Utiliser un SiP cellulaire et GPS pour la mise en œuvre rapide du suivi des actifs pour l'agriculture et les villes intelligentes

Les concepteurs Internet des objets (IoT) et de dispositifs et systèmes de suivi des actifs pour l'industrie, l'agriculture et les villes intelligentes doivent pouvoir communiquer sur de longues distances avec une consommation minimale pendant de longues périodes. Les technologies sans fil telles que les étiquettes RFID, Bluetooth et Wi-Fi sont déjà largement utilisées pour les solutions de suivi des actifs, mais elles ont une portée limitée et consomment trop d'énergie. Ce qu'il faut, c'est une combinaison de GPS et une adaptation des infrastructures telles que les réseaux cellulaires qui sont déjà largement déployés et qui sont conçus pour des communications à portées plus longues que celles disponibles avec le Wi-Fi ou le Bluetooth.

Les réseaux cellulaires basés sur la technologie LTE ont été conçus à l'origine pour la connectivité sans fil à large bande passante pour les produits et les dispositifs mobiles. Les applications IoT, en revanche, peuvent être réalisées en utilisant des technologies cellulaires à bande étroite à plus basse consommation, telles que LTE-M (Long-Term Evolution for Machines) et NB-IoT (Narrowband IoT). Néanmoins, la conception RF/sans fil est difficile, et les développeurs insuffisamment expérimentés, notamment en matière de technologies cellulaires, ont beaucoup de mal à mettre en œuvre une conception fonctionnelle qui optimise les performances sans fil et la consommation d'énergie, tout en respectant les directives réglementaires internationales pour les services de positionnement cellulaire et GPS, ainsi que les exigences spécifiques des opérateurs.

Cet article décrit les tendances et les exigences de conception pour le suivi des actifs. Il présente ensuite une solution de système en boîtier (SiP) GPS et cellulaire à bande étroite de Nordic Semiconductor et montre comment elle peut simplifier considérablement l'implémentation de dispositifs cellulaires compatibles GPS pour le suivi des actifs et d'autres applications IoT agricoles et de villes intelligentes.

Pourquoi le suivi des actifs est de plus en plus important

La capacité à expédier efficacement les produits est vitale pour le commerce : on estime qu'Amazon à elle seule a expédié environ cinq milliards de colis en 2019, dépensant près de 38 milliards de dollars en frais d'expédition — soit une augmentation de 37 % par rapport à 2018. Pour toute compagnie de transport, les retards, les dommages et les vols font peser une lourde charge sur les fabricants, les distributeurs et les clients. Pour Amazon, près d'un quart des colis expédiés ont été retournés, 21 % parce que le client a reçu un colis endommagé.

Amazon n'est pas la seule entreprise à consacrer une part importante de son budget au transport. Selon le rapport 2020 du CSCMP (Council of Supply Chain Management Professionals) sur l'état de la logistique, les entreprises ont dépensé près de 1700 milliards de dollars en frais d'expédition en 2019 — une dépense qui représente 7,6 % du produit national brut (PNB) américain. À ces niveaux, la capacité à suivre les colis et identifier les retards et les cas de dommages peut fournir un avantage significatif aux fournisseurs et aux acheteurs pour résoudre les problèmes d'expédition.

Outre le suivi des colis tout au long de la chaîne d'approvisionnement, la plupart des entreprises ont besoin de meilleures méthodes pour suivre leurs propres actifs et localiser les articles égarés. Pourtant, la moitié des entreprises enregistrent encore manuellement leurs actifs, et parmi celles-ci, beaucoup comptent sur leurs employés pour fouiller les entrepôts, les usines et les lieux physiques pour trouver les actifs manquants.

Comparaison des technologies de connectivité pour le suivi des actifs

Bien que plusieurs solutions aient émergé pour aider à automatiser le suivi des actifs, les technologies sous-jacentes ont une zone de couverture limitée, sont coûteuses à l'unité ou ont des besoins en énergie élevés. Ce dernier point est critique car les dispositifs IoT à distance et de suivi des actifs sont des dispositifs alimentés par batterie.

Les méthodes de suivi conventionnelles basées sur l'identification par radiofréquence (RFID) passive ne peuvent pas fournir de données en temps réel pendant le transport et exigent que les colis passent par un point de contrôle physique pour détecter l'étiquette RFID attachée à un colis. Les étiquettes RFID actives fonctionnant sur batterie sont capables de fournir des données de localisation en temps réel, mais elles nécessitent une infrastructure supplémentaire et leur couverture reste limitée.

Par rapport aux étiquettes RFID, les technologies Bluetooth Low Energy (BLE) et Wi-Fi offrent une portée de plus en plus étendue dans une zone de couverture équipée de dispositifs de suivi fixes pour chaque technologie. S'appuyant sur un riche écosystème de dispositifs et de logiciels, le BLE et le Wi-Fi sont déjà appliqués dans des applications de localisation telles que le traçage des contacts COVID-19 et les services de localisation en temps réel (RTLS) classiques, respectivement. Grâce aux fonctions de radiogoniométrie du Bluetooth 5.1, la position d'une balise peut être calculée avec précision sur la base des données d'angle d'arrivée (AoA) et d'angle de départ (AoD) (Figure 1).

Figure 1 : Les capacités avancées de radiogoniométrie du Bluetooth permettent de localiser avec précision une étiquette dans un espace tridimensionnel. (Source de l'image : Nordic Semiconductor)

Alors que les applications BLE restent limitées aux applications à courte portée, la portée plus étendue du Wi-Fi peut le rendre efficace pour les applications de suivi des actifs dans un entrepôt ou un campus d'entreprise. Cependant, les balises RTLS Wi-Fi sont généralement des dispositifs onéreux avec des besoins en énergie qui rendent l'utilisation de batterie peu pratique, ce qui limite leur utilisation au suivi d'actifs plus importants et coûteux. Dans le même temps, les déploiements à grande échelle utilisant l'une ou l'autre de ces technologies peuvent souffrir d'un bruit croissant dans leur bande passante de réception, entraînant la perte ou la corruption de paquets et la dégradation des capacités de détection de la localisation.

Malgré leur utilisation potentielle pour le suivi local des actifs, ni la RFID, ni le BLE, ni le Wi-Fi ne peuvent fournir la couverture requise pour suivre facilement un actif une fois qu'il a quitté l'entrepôt ou le campus de l'entreprise. La capacité à suivre un colis ou un équipement à l'échelle régionale ou même mondiale dépend de la disponibilité d'une technologie sans fil capable d'atteindre à la fois une portée étendue et un fonctionnement basse consommation.

Les alternatives basées sur les technologies ultralarge bande (UWB) basse consommation peuvent atteindre une portée significative, mais la couverture réseau reste limitée. En fait, peu d'alternatives peuvent fournir le type de couverture mondiale déjà disponible avec les solutions cellulaires de réseau étendu basse consommation (LPWAN) basées sur les normes technologiques LPWAN définies par le 3GPP (3rd Generation Partnership Project) — le consortium international qui définit les normes de communications mobiles.

Atteindre une portée mondiale grâce à la connectivité cellulaire

Parmi les normes du 3GPP, celles basées sur les technologies LTE-M et NB-IoT sont conçues spécifiquement pour fournir un protocole cellulaire relativement léger, bien adapté aux exigences de l'IoT en matière de débit de données, de largeur de bande et de consommation d'énergie.

Définie dans la version 13 du 3GPP, la norme LTE Cat M1 est une norme LTE-M qui prend en charge 1 mégabit par seconde (Mb/s) pour les transferts en liaison descendante et en liaison montante avec une latence de 10 à 15 millisecondes (ms) et une largeur de bande de 1,4 mégahertz (MHz). Également définie dans la version 13 du 3GPP, la norme Cat-NB1 est une norme NB-IoT qui offre une liaison descendante de 26 kilobits par seconde (Kb/s) et une liaison montante de 66 Kb/s avec une latence de 1,6 à 10 secondes et une bande passante de 180 kilohertz (kHz). Définie dans la version 14 du 3GPP, une autre norme NB-IoT, Cat-NB2, offre des débits de données plus élevés à 127 Kb/s en liaison descendante et 159 Kb/s en liaison montante.

Bien que les caractéristiques spécifiques de ces deux grandes catégories de technologie LPWAN dépassent largement le cadre de ce bref article, elles peuvent toutes les deux être utilisées efficacement pour des applications de suivi des actifs typiques. Combinées à des capteurs et à des capacités de système de positionnement mondial (GPS) dans des ensembles compacts, les solutions de suivi des actifs basées sur les réseaux LPWAN cellulaires LTE-M ou NB-IoT peuvent prendre en charge le type de capacités requises pour la gestion des actifs et la logistique de bout en bout.

Étant donné le potentiel du LPWAN à offrir une plus grande efficacité et des économies de coûts, le LPWAN cellulaire continue à jouer un rôle plus important dans la logistique. Grâce à la disponibilité du SiP nRF9160 de Nordic Semiconductor, les développeurs peuvent répondre plus rapidement et plus facilement à la demande croissante en matière de dispositifs basés LPWAN requis pour un suivi plus efficace des actifs ou d'autres applications IoT.

Comment un dispositif SiP peut fournir une solution directe de suivi des actifs

Le dispositif SiP basse consommation nRF9160 de Nordic Semiconductor combine un système sur puce (SoC) nRF91 de Nordic Semiconductor avec des circuits de support pour fournir une solution de connectivité LPWAN complète dans un seul boîtier LGA de 10 millimètres (mm) x 16 mm x 1,04 mm. Outre un microcontrôleur Arm® Cortex®-M33 dédié au traitement des applications, les variantes SoC nRF91 intègrent un modem LTE-M dans le SiP NRF9160-SIAA, un modem NB-IoT dans le SiP NRF9160-SIBA, et LTE-M, NB-IoT et GPS dans le SiP NRF9160-SICA. De plus, le SiP nRF9160 est pré-certifié pour répondre aux exigences mondiales, régionales et des opérateurs cellulaires, ce qui permet aux développeurs de mettre en œuvre rapidement des solutions de connectivité cellulaire sans les retards généralement associés aux tests de conformité.

Toutes les versions SiP combinent le modem et le processeur d'application basé sur microcontrôleur avec un ensemble complet de périphériques, y compris un convertisseur analogique-numérique (CAN) 12 bits souvent nécessaire dans la conception de capteurs. Le SiP intègre en outre le SoC avec un circuit d'entrée RF, un circuit intégré de gestion de l'alimentation (PMIC) et des composants supplémentaires pour créer une solution directe pour la connectivité LPWAN (Figure 2).

Figure 2 : Le SiP nRF9160 de Nordic Semiconductor combine un SoC avec un processeur d'application et un modem LTE avec d'autres composants nécessaires pour implémenter une conception basse consommation compacte basée sur la technologie cellulaire pour le suivi des actifs ou d'autres applications IoT. (Source de l'image : Nordic Semiconductor)

Faisant office de processeur hôte, le microcontrôleur du SoC intègre un certain nombre de capacités de sécurité conçues pour répondre à la demande croissante en matière de sécurité dans les dispositifs connectés, y compris les dispositifs IoT et les systèmes de suivi des actifs. S'appuyant sur l'architecture Arm TrustZone, le microcontrôleur embarque un bloc de sécurité Arm Cryptocell, qui combine un accélérateur de cryptographie à clé publique et des mécanismes conçus pour protéger les données sensibles. De plus, une unité de gestion des clés (KMU) sécurisée fournit le stockage sécurisé pour plusieurs types de données secrètes, y compris les paires de clés, les clés symétriques, les hachages et les données privées. Une unité de protection système (SPU) séparée fournit également un accès sécurisé aux mémoires, aux périphériques, aux broches des dispositifs et à d'autres ressources.

En fonctionnement, le microcontrôleur du SoC agit en tant qu'hôte, exécutant le logiciel d'application et démarrant et arrêtant le modem. En plus de répondre aux commandes de démarrage et d'arrêt de l'hôte, le modem gère ses propres opérations en utilisant son vaste ensemble de blocs intégrés, notamment un processeur dédié, un émetteur-récepteur RF et la bande de base du modem. Grâce à son micrologiciel embarqué, le modem prend entièrement en charge la version 13 Cat-M1 et Cat-NB1 3GPP LTE. La version 14 Cat-NB2 est prise en charge dans le matériel mais nécessite un micrologiciel supplémentaire pour fonctionner.

Comment le SiP nRF9160 permet une connectivité cellulaire basse consommation

Le SiP nRF9160 combine ses nombreuses fonctionnalités matérielles avec un ensemble complet de fonctions de gestion de l'alimentation. Son PMIC inclus est pris en charge par une unité de gestion de l'alimentation (PMU) qui surveille la consommation d'énergie et démarre et arrête automatiquement les horloges et les régulateurs d'alimentation pour atteindre la consommation d'énergie la plus basse possible (Figure 3).

Figure 3 : Le SiP nRF9160 inclut une unité PMU qui contrôle automatiquement les horloges et les régulateurs d'alimentation pour optimiser la consommation d'énergie. (Source de l'image : Nordic Semiconductor)

En plus d'un mode d'alimentation System OFF, qui ne maintient l'alimentation que pour les circuits nécessaires à l'activation du dispositif, l'unité PMU prend en charge deux sous-modes d'alimentation System ON. Après la réinitialisation à la mise sous tension (POR), le dispositif est en sous-mode basse consommation, ce qui place les blocs fonctionnels, y compris le processeur d'application, le modem et les périphériques, dans un état de repos. Dans cet état, l'unité PMU démarre et arrête automatiquement les horloges et les régulateurs de tension des différents blocs selon les besoins.

Les développeurs peuvent ignorer le sous-mode basse consommation par défaut, et passer plutôt à un sous-mode de latence constante. En sous-mode de latence constante, l'unité PMU maintient l'alimentation de certaines ressources, et échange une augmentation incrémentielle de la consommation d'énergie contre la capacité de fournir une latence de réponse prévisible. Les développeurs peuvent invoquer un troisième mode d'alimentation en utilisant la broche d'activation externe, qui met l'ensemble du système hors tension. Cette capacité est généralement exploitée dans une conception de système qui utilise le SiP nRF9160 comme coprocesseur de communication contrôlé par le processeur principal du système hôte.

Ces fonctions d'optimisation de l'alimentation permettent au SiP d'atteindre le type de fonctionnement basse consommation requis pour garantir une autonomie batterie étendue dans un dispositif de suivi des actifs. Par exemple, avec le microcontrôleur à l'état de repos et le modem éteint, le SiP ne consomme que 2,2 microampères (μA) avec le compteur en temps réel actif. Lorsque le microcontrôleur et le modem sont tous les deux hors tension et que l'alimentation n'est maintenue que sur le circuit d'activation basé sur les entrées/sorties à usage général (GPIO), le SiP ne consomme que 1,4 μA.

Le SiP continue de fonctionner à basse consommation tout en exécutant diverses charges de traitement. Par exemple, l'exécution du benchmark CoreMark avec une horloge de 64 MHz ne nécessite qu'environ 2,2 milliampères (mA). Bien sûr, plus le nombre de périphériques est élevé, plus la consommation augmente en conséquence. Néanmoins, de nombreuses applications de surveillance basées sur des capteurs peuvent souvent fonctionner efficacement à des taux de fonctionnement réduits qui permettent de maintenir un fonctionnement basse consommation. Par exemple, la consommation de courant pour le CAN à registre d'approximations successives (SAR) différentiel intégré tombe de 1288 mA à moins de 298 mA lors du passage d'une horloge haute précision à une horloge basse précision pour l'échantillonnage à 16 kilo-échantillons par seconde (Kéch./s).

Le dispositif utilise également d'autres fonctions d'optimisation de l'alimentation pour ses autres blocs fonctionnels, dont le GPS. En mode de fonctionnement normal, le suivi continu avec le GPS consomme environ 44,9 mA. En activant le mode d'économie d'énergie du GPS, la consommation de courant pour le suivi continu tombe à 9,6 mA. En réduisant la fréquence d'échantillonnage du GPS de continue à environ toutes les deux minutes, les développeurs peuvent réduire considérablement la consommation. Par exemple, le module GPS ne consomme que 2,5 mA lorsqu'il effectue une localisation GPS isolée toutes les deux minutes.

La prise en charge d'autres modes de fonctionnement d'économie d'énergie du dispositif s'étend également au modem du SiP nRF9160. Grâce à ce dispositif, les développeurs peuvent activer les fonctions du modem prenant en charge des protocoles cellulaires spéciaux, conçus spécialement pour réduire la consommation d'énergie dans les dispositifs connectés alimentés par batterie.

Utilisation de protocoles cellulaires basse consommation

Comme pour tout dispositif sans fil, c'est généralement le sous-système radio qui contribue le plus à la consommation d'énergie, avec le processeur hôte. Les sous-systèmes radio cellulaires conventionnels tirent parti des protocoles d'économie d'énergie intégrés dans la norme cellulaire. Les smartphones et autres dispositifs mobiles utilisent généralement une fonction appelée réception discontinue (DRX), qui permet au dispositif d'éteindre son récepteur radio pendant une période de temps prise en charge par le réseau de l'opérateur.

De même, le protocole de réception discontinue étendue (eDRX) permet aux dispositifs basse consommation, tels que les dispositifs de suivi des actifs ou d'autres dispositifs IoT fonctionnant sur batterie, de spécifier la durée de veille avant de se reconnecter au réseau. En permettant le fonctionnement eDRX, un dispositif LTE-M peut être en veille pendant environ 43 minutes et un dispositif NB-IoT pendant environ 174 minutes, ce qui étend considérablement la durée de vie de la batterie (Figure 4).

Figure 4 : Le modem du SiP nRF9160 prend en charge la réception discontinue étendue, ce qui permet aux dispositifs de réaliser des économies d'énergie considérables en se désactivant pendant une période de temps négociée avec le réseau cellulaire. (Source de l'image : Nordic Semiconductor)

Un autre mode de fonctionnement cellulaire, appelé mode d'économie d'énergie (PSM), permet aux dispositifs de rester enregistrés auprès du réseau cellulaire même lorsqu'ils sont en mode veille et inaccessibles par le réseau. Normalement, si un réseau cellulaire est incapable d'atteindre un dispositif dans un certain délai, il met fin à la connexion avec le dispositif et exige que celui-ci exécute une procédure de reconnexion qui consomme une quantité d'énergie incrémentielle. Lors du fonctionnement à long terme d'un dispositif alimenté par batterie, cette petite consommation d'énergie répétée peut épuiser ou réduire considérablement la charge de la batterie.

Un dispositif permet le mode PSM en fournissant au réseau un ensemble de valeurs de temporisateur qui indiquent quand il sera périodiquement disponible et combien de temps il restera accessible avant de repasser en mode veille (Figure 5).

Figure 5 : Le protocole PSM cellulaire permet aux dispositifs de tirer parti des modes de veille basse consommation sans avoir à supporter les coûts d'alimentation liés à la reconnexion en négociant des périodes spécifiques pendant lesquelles ils ne sont pas accessibles. (Source de l'image : Nordic Semiconductor)

En raison de la négociation PSM, le réseau porteur ne déconnecte pas le dispositif. En fait, le dispositif peut s'activer à tout moment et reprendre les communications. L'avantage est qu'il utilise son mode veille basse consommation lorsqu'il n'a rien à communiquer, sans perdre sa capacité à s'activer lorsque cela est nécessaire et à communiquer instantanément.

Le SiP nRF9160 prend en charge à la fois les modes eDRX et PSM, ce qui permet au dispositif de continuer à fonctionner avec une consommation d'énergie minimale. Lorsqu'il est inaccessible avec le mode PSM, le dispositif ne consomme que 2,7 μA. eDRX n'utilise qu'un peu plus de courant, consommant 18 μA en fonctionnement Cat-M1 ou 37 μA en fonctionnement Cat-NB1 tout en utilisant des cycles de 82,91 secondes.

Développer des solutions de suivi des actifs basse consommation

La mise en œuvre de la conception matérielle d'un dispositif de suivi des actifs basé sur le SiP nRF9160 ne requiert que peu de composants supplémentaires, hormis les composants de découplage, les antennes et les composants nécessaires aux réseaux d'adaptation distincts pour les antennes GPS et LTE (Figure 6).

Figure 6 : Avec le SiP nRF9160 de Nordic Semiconductor, les développeurs n'ont besoin que de quelques composants supplémentaires pour implémenter la conception matérielle d'un dispositif complet de suivi des actifs ou d'un autre dispositif IoT basé sur la technologie cellulaire. (Source de l'image : Nordic Semiconductor)

Les développeurs peuvent facilement combiner le SiP nRF9160 avec un dispositif Bluetooth tel que le microcontrôleur sans fil Bluetooth NRF52840 de Nordic Semiconductor et des capteurs, pour mettre en œuvre un dispositif sophistiqué de suivi des actifs cellulaire compatible GPS basé sur des capteurs, permettant aux utilisateurs d'accéder aux données via leurs smartphones et d'autres dispositifs mobiles compatibles Bluetooth.

Nordic Semiconductor aide en outre les développeurs à évaluer rapidement les conceptions cellulaires grâce à deux kits de développement. Pour le prototypage rapide d'applications de suivi des actifs basées sur des capteurs, le kit de développement IoT cellulaire NRF6943 THINGY:91 de Nordic Semiconductor fournit un système complet de capteurs alimentés par batterie qui connecte le SiP nRF9160 à un dispositif Bluetooth NRF52840, de multiples capteurs, des composants d'interface utilisateur de base, une batterie rechargeable de 1400 milliampères-heure (mAh) et une carte SIM pour permettre une connectivité cellulaire immédiate (Figure 7).

Figure 7 : Le kit de développement IoT cellulaire NRF6943 THINGY:91 de Nordic Semiconductor fournit une plateforme complète pour le prototypage rapide d'applications basées sur des capteurs avec une connectivité cellulaire et Bluetooth. (Source de l'image : Nordic Semiconductor)

Pour le développement personnalisé, le kit NRF9160-DK de Nordic Semiconductor sert de plateforme de développement immédiate et de référence pour les nouvelles conceptions. Bien qu'il n'inclut pas de capteurs comme le THINGY:91, le kit NRF9160-DK combine un SiP nRF9160 avec un dispositif Bluetooth NRF52840, et contient une carte SIM ainsi que plusieurs connecteurs y compris une interface de débogage SEGGER J-Link (Figure 8).

Figure 8 : Le kit NRF9160-DK de Nordic Semiconductor offre une plateforme de développement complète pour la mise en œuvre d'applications cellulaires personnalisées pour le suivi des actifs et d'autres solutions IoT. (Source de l'image : Nordic Semiconductor)

Pour le développement logiciel d'une application de suivi des actifs, Nordic inclut une application de suivi des actifs nRF9160 complète avec son kit de développement logiciel (SDK) nRF Connect. Le SDK combine la bibliothèque logicielle nrfxlib de Nordic pour ses SoC, un « fork » de Nordic du système d'exploitation en temps réel (RTOS) Zephyr Project pour les dispositifs à ressources limitées, et un fork de Nordic du chargeur d'amorçage sécurisé du projet MCUboot.

Les kits THINGY:91 et NRF9160-DK sont fournis pré-chargés avec l'application de suivi des actifs conçue pour se connecter à la plateforme IoT nRF Cloud propriétaire de Nordic. En utilisant les paramètres pré-configurés avec l'un ou l'autre des kits, les développeurs peuvent immédiatement commencer à évaluer le suivi des actifs basé sur la technologie cellulaire et à prototyper leurs propres applications.

En plus du micrologiciel pré-chargé, Nordic fournit le code source complet pour l'application de suivi des actifs. En examinant ce code, les développeurs peuvent acquérir une meilleure compréhension des capacités du SiP NRF9160 et de son utilisation pour la prise en charge de la localisation GPS et de la connectivité LTE-M/NB-IoT dans une application de suivi des actifs.

La routine principale dans ce logiciel d'exemple illustre les modèles de conception de base pour l'implémentation d'une application personnalisée de suivi des actifs. Lorsqu'elle est lancée, la routine principale invoque une série de routines d'initialisation. Parmi ces routines, une routine d'initialisation configure le modem et établit la connexion LTE en envoyant une série de chaînes d'attention (AT) pour définir les paramètres de connexion et invoquer la fonctionnalité intégrée du modem pour se connecter au réseau porteur. Une autre routine d'initialisation, work_init, initialise un ensemble de files d'attente de travail Zephyr RTOS, y compris celles pour les boutons des capteurs, du GPS et de la carte de développement (Liste 1).

Copier
static void work_init(void)
{
       k_work_init(&sensors_start_work, sensors_start_work_fn);
       k_work_init(&send_gps_data_work, send_gps_data_work_fn);
       k_work_init(&send_button_data_work, send_button_data_work_fn);
       k_work_init(&send_modem_at_cmd_work, send_modem_at_cmd_work_fn);
       k_delayed_work_init(&send_agps_request_work, send_agps_request);
       k_delayed_work_init(&long_press_button_work, long_press_handler);
       k_delayed_work_init(&cloud_reboot_work, cloud_reboot_handler);
       k_delayed_work_init(&cycle_cloud_connection_work,
                         cycle_cloud_connection);
       k_delayed_work_init(&device_config_work, device_config_send);
       k_delayed_work_init(&cloud_connect_work, cloud_connect_work_fn);
       k_work_init(&device_status_work, device_status_send);
       k_work_init(&motion_data_send_work, motion_data_send);
       k_work_init(&no_sim_go_offline_work, no_sim_go_offline);
#if CONFIG_MODEM_INFO
       k_delayed_work_init(&rsrp_work, modem_rsrp_data_send);
#endif /* CONFIG_MODEM_INFO */
}

Liste 1 : L'application d'exemple du dispositif de suivi des actifs de Nordic s'appuie sur les utilitaires Zephyr RTOS pour la gestion des files d'attente afin de créer une série de files d'attente avec des routines de rappel associées pour traiter diverses tâches telles que l'acquisition des données de capteurs et la transmission vers le cloud. (Source du code : Nordic Semiconductor)

Au cours de cette phase d'initialisation, les fonctions associées à chaque invocation d'initialisation de la file d'attente de travail effectuent leurs propres tâches d'initialisation spécifiques, y compris celles nécessaires pour effectuer les mises à jour requises. Par exemple, la fonction sensors_start_work_fn appelée par work_init définit un mécanisme d'interrogation qui peut périodiquement invoquer une fonction, env_data_send, qui envoie les données des capteurs dans le cloud (Liste 2).

Copier
static void env_data_send(void)
{
[code deleted]
       if (env_sensors_get_temperature(&env_data) == 0) {
              if (cloud_is_send_allowed(CLOUD_CHANNEL_TEMP, env_data.value) &&
                  cloud_encode_env_sensors_data(&env_data, &msg) == 0) {
                     err = cloud_send(cloud_backend, &msg);
                     cloud_release_data(&msg);
                     if (err) {
                           goto error;
                     }
              }
       }
 
       if (env_sensors_get_humidity(&env_data) == 0) {
              if (cloud_is_send_allowed(CLOUD_CHANNEL_HUMID,
                                    env_data.value) &&
                  cloud_encode_env_sensors_data(&env_data, &msg) == 0) {
                     err = cloud_send(cloud_backend, &msg);
                     cloud_release_data(&msg);
                     if (err) {
                           goto error;
                     }
              }
       }
[code deleted]

Liste 2 : L'application d'exemple de dispositif de suivi des actifs de Nordic démontre le modèle de conception de base pour la transmission de données, y compris les données des capteurs, comme illustré dans cet extrait de code. (Source du code : Nordic Semiconductor)

Lorsque l'application d'exemple du dispositif de suivi des actifs est exécutée sur le kit de développement IoT cellulaire NRF6943 THINGY:91 de Nordic Semiconductor, l'application envoie les données réelles des capteurs embarqués du THINGY:91. Lorsqu'elle est exécutée sur le kit de développement NRF9160-DK de Nordic Semiconductor, elle envoie des données simulées en utilisant une routine de simulateur de capteur incluse dans le SDK. Les développeurs peuvent facilement étendre ce progiciel pour mettre en œuvre leurs propres applications de suivi des actifs ou utiliser ses exemples de code pour implémenter leur propre architecture d'application.

Conclusion

En utilisant les méthodes conventionnelles, la capacité à suivre des colis de valeur ou à localiser des actifs de grande valeur dans des environnements agricoles ou des villes intelligentes a été limitée aux technologies sans fil telles que les étiquettes RFID, Bluetooth et Wi-Fi. Les concepteurs ont besoin d'une plus grande portée et d'informations de localisation plus précises sur des périodes de temps plus longues. Les normes cellulaires LTE basse consommation comme LTE-M ou NB-IoT combinées avec un GPS peuvent répondre à ces exigences, mais leur mise en œuvre peut s'avérer difficile en raison de la complexité et des particularités de la conception RF.

Comme illustré, un SiP de Nordic Semiconductor offre une solution quasi directe pour le suivi des actifs longue portée et basse consommation. Grâce à ce SiP pré-certifié et aux kits de développement, les développeurs peuvent rapidement évaluer la connectivité cellulaire, prototyper des applications de suivi des actifs compatibles GPS basées sur la technologie cellulaire et construire des dispositifs de suivi des actifs personnalisés qui tirent pleinement parti de la portée étendue et des exigences basse consommation de la connectivité cellulaire LTE-M et NB-IoT.