スポンサーコンテンツ：ワイヤレス開発を容易にする統合シングルボードソリューション
ワイヤレス接続は、クラウドへの最も簡単なパスを提供し、幅広いアプリケーションのIoTへのアクセスを可能にします。ワイヤレスサポートにより、各デバイスの場所にケーブルを敷設する必要がなく、Bluetoothなどのスマートプロトコルにより、事実上どこからでもデバイスを簡単にセットアップできます。
無線技術オプション
エンジニアリングチームは、アプリケーションに適した幅広いワイヤレス接続オプションにアクセスできるようになりました。
短距離： 家庭やオフィスで短距離で使用する場合、BluetoothとWiFiは低電力と高帯域幅に必要な機能の範囲に及びます。大規模な倉庫や作業現場環境などの大規模な設置でも、BluetoothやZigbeeなどの低電力ネットワークの場合、WiFiゲートウェイとメッシュネットワーキングを使用すると、運用範囲が大幅に広がります。
ミッドレンジ： LoRaWANやSigfoxなどのワイヤレスネットワークを使用すると、非常に低コストで数十キロの範囲のデバイスにアクセスできます。これらのネットワークは、少量のデータを転送するように設計されており、LoRaWANの場合は最大50kb / sの速度のデータをサポートします。セルラーサービスとは異なり、これらのネットワークはバイト単位で課金されません。ユーザーは、遠隔地でのサービスに必要になる可能性がある独自のゲートウェイを操作できますが、セルラーカバレッジが信頼できない可能性があるオプションも提供します。 The Things Networkなどのサービスプロバイダーは、都市全体とその郊外にまたがるLoRaWANに基づくパブリックネットワークを構築しています。シングスネットワークは現在、西ヨーロッパの多くの大都市や郊外、米国の人口密集地域をカバーする8,000を超えるゲートウェイを運用しています。
長距離/広範囲： さらに広範囲のカバレッジが必要であり、アプリケーションが従量課金をサポートできる場合、設計者は2G、3G、および4Gセルラーネットワークを利用できます。
ワイヤレス接続の歴史
過去に多くの設計者が直面した問題は、ワイヤレス接続を可能にする効率的なRFインターフェイスの開発が困難で時間がかかることでした。アンテナからトランシーバーに渡す必要がある高周波信号は、高い信号対雑音比を確保するために繊細な処理が必要です。アンテナ自体はパフォーマンスに劇的な影響を与える可能性があり、形状と構造のわずかな変更により、目的の範囲で動作するRFトランシーバーと、短距離でのみ有効なRFトランシーバーの違いを意味します。さらに、ワイヤレスシステムは、Bluetooth、WiFiなどで採用されている2.4GHz帯域など、特定の無線ライセンスを必要としない帯域であっても、システムが他のユーザーに干渉するかどうかを決定する厳しいテストに合格する必要があります。
従来のシングルボードコンピューター（SBC）にはワイヤレス接続がなかったため、設計チームはカスタムモジュールを開発する必要がありましたが、Raspberry Pi、BeagleBone、およびArduinoの周りのエコシステムが開発されると、コアSBCで使用できる既製のモジュールが開発されました。 Raspberry PiのWiPiモジュールなど、USBポートを介してプロセッサモジュールに接続するオプションが含まれています。 BeagleBoneとArduinoは、同様のワイヤレスモジュールオプションを用意し、ピンヘッダーコネクタを介して接続しました。
アドオンワイヤレスモジュールを使用すると、ハードウェア設計に関連する時間は短縮されましたが、ワイヤレス統合の他の側面に関連する時間は短縮されませんでした。多くの場合、設計者は製品を販売したい場所でのRFエミッションをカバーする法律へのコンプライアンスを確実にするために、独自のテストを実行する必要があります。
時間とコストの面でのさらなる需要は、ソフトウェア統合プロセスから来ました。トランシーバーシリコンには多くの選択肢があり、特にBluetoothやWiFiなどの一般的な短距離、低電力のワイヤレスプロトコルではそうです。ワイヤレスモジュールのプロトコルサポートは、多数のファームウェアライブラリ自体を実行する専用SoCによって提供されますが、場合によっては、高レベルのプロトコルレイヤーをホストSBCで実行する必要があります。レイヤー間でデータを受け渡します。インテグレーターは、これらのソフトウェア要素をまとまりのある方法でまとめる責任があります。
ワイヤレス接続のための今日のソリューション
ワイヤレス接続の人気が高まるにつれ、SBCメーカーおよびArduinoなどの統合ハードウェアとソフトウェアの開発環境は、製品ラインにワイヤレスサポートを提供するためにさまざまな道を歩んできました。選択肢には、ワイヤレスプロトコルの直接サポートを組み込んだますます拡大するマイクロコントローラーによって提供される統合を利用する統合ソリューションが含まれます。また、モジュラーアーキテクチャを採用して、共通のベースボードで使用できるワイヤレス接続オプションの選択肢を設計者に提供するものもあります。
統合モジュールを使用すると、ワイヤレス接続を含む完全なSBCが、モジュールが販売されているすべての地域でRFエミッション法規制への準拠についてテストされたという、いくつかの重要な利点がもたらされます。エンジニアリングチームは、場合によっては、シリアルポートを介してデータを送信するのと同じくらい簡単にワイヤレス接続を確立できる事前統合されたファームウェアを利用することもできます。統合ソリューションは、多くの場合、ベースボードとアドオンモジュールの組み合わせよりも低いエネルギー消費を提供します。サプライヤーは、ワイヤレストランシーバー内のコアMCUとプロセッサーコアの両方で利用可能な処理を最大限に活用できました。
統合の結果、複数のボードのサンドイッチに基づく設計と比較して、全体的な開発時間が短縮され、フォームファクタが小さくなります。多くの場合、高度な統合によりコストが削減され、開発者はヘッダーピンや同様のインターフェースを引き続き利用してカスタムセンサーモジュールを接続できます。
開発者は、Raspberry Pi 4モデルBコンピューター（上記）などの強力な高統合ソリューションにアクセスできます。旧バージョンのRaspberry Pi 3 Model B +と比較して、プロセッサー速度、マルチメディアパフォーマンス、メモリ、接続性を画期的に向上させ、下位互換性と同様の電力消費を維持します。製品の主な機能には、高性能64ビットクアッドコアCortex-A72（ARM v8）プロセッサ、マイクロHDMIポートのペアを介した最大4Kの解像度でのデュアルディスプレイサポート、最大4Kp60のハードウェアビデオデコード、 4 GBのRAM、デュアルバンド2.4 / 5.0 GHzワイヤレスLAN、Bluetooth 5.0、ギガビットイーサネット、USB 3.0、およびPoE機能（別のPoE HATアドオン経由）。デュアルバンドワイヤレスLANおよびBluetoothはモジュール式のコンプライアンス認証を取得しているため、ボードをコンプライアンステストを大幅に削減した最終製品に設計できるため、コストと市場投入までの時間を短縮できます。
BeagleBone Black（下記）は、元のSBC設計のイーサネットコントローラーを2.4GHz WiFiインターフェースとBluetooth 4.1およびBLEトランシーバーに置き換えます。統合モジュールは、Octavo SystemsのSIPを中心に構築されています。これにより、Arm Cortex-A8プロセッサと512GBの高速DDRメモリおよび4GBのフラッシュが結合されます。高速I / O処理を必要とするアプリケーションをサポートするために、TI製プロセッサは2つのプログラマブルリアルタイムユニット（PRU）でサポートされています。 PRUは、Armプロセッサからの低レイテンシ処理を必要とするタスクをオフロードし、オペレーティングシステム、ユーザーインターフェース、およびシステム管理機能により大きなヘッドルームを提供します。
よりシンプルな設計のために、パーティクルフォトンは、STMicroelectronicsのCortex-M3マイクロコントローラーをサイプレスWiFiコントローラーと結合します。これは、Nest ProtectやAmazon Dashなどのスマートホームデバイスで使用されているものと同じタイプです。パーティクルエレクトロンは、同じコアプロセッサコンプレックスを3Gセルラートランシーバーに適用し、クラウドに接続するためにローカルゲートウェイを必要としないIoTノードを構築する機能を提供します。
モジュラーソリューションは、SBCベースのシステムにワイヤレス接続を提供する別のルートを提供します。 Arduinoのさまざまな製品を使用して、開発チームはArduinoエコシステムでシールドと呼ばれるさまざまなモジュールから選択して、RFインターフェースをベースボードに追加できます。 MKRファミリのシールドは、ローカルまたはワイドエリアワイヤレスネットワーク接続を追加します。 MKR 1000と1010の両方にWiFiトランシーバーが含まれています。 WAN 1300はLoRA接続を提供し、GSM 1400は世界中で利用可能な多くのセルラーネットワークにアクセスできます。さらに、MKRFOX 1200はSigFox低電力広域ネットワークへのインターフェースとして機能します。
これらの各シールドは、ピンヘッダーコネクタを使用して、Genuino ZeroやDueなどのキャリアボードに取り付けることができます。ワイヤレス接続用の多くのMKRファミリモジュールの注目すべき機能には、Arm Cortex-M0 +コアをベースにした独自の32ビットマイクロコントローラーがあります。開発者はM0 +を利用して、暗号化や圧縮などのパケット処理を通信事業者のメインプロセッサからオフロードできます。または、MKR1000などのデバイスは、スペースに制約のあるシステムでスタンドアロンモジュールとして使用でき、ピンヘッダーを取り外して全体の体積を減らします。
開発キットは、エンジニアリングチームに他のオプションを提供します。主に、量産用のカスタムモジュールを設計する人向けです。開発キットは、チームをできるだけ早く稼働させるために設計されています。たとえば、SimpleLink Sensor to Cloud Linux Gateway用のelement14開発キットは、エンドツーエンドのソリューションを提供します。このキットには、WiFiで拡張されたBeagleBone Blackボードに基づくゲートウェイソリューションや、長距離センサーノードとして機能するCC1350 LaunchPadキットなど、完全なセンサーネットワークの作成に必要なすべてのコンポーネントが含まれています。
プロトタイピングキットから生産システムで使用できる既製のSBCまでの幅広いプラットフォームのポートフォリオのおかげで、エンジニアリングチームはIoT時代のワイヤレス接続によって可能になった新しいビジネスモデルを最大限に活用できるようになりましたまた、複雑なRF設計に対処する必要なく、高度に差別化されたソリューションを提供します。
Ankur Tomar、地域ソリューションマーケティングマネージャー、Farnell