Das Pro-Kit von Silicon Labs beschleunigt Ihren Weg zum Produktdesign für Amazon Sidewalk

Das Internet der Dinge (IoT) wird von vielen Funkprotokollen unterstützt. Das liegt daran, dass keine einzelne Technologie für alle Anwendungen geeignet ist, so dass jedes Funkgerät einen Kompromiss zwischen Reichweite, Durchsatz und Stromverbrauch darstellt.

Signale mit höherer Frequenz übertragen mehr Datenbits pro Sekunde, was die Datenrate erhöht, aber sie werden leichter von Alltagsgegenständen absorbiert und unterliegen einem stärkeren Schwund, was die Reichweite beeinträchtigt. Bluetooth Low Energy (LE) beispielsweise arbeitet im 2,4-Gigahertz-Band (GHz) und bietet einen Rohdatendurchsatz von bis zu 2 Megabit pro Sekunde (Mbit/s) bei einer Reichweite von vielleicht 100 Metern im Freien. Vergleichen Sie das mit Sub-GHz-Technologien, die Schmalbandübertragungen mit einer Reichweite von bis zu einem Kilometer (km) nutzen, aber nur einen Durchsatz von einigen hundert Kilobit pro Sekunde (Kbit/s) bieten.

Wi-Fi nutzt zwar dasselbe 2,4-GHz-Frequenzband wie Bluetooth LE (obwohl Wi-Fi auch im 5-GHz-Band arbeitet), bietet aber dank ausgeklügelter Modulationstechniken einen weitaus höheren Durchsatz von bis zu mehreren hundert Mbit/s. Was die Stromversorgung betrifft, so kann Bluetooth LE monatelang mit kleinen Batterien, z. B. Knopfzellen, betrieben werden, während Wi-Fi im Allgemeinen Netzstrom oder relativ sperrige wiederaufladbare Akkus benötigt.

Solche Kompromisse können es Ihnen schwer machen, die beste Funktechnologie für Ihre Anwendung auszuwählen. Und selbst dann kann die beste Lösung ein Kompromiss sein. Aber warum nur eine Funktechnologie auswählen, wenn zwei oder sogar drei besser geeignet sind? Amazon Sidewalk verwendet mehrere Funktechnologien, um ein „Gemeinschaftsnetzwerk“ aufzubauen Das Netz verbindet Verbrauchergeräte fast überall sicher und kostenlos mit dem Internet und erstreckt sich über das Haus hinaus bis in die Nachbarschaft (Abbildung 1).

Abbildung 1: Amazon Sidewalk baut ein kostenloses Gemeinschaftsnetz von mit dem Internet verbundenen Geräten auf. (Bildquelle: Amazon)

Überbrückung der Netzlücke

Amazon Sidewalk ist derzeit nur in den USA verfügbar. Die Technologie soll die Lücke zwischen den drahtlosen Kurzstrecken-Technologien für das Smart Home, wie Bluetooth LE und Wi-Fi, und Weitverkehrsnetzen (WANs), wie LoRaWAN und Mobilfunk-IoT, schließen. Ihr Haustier könnte zum Beispiel mit einem Bluetooth-LE-Tracker ausgestattet sein, der es einfach macht, es zu finden, wenn es im Garten bleibt, aber den Kontakt verliert, wenn es beschließt, dass die andere Seite des Zauns nach Spaß aussieht. Mit Sidewalk würde Ihr Haustier auch weiterhin auf der Straße und um die Ecke herum geortet werden können.

Das Gemeinschaftsnetzwerk Amazon Sidewalk wird immer aktiv sein und von Millionen Sidewalk-fähiger Geräte unterstützt, die sich bereits in Haushalten und Geschäftsgebäuden befinden. Beispiele dafür sind die intelligenten Echo-Lautsprecher und die Ring-Sicherheitskameras des Unternehmens. Aufgrund dieser weit verbreiteten Infrastruktur besteht kaum Bedarf an zusätzlicher Infrastruktur zur Unterstützung der neuen Technologie. Nach Angaben des Unternehmens deckt Sidewalk bereits über 90 % der US-Bevölkerung ab.

Die Technologie kombiniert Bluetooth LE für die Kommunikation zwischen nahe gelegenen Objekten mit Sub-GHz-Funk für eine kontinuierliche Kommunikation über größere Entfernungen. Intelligente Geräte in der Nachbarschaft, wie Amazon Echo, Dot und Ring, fungieren als „Sidewalk-Bridges“ innerhalb des Netzwerks. Die Produkte reservieren einen kleinen Teil der Internet-Bandbreite (bis zu maximal 80 Kbit/s) für den Gateway-Betrieb. Mit den Ressourcen des Gateways kann jedes Sidewalk-Produkt eine Verbindung zu Amazon Web Services (AWS) in der Cloud herstellen, um Informationen über das Gerät, wie z. B. seinen Standort, zu erhalten. Laut Amazon ist Sidewalk mit mehreren Datenschutz- und Sicherheitsebenen ausgestattet. Besitzer einer Sidewalk-Brücke erhalten also keine Informationen über Geräte, die anderen mit Sidewalk verbundenen Personen gehören (Abbildung 2).

Abbildung 2: Intelligente Geräte wie der Amazon Ring fungieren als Sidewalk-Bridges. Sidewalk-Bridges reservieren einen kleinen Teil der Internet-Bandbreite für den Gateway-Betrieb. (Bildquelle: Amazon)

Erste Schritte mit Sidewalk

Amazon Sidewalk verwendet drei Funktechnologien zum Aufbau seines Gemeinschaftsnetzwerks: Bluetooth LE für die Gerätebereitstellung und die Verbindung zu Bluetooth-Geräten in der Nähe, Sub-GHz-Frequenzumtastung (FSK) für die Vernetzung bis zu einer Meile (1,6 km) und ein proprietäres Chirp-Spreizspektrum(CSS)-Funkgerät für eine noch größere Reichweite (mehrere Kilometer). Sidewalk-Produkte umfassen in der Regel einen Bluetooth-LE-Funkbaustein und eine weitere Funkkomponente, das eines der Langstreckenprotokolle FSK oder CSS unterstützt.

Die Verwendung von drei Funkmodulen mag etwas imposant klingen, wenn Sie neu in der Sidewalk-Entwicklung und HF im Allgemeinen sind, aber keine Sorge. Es gibt einige gute integrierte Entwicklungswerkzeuge, die Ihnen den Einstieg erleichtern. Silicon Labs verfügt beispielsweise über eine zertifizierte Lösung, die das Amazon Sidewalk SDK, Funk- und Sicherheitskomponenten sowie Entwicklungskits und -tools umfasst.

Die Hardware basiert auf dem Pro-Kit KG100S-PK6130A für Amazon Sidewalk. Es besteht aus einer Hauptplatine mit einem SEGGER-J-Link-Debugger mit Packet Trace Interface (PTI) und einem virtuellen COM-Port. Diese ermöglichen die Anwendungsentwicklung und das Debugging der angeschlossenen Funkkarten sowie externer Hardware über eine Erweiterungs-Steckleiste. Der Bausatz enthält zudem eine 915-Megahertz(MHz)-Antenne.

Das Pro-Kit kann mit zwei steckbaren Funkkarten verwendet werden: der xG24-RB4187C und der KG100S-RB4332A. Die erste basiert auf dem EFR32MG24-Transceiver von Silicon Labs, der Bluetooth 5.3 und andere 2,4-GHz-Protokolle unterstützt. Die letztgenannte Funkkarte verwendet den KG100S-Transceiver von Quectel, der ein Bluetooth-LE-Funkmodul mit einem Langstrecken-Sub-1-GHz (915 Megahertz (MHz)) FSK- und CSS-Transceiver kombiniert. Der KG100S enthält einen integrierten Mikrocontroller EFR32BG21B von Silicon Labs (Abbildung 3).

Abbildung 3: Das Pro-Kit, hier mit einem KG100S-Funkmodul, erleichtert den Einstieg in Projekte mit Amazon Sidewalk. (Bildquelle: Silicon Labs)

Der Einstieg in die Entwicklung mit dem Pro-Kit ist so einfach wie das Herunterladen und Installieren der integrierten Entwicklungsumgebung (IDE) Simplicity Studio Version 5 von Silicon Labs, das Einstecken des Pro-Kits und das Herunterladen des Amazon Sidewalk SDK über die IDE. Von dort aus können Sie mit vorkompilierten Demos, Anwendungshinweisen und Beispielen schnell loslegen. Simplicity Studio enthält darüber hinaus weitere moderne Werkzeuge, wie z. B. die Energieprofilerstellung. Mit diesem Tool können Sie den Betrieb des Mikrocontrollers optimieren und den Stromverbrauch des Endprodukts niedrig halten.

Fazit

Für den US-Markt ist Amazon Sidewalk eine großartige Technologie, die komplementäre Funktechnologien zu einer eleganten Community-Netzwerklösung zusammenführt, die sich die bereits vorhandene Infrastruktur zunutze macht, nämlich die Smart-Home-Geräte von Amazon. Obwohl die Technologie mehrere Funkmodule verwendet, wird die Produktentwicklung durch Entwicklungswerkzeuge wie das Pro-Kit von Silicon Labs wesentlich erleichtert. Wählen Sie ein Funkmodul, verbinden Sie das Entwicklungskit mit der IDE des Unternehmens und laden Sie einige vorkompilierte Codes herunter, und Sie können innerhalb von Minuten eine Demo in Betrieb nehmen.