy celluláris modemekkel küldenek vissza információkat a cég központjába ahelyett, hogy a készülékek manuális szervizelésére és készletellenőrzésére küldenének ki alkalmazottakat. A celluláris modemek ugyancsak népszerűek például a biztonsági cégeknél is, akik nem engedhetik meg maguknak, hogy kevésbé megbízható technológiákat (például WiFi-t) használjanak.
Ezek a készülékek viszont nem felelnek meg az IoT-alkalmazásokhoz. Először is azért, mert sokan olyan, még működő 2G hálózatokat használnak, amelyek hamarosan kivezetésre kerülnek, mert a spektrumkihasználásuk nem hatékony – márpedig az általuk ma még használt spektrum égetően szükséges a 4G és a közeljövőben bevezetésre kerülő 5G hálózatok forgalmának lebonyolításához. Ezek 2025-re gyakorlatilag eltűnnek. Másodszor, a 2G, 3G és 4G LTE modemek drágák, terjedelmesek és energiafalók, mivel azokat még a 3GPP, (3-rd Generation Partnership Project – harmadik generációs együttműködés) követelményei szerint fejlesztették a magasabb kategóriájú – nagyobb sávszélességű – alkalmazásokhoz.
Felismerve a hagyományos modemek hátrányait az IoT sajátos igényeinek kiszolgálása során (alacsony ár, az alkalmazáshoz illeszkedő sávszélesség és kis energiaigény), a 3GPP-t annak 13. kiadásában olyan modemkategóriával egészítették ki 2015-ben, mint az LTE-M és az NB-IoT – ezzel bátorítva a 4G LTE-modemek fejlesztését az IoT-alkalmazásokhoz – egy olyan alkalmazáscsoporthoz, amelyben a magasabb kategóriájú készülékek használata nem elégítette ki a gyakorlati igényeket (lásd az ULP WQ 2016 őszi kiadásának 8. oldalát).

 

ME 2018 12 AvnetSilica 3

nRF91 SoC alkalmazási példa

 

Fejlesztés: fókuszban az IoT

Az utóbbi három évben a Nordic Semiconductor finnországi mérnökei összekapcsolták LTE-tapasztalataikat a cég norvégiai mérnökeinek a rendkívül kis fogyasztású, vezetékmentes eszközök fejlesztésében szerzett ismereteivel, létrehozva ezzel egy optimalizált, celluláris IoT-megoldást a 3GPP LTE-M és NB-IoT specifikációi alapján.
Az eredmény az nRF91-sorozatú integrált rendszer (System-in-Package – SiP), egy kis teljesítményigényű, rendkívül kis méretű celluláris IoT-megoldás. Mivel ezt kimondottan az IoT sajátos igényeit szem előtt tartva tervezték, a fejlesztők a hagyományos celluláris modemektől teljesen eltérő megközelítést választottak, amely olyan jellemzők megvalósítására adott lehetőséget, amelyekre a celluláris eszközök piacán még nem volt példa. Például az nRF91 sorozatú SiP 10 × 16 mm alapterületű, 1 mm magas tokozatában egy nagy teljesítőképességű ARM Cortex-M33 alkalmazásprocesszor, egy teljes, többmódusú LTE modem és adóvevő, egy Qorvo-gyártmányú RF-frontend egy energiamenedzsment alrendszer, flash és RAM-tároló, valamint rezgőkvarc és más passzív elemek is helyet kaptak.
Ennek a nagyfokú integrációnak és az eszköz egész világra kierjedően érvényes tanúsítványának köszönhetően az nRF91 sorozatú SiP elkerüli a korábbi celluláris modemek hátrányait az LPWAN-rendszerekhez való csatlakozás során, és teljesíti azt a követelményrendszert, ami a celluláris technológia igénybevételéhez szükséges.
A Nordic élen jár az olyan egyszerű vezetékmentes eszközök fejlesztésében és megvalósításában is, mint a Bluetooth LE-megoldás. Ebben a cég mintegy „elfedte” az RF-technológia működésének bonyolultságát azzal, hogy teljes (rádiót és processzort egyaránt tartalmazó) egycsipes vezetékmentes hardvert és gyárilag fejlesztett RF-protokollvermet dolgozott ki. A végtermék fejlesztése jelentősen könnyebbé vált azzal is, hogy az alkalmazásfejlesztésre és az alkalmazáskód megvalósítására széles körben ismert fejlesztőkörnyezetet használ, miközben az RF-protokollvermet az alkalmazásszoftvertől elválasztva kezeli. Ezáltal olyan mérnökök ezrei számára is lehetővé teszi az innovatív és piaci sikert ígérő vezetékmentes termékek fejlesztését, akiknek nincsenek speciális RF-ismereteik.
Míg az nRF91 sorozat szoftverarchitektúrája ismert és áttekinthető marad, a Nordic stratégiája szerint az RF-tervezés lényegi bonyolultságát elfedi a felhasználó elől. Ezért a vezetékmentes alkalmazások fejlesztése és hibamentesítése olyan egyszerű, amilyen csak lehet. Ez mindenki számára elérhetővé teszi a celluláris technológia felhasználását, és bátorítja a kevés vezetékmentes tapasztalattal rendelkező fejlesztőket is, hogy felfedezzék a technológia előnyeit, felszabadítva kreativitásukat az új terméke fejlesztéséhez. Ugyanezt a stratégiát láttuk sikeresen megvalósulni a Nordic Bluetooth LE technológiájának világszerte történő elterjesztése során. Az nRF91 sorozatú SiP azzal a reménnyel kecsegtet, hogy ugyanez történik majd abban a folyamatban is, amelyben a celluláris technológiák a mobiltelefon-kommunikáció területén kívül is megjelennek.

 

Szerző: Peder Rand, termékmenedzser – Nordic Semiconductor, Cellular IoT

 

AVNET Silica
1117 Budapest, Budafoki út 91-93.
Barbarics Tamás
E-mail: tamas.barbarics@avnet.eu
Tel.: +36 1 436 7211
avnet-silica.com

 

Még több AVNET Silica

 

   
Advertisement