Ein Modul, das Brücken schlägt

Fachbeitrag embedded Design 01/2016

Die kontinuierliche Verbreitung mobiler Geräte lässt den Wunsch aufkommen, von überall auf alle Inhalte zugreifen zu können. Doch nicht nur Wikipedia und Streaming-Dienste sind nachgefragt, im selben Atemzug möchte der Anwender auch Aktionen durchführen – den Anrufbeantworter zuhause abhören oder die Gartenbewässerung einschalten. Der folgende Beitrag beschäftigt sich mit einem Wi-Fi-Device-Server, der dem Anspruch an ein auf Mobilität ausgerichtetes Endgerät gerecht wird.

Wie groß ist das Internet der Dinge (IoT), und wie rasch wächst es? Die Schätzungen darüber variieren mit der Quelle, aus der die Informationen stammen, und gehen von bis zu 50 Milliarden verbundenen Geräten im Jahr 2020 aus. Sicher ist, dass die Anzahl riesig sein wird, und der Markt immer noch in den Kinderschuhen steckt.

Der xPico Wi-Fi-Device-Server von Lantronix unterstützt Anwender beim Online-Zugang zum Internet. Gerade einmal briefmarkengroß unterstützt er die Betriebsarten als Client und Soft Access Point (AP) gleichzeitig. Damit kann er sich über Wi-Fi sowohl mit einem Netzwerk als auch mit einem Smartphone oder Tablet Computer verbinden. Durch den integrierten Webserver kann man auf das Endgerät einfach über den Browser, ohne auf Smartphone oder Tablet laufende Spezial-Software, zugreifen. In Verbindung mit einfacher Implementierung und niedriger Leistungsaufnahme ermöglicht der xPico Wi-Fi neuen IoT-Geräten und Anwendungen raschen und einfachen Zugriff auf das Internet

Intelligentes Haus
(Abb. 1: In einem intelligenten Haus ist die Heizungsanlage z. B. auch mit der Jalousien steuerung und Fensterkontakten vernetzt, um Energiesparen zu ermöglichen. Gleichzeitig soll aber der Servicetechniker oder Kaminkehrer die Möglichkeit bekommen, Fehlermeldungen und Messwerte von der Heizungsanlage abzurufen.)

Anwendungsbeispiel: Smart Home

Ein Hersteller von Heizungsanlagen für gewerbliche und private Kunden suchte eine Lösung, um den Kunden Parameter wie Temperatur und Schaltzeiten bequem über das Smartphone oder Tablet einstellen zu lassen. In einem intelligenten Haus ist die Heizungsanlage z. B. auch mit der Jalousiensteuerung und Fensterkontakten vernetzt, um Energiesparen zu ermöglichen. Gleichzeitig soll aber der Servicetechniker oder Kaminkehrer die Möglichkeit bekommen, Fehlermeldungen und Messwerte von der Heizungsanlage abzurufen.

Eine leitungsgebundene Schnittstelle wäre hier gut geeignet, wenn die Applikation Zugriff und Steuerungsmöglichkeiten lediglich über ein lokales Netzwerk benötigt. Hier hingegen möchte der Kunde die Anlage vor Ort, z. B. vom Wohnzimmer aus, aber trotzdem ungebunden steuern. Daher kam nur ein drahtloser Zugriff in Frage. Typische Wi-Fi-Applikationen erfordern jedoch, dass der Controller sich mit einem Access Point verbindet, sodass der Servicetechniker oder Kaminkehrer sich im Heimnetz des Kunden anmelden und bewegen müsste.

Das Risiko, hier neben dem legitimen Zugang des Servicetechnikers einem unbekannten Angreifer eine Sicherheitslücke zu bieten, möchte kein Kunde eingehen. Hier war Lantronix gefragt, eine kosteneffektive, sichere, einfach zu integrierende und benutzerfreundliche Lösung zu entwickeln. Weitere wichtige Anforderungen waren die drahtlose Anbindung, die Kompatibilität und Koexistenz mit bereits existierenden Access Points, ohne deren Leistung einzuschränken.

Da nicht alle Anwender im Umgang mit Netzwerk-Technik versiert sind, stand die einfache und schnelle Installation und Integration durch den Anwender in das existierende Heimnetzwerk im Vordergrund. Die Steuerung und Parametrierung soll dabei sowohl vom PC aus über das Heimnetzwerk als auch über ein angeschlossenes Smartphone oder Tablet erfolgen können.

xPico Wi-Fi

Wie oben erwähnt, darf der Techniker oder Kaminkehrer sich nur mit dem Access Point der Heizungssteuerung verbinden, ohne dabei gleichzeitig Zugriff zum Rest des Heimnetzwerks zu erhalten. Vor dem Zugriff muss er sich vom Besitzer die Berechtigung hierzu einholen. Da die Heizungssteuerung nur einen begrenzten Bauraum bietet, muss der Device-Server kompakt gebaut sein.

 

(Abb. 2: Der xPico Wi-Fi ist ein Device-Server. Er fungiert als Interface, stellt also eine Verbindung zwischen einem nicht netzwerkfähigen Gerät und dem Internet her. Der Webserver im Device-Server bereitet einerseits Daten auf und stellt sie im Internet per IP bereit und nimmt andererseits Befehle entgegen und setzt sie auf die serielle Schnittstelle um.)

Was ist ein Device-Server?

Ein Device-Server ist ein Interface, das eine Verbindung zwischen einem nicht netzwerkfähigen Gerät und dem Internet herstellt. Er geht damit über die Funktionen eines reinen Funkmoduls deutlich hinaus. Die Schnittstelle zum Gerät ist dabei seriell asynchron, z. B. RS-232. Der Web Server im Device-Server bereitet einerseits Daten auf und stellt sie im Internet per IP bereit und nimmt andererseits Befehle entgegen und setzt sie auf die serielle Schnittstelle um.

Die Lösung: Embedded Wireless-Device-Server

Als einer der kleinsten Device-Server im embedded Formfaktor konnte der Lantronix xPico leicht in die Heizungssteuerung integriert werden. Als Wi-Fi Client kann der Besitzer des Systems ihn über einen Standard-Access Point je nach Komplexität des Restsystems mit einem PC oder einer SPS verbinden.

Dadurch kann der Besitzer seine Heizung intelligent überwachen und steuern und Betriebskosten senken. Gleichzeitig kann er dem Wartungstechniker oder Kaminkehrer über die xPico Wi-Fi-Access-Point-Funktion den Zugriff auf die Anlage gewähren, ohne dass dieser sich in das Heimnetzwerk des Besitzers einloggen muss. Über den xPico Wi-Fi kann der Techniker den Zustand der Heizung abfragen, Fehlermeldungen einsehen, aufgetretene Probleme beseitigen und Regelparameter verbessern – alles über einen Tablet Computer oder ein anderes tragbares Gerät, und alles in einer sicheren Netzwerkumgebung.

Ergebnisse

Durch die schnelle und einfache Implementierung wird der Bedarf an Support bereits bei der Installation reduziert. Besitzer und Servicetechniker haben beide Zugang auf die Heizungssteuerung. Die Lösung mit dem xPico Wi-Fi hat die richtigen Abmessungen, um in der beschränkten Baugröße der Heizungssteuerung eingebaut zu werden. Der Funk-Anschluss an ein Heimnetzwerk ist einfach und gut geeignet, um gleich starten zu können. Der Besitzer spart Betriebskosten, da er über das Management einfachen Zugriff lokal und sogar aus der Ferne hat. Der Hersteller der Heizungssteuerung wiederum hat einen Wettbewerbsvorteil durch die innovative Lösung, mit der er eine Anforderung des Marktes in sehr kurzer Zeit implementieren konnte.

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