Kommentar von Guido Voigt, Lantronix So bewältigt man IoT-Herausforderungen beim Gerätedesign

Autor / Redakteur: Guido Voigt / Nico Litzel

Mittlerweile kommen immer mehr Geräte mit IoT-Funktionen auf den Markt, was neue Möglichkeiten und kreative Anwendungen mit sich bringt. Das hat auch zu zahlreichen Änderungen in der Art und Weise geführt, wie Produkte entworfen, getestet und hergestellt werden.

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Der Autor: Guido Voigt ist Director of Engineering bei Lantronix
Der Autor: Guido Voigt ist Director of Engineering bei Lantronix
(Bild: Lantronix)

Ingenieure stehen vor einer großen Herausforderung. Die Zahl der angeschlossenen IoT-Geräte wird bis zum Jahr 2025 voraussichtlich auf 28 Milliarden ansteigen. Angesichts des rasanten Wachstums ist die Notwendigkeit, diese Herausforderungen mit einem ganzheitlichen Ansatz anzugehen, größer denn je.

Warum ist die IoT-Technologie für Produktdesign und -entwicklung so wichtig?

Zahlreiche Branchen sind zunehmend von der Internet-of-Things-Technologie (IoT) abhängig. Die Nachfrage nach Geräten, die sich mit der Cloud verbinden können, wird auch in Zukunft weiter steigen. Neben Anwendungen in der Industrie, im Gesundheitswesen und bei Verbraucherprodukten werden auch IoT-Hardware und Systeme für autonome Fahrzeuge in erstaunlichem Tempo entwickelt.

Während die wachsende Zahl vernetzter Geräte eine Vielzahl von Vorteilen mit sich bringt, stellt der plötzliche Anstieg des Volumens Unternehmen und Hersteller auch vor neue Herausforderungen. Sie sind gezwungen, sich mit neuen Problemen in Bezug auf Gerätedesign, Leistung und Sicherheit auseinanderzusetzen.

IoT-Design-Herausforderungen und -Lösungen

Das IoT-Design ist mit verwirrenden Herausforderungen, drängenden Fristen und einer überwältigenden Anzahl von Testüberlegungen verbunden. Die größten Hindernisse, die Hersteller im Zusammenhang mit dem IoT überwinden müssen, sind Verbindungen, Langlebigkeit, Vorschriften, Interkonnektivität und Sicherheit. Im Folgenden gehen wir auf jedes dieser Probleme ein und geben Vorschläge für umfassende Lösungen.

Verbindung

Herausforderungen: Die offensichtlichste Hürde bei der Entwicklung eines IoT-Geräts ist seine Konnektivität. Das IoT-Design soll die Bewegung und Nutzung von Daten sowohl zur und von der Infrastruktur, der Cloud und den Geräten selbst ermöglichen. Entwicklung und Produkttests stellen ihre eigenen Herausforderungen dar, ganz zu schweigen davon, dass man mit den sich ständig weiterentwickelnden Industriestandards und Best Practices Schritt halten muss.

Unternehmen, die sich nicht auf drahtlose Technologien spezialisiert haben, verfügen oft nicht über das nötige Fachwissen, um neue IoT-Geräte zu entwickeln, und sehen sich schnell mit dem Problem konfrontiert, skalierbare Prototypen zu erstellen und neue Produkte zu testen. Die Hochfrequenztechnologie (RF) ist bekanntermaßen schwer zuverlässig zu testen, was manchmal dazu führt, dass fragwürdige neue Produkte auf den Markt kommen.

Lösungen: Um diese Herausforderung zu überwinden, ist das Auslagern der Prototypenerstellung und der Bewertung eines neuen Produkts oft eine bessere Option als der Versuch, diese Aufgaben intern zu bewältigen. Dies erspart nicht nur teure Ausrüstung und die Suche nach qualifiziertem Personal, sondern bietet auch die nötige Flexibilität in einem sich schnell entwickelnden Markt.

Langlebigkeit

Herausforderungen: Batterielebensdauer und Stromverbrauch sind bei der Entwicklung von IoT-Geräten von entscheidender Bedeutung. Insbesondere in Branchen wie dem Gesundheitswesen und der Automobilindustrie, wo die Laufzeit eines Produkts ein Sicherheitsrisiko darstellen kann, müssen Entwicklungs- und Testingenieure zusammenarbeiten, um Funktionsfähigkeit zu gewährleisten.

Smarte Komponenten, die den Stromverbrauch von IoT-Geräten automatisch anpassen, sind weit verbreitet. Dadurch kann das Gerät sein Verhalten je nach Erschöpfung der Akkus und der Art der Nutzung des Produkts ändern, in der Regel mit Tiefschlafzyklen für inaktive Zeiten. Firmware und Software sind außerdem so konzipiert, dass sie ständig aktualisiert werden, um die Lebensdauer des Akkus zu maximieren.

Lösungen: Ingenieure aller Bereiche des Entwicklungsprozesses sollten an der Verbesserung von Langlebigkeit und Leistung beteiligt sein. IoT-Geräte müssen umfassend mit einer breiten Palette von Strömen getestet werden, um Verbraucheranwendungen so realistisch wie möglich zu simulieren.

Vorschriften

Herausforderungen: Die Entwicklung von IoT-Geräten umfasst ein komplexes Geflecht von Konformitäts- und Konformitätsstandards, die zu Problemen führen können – insbesondere dann, wenn ein strenger Zeitplan eingehalten werden muss. Es gibt globale und regionale Gesetze und Vorschriften sowie Anforderungen an die System- und Betreiberkonformität, die verstanden werden müssen.

Die Einhaltung enger Marketing- und Produktionszeitpläne erschwert die Einhaltung dieser Parameter zusätzlich. Jegliche Änderung der gesetzlichen Vorschriften oder der Compliance-Anforderungen kann zu einem erheblichen Zeit- und Kostenanstieg führen und den Ruf eines Unternehmens schädigen.

Lösungen: Wie bei den meisten Aspekten der Technik ist es am besten, IoT-Geräte und -Komponenten frühzeitig und häufig zu testen. Pre-Compliance-Tests können den Unterschied zwischen einem beliebten Produkt und einem, das nicht auf den Markt kommt, ausmachen. Es gibt bereits skalierbare und automatisierte Testsysteme auf dem Markt, mit denen sich der manuelle Testaufwand vor allem in den frühen Phasen der Produktentwicklung reduzieren lässt.

Interkonnektivität

Herausforderungen: Wie bereits erwähnt, ist die Zahl der vernetzten Geräte exponentiell angestiegen und wird in den kommenden Jahren voraussichtlich explodieren. Dies bringt zusätzliche Herausforderungen mit sich, da ständig neue IoT-Geräte auf den Markt kommen und bestehende Technologien in die Konnektivitätsfunktionen neuer Designs integriert werden müssen.

Neben den direkteren Problemen, die mit der Einbeziehung neuer und alter Technologien verbunden sind, müssen die Geräte auch in überlasteten Netzwerken zufriedenstellend funktionieren. Fehler und Designeinschränkungen können von leicht verzögerten Gerätereaktionen bis hin zu potenziell lebensbedrohlichen Ausfällen alles verursachen.

Lösungen: Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) hat im American National Standard for Evaluation of Wireless Coexistence (ANSI) einen Bewertungsprozess und unterstützende Testmethoden für die Interkonnektivität in Hochfrequenzumgebungen (RF) veröffentlicht. Im Folgenden wird ein kurzer Überblick gegeben. Für eine ausführlichere Anleitung steht die vollständige Veröffentlichung online zur Verfügung.

  • 1. Definieren Sie die elektromagnetische (EM) Zielumgebung (Frequenzen, Protokolle und Signalstärken).
  • 2. Spezifizieren Sie die funktionale drahtlose Leistung (FWP) des zu prüfenden Geräts (EUT).
  • 3. Weisen Sie die Evaluierungsstufen auf der Grundlage der zu erbringenden Testleistungen und der Folgen eines Fehlers zu.
  • 4. Wählen Sie eine Testmethode.
  • 5. Spezifizieren Sie das beabsichtigte HF-Signal zum und vom EUT.
  • 6. Spezifizieren Sie die unbeabsichtigten Signale zum und vom EUT.
  • 7. Erstellen Sie einen Bericht, der das potentielle Risiko und die Fähigkeit des EUTs, in einer Mixed-Signal-Umgebung zu arbeiten, bewertet

Sicherheit

Herausforderungen: Das vielleicht größte Problem, das es bei der Entwicklung des IoT zu lösen gilt, ist die Frage, wie man Sicherheitsfragen umfassend angehen kann. Wenn ein Gerät mit mehreren Netzen verbunden ist, steigt die Anfälligkeit für Sicherheitslücken. In der Regel werden drei verschiedene Aspekte berücksichtigt: Gerätesicherheit, Netzwerksicherheit und Unternehmenssicherheit.

Lösung auf Geräteebene: Die Sicherheit auf Geräteebene sollte Vorrang haben, da die meisten Sicherheitsprobleme an den Endpunkten auftreten. Die Sicherheit von IoT-Geräten muss von Anfang an und während des gesamten Entwicklungsprozesses berücksichtigt, implementiert und getestet werden.

Lösung auf Netzwerkebene: Die Sicherheit auf Netzwerkebene besteht aus einem Informationssicherheitsrahmen mit Richtlinien und Verfahren zum Schutz vor Netzwerkbedrohungen. In diesen internen Richtlinien wird festgelegt, welche Daten und anderen Informationen geschützt werden müssen, und es werden bewährte Verfahren für den physischen und virtuellen Schutz von Anlagen beschrieben.

Da das Netzwerk ständig auf Bedrohungen überwacht wird, sollte im Falle einer Entdeckung ein dokumentierter Plan für das weitere Vorgehen vorliegen. Auf diese Weise wird ein System geschaffen, das finanzielle Verluste vorbeugt und die Chancen auf die Wiederherstellung von Vermögenswerten im Falle eines Verlustes erhöht.

Lösung auf Unternehmensebene: Für Ihren Betrieb ist es von entscheidender Bedeutung, dass sich alle Beteiligten eines Unternehmens der Sicherheitsrisiken voll bewusst sind. Dazu gehört, wie man mit sensiblen und geschützten Daten umgeht, auf welche Warnzeichen man achten muss und wie man das Risiko minimiert. Die meisten Sicherheitsverstöße sind auf einen einfachen Fehler eines Mitarbeiters zurückzuführen. Daher kann man gar nicht genug betonen, wie wichtig es ist, einen Sicherheitsrahmen zu schaffen, der Schulungen und Verfahren umfasst. Denken Sie daran: Wenn Ihr Unternehmen sensible Kundendaten speichert, ist es gesetzlich dafür verantwortlich, dass diese Daten sicher sind.

Die Zukunft der IoT-Technologie

Während die IoT-Technologie in unserem digitalen Zeitalter einzigartige und noch nie dagewesene Herausforderungen mit sich bringt, sind die Vorteile, die sich aus dem erreichten Konnektivitätsgrad ergeben, beispiellos. Neue Lösungen und Systeme im Gesundheitswesen, in der Landwirtschaft, im Fahrzeugbau und in zahllosen anderen Branchen verändern bereits das Leben auf der ganzen Welt. Unglaubliche Fortschritte wurden bereits erzielt und werden weiterhin von Unternehmen realisiert, die einen ganzheitlichen Ansatz bei der Entwicklung von IoT-Geräten verfolgen. Obwohl die IoT-Technologie erst vor kurzem zum Mainstream geworden ist, sind Umfang und Reichweite ihres Potenzials wirklich endlos.

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