Il kit Pro di Silicon Labs accelera la progettazione di prodotti per Amazon Sidewalk

Internet delle cose (IoT) è supportata da numerosi protocolli wireless. Questo perché nessuna tecnologia può essere adatta a tutte le applicazioni, per cui ogni radio comporta un compromesso tra portata, velocità di trasmissione e consumo energetico.

I segnali a più alta frequenza trasportano più bit di dati al secondo, aumentando la velocità di trasmissione, ma tendono a essere assorbiti più facilmente dagli oggetti di uso comune e sono soggetti a una maggiore attenuazione, compromettendo così la portata. Ad esempio, Bluetooth Low Energy (LE) opera nella banda dei 2,4 GHz e offre un throughput di dati grezzi fino a 2 Mbps, con una portata di circa 100 metri all'aperto. A titolo di confronto, le tecnologie sub-GHz utilizzano trasmissioni a banda stretta con una portata fino a 1 km, ma con un throughput di poche centinaia di kbps.

Sebbene il Wi-Fi utilizzi la stessa banda di frequenza a 2,4 GHz di Bluetooth LE (nonostante operi anche nella banda a 5 GHz), tecniche di modulazione più sofisticate gli consentono di offrire un throughput molto più elevato, fino a diverse centinaia di Mbps. Per quanto riguarda l'alimentazione, Bluetooth LE può funzionare per mesi con piccole batterie, come quelle a bottone, mentre il Wi-Fi richiede in genere l'alimentazione di rete o batterie ricaricabili relativamente ingombranti.

Questi compromessi possono rendere difficile scegliere la radio migliore per l'applicazione. E anche la soluzione più idonea potrebbe essere un compromesso. Ma perché scegliere una sola radio quando due, o addirittura tre, farebbero un lavoro migliore? Amazon Sidewalk utilizza più radio per realizzare una "rete di comunità". La rete collega in modo sicuro e gratuito i dispositivi consumer a Internet da quasi ogni luogo e si estende oltre l'abitazione fino al quartiere (Figura 1).

Figura 1: Amazon Sidewalk realizza una rete di comunità gratuita di dispositivi collegati a Internet. (Immagine per gentile concessione di Amazon Web Services).

Colmare le lacune della rete

Amazon Sidewalk è attualmente disponibile negli Stati Uniti. La tecnologia è progettata per colmare il divario tra le tecnologie wireless a corto raggio che servono la casa intelligente, come Bluetooth LE e Wi-Fi, e le reti WAN, come LoRaWAN e IoT su rete cellulare. Ad esempio, il vostro cagnolino potrebbe essere dotato di un localizzatore Bluetooth LE che consente di trovarlo facilmente se rimane in giardino ma perde il contatto se decide che saltare la recinzione è più divertente. Con Sidewalk, il vostro cagnolino continuerebbe a essere rintracciato lungo la strada e dietro l'angolo.

La rete di comunità Amazon Sidewalk sarà sempre attiva e supportata da milioni di dispositivi abilitati a Sidewalk già presenti nelle case e negli edifici commerciali. Ne sono un esempio gli altoparlanti intelligenti Echo dell'azienda e le telecamere di videosorveglianza Ring. Grazie a questa infrastruttura ampiamente diffusa, non c'è bisogno di ulteriori infrastrutture per supportare la recente tecnologia. L'azienda afferma che la copertura di Sidewalk si estende già a oltre il 90% della popolazione statunitense.

La tecnologia combina Bluetooth LE per la comunicazione tra oggetti vicini e radio sub-GHz per la continuità della comunicazione su distanze maggiori. I dispositivi intelligenti del quartiere, come Amazon Echo, Dot e Ring, fungono da "Sidewalk Bridge" all'interno della rete. I prodotti allocano una piccola quantità di larghezza di banda Internet (fino a un massimo di 80 Kbps) per il funzionamento del gateway. Utilizzando le risorse del gateway, qualsiasi prodotto Sidewalk può connettersi con Amazon Web Services (AWS) nel cloud per comunicare informazioni sul dispositivo, come la sua posizione. Amazon afferma che Sidewalk è progettato con più livelli di privacy e sicurezza. Per questo motivo, i proprietari di Sidewalk Bridge non ricevono alcuna informazione sui dispositivi di proprietà di altre persone collegate a Sidewalk (Figura 2).

Figura 2: Dispositivi intelligenti come Amazon Ring fungono da ponti Sidewalk. I ponti Sidewalk allocano una piccola quantità di larghezza di banda Internet per il funzionamento del gateway. (Immagine per gentile concessione di Amazon Web Services).

Introduzione a Sidewalk

Amazon Sidewalk utilizza tre radio per costruire la sua rete di comunità: Bluetooth LE per il provisioning dei dispositivi e la connessione ai dispositivi Bluetooth vicini, la modulazione digitale di frequenza (FSK) sub-GHz per la connettività fino a 1,6 km e una radio proprietaria a divisione di spettro chirp (CSS) per una portata ancora maggiore (diversi chilometri). I prodotti Sidewalk includono in genere una radio Bluetooth LE e un'altra radio che supporta uno dei protocolli a lungo raggio FSK o CSS.

L'uso di tre radio potrebbe sembrare un po' complicato, se non si conosce lo sviluppo di Sidewalk e la radiofrequenza in generale, ma non preoccupatevi. Esistono alcuni buoni strumenti di sviluppo integrati per aiutarvi a iniziare. Ad esempio, Silicon Labs ha una soluzione certificata che comprende l'SDK Amazon Sidewalk, l'hardware wireless, la sicurezza, i kit e gli strumenti di sviluppo.

L'hardware si basa sul kit KG100S-PK6130A Pro per Amazon Sidewalk. È costituito da una scheda principale con un debugger SEGGER J-Link con una Packet Trace Interface (PTI) e una porta COM virtuale. Questi componenti consentono lo sviluppo di applicazioni e il debug delle schede radio collegate, nonché dell'hardware esterno, tramite una basetta di espansione. Il kit comprende anche un'antenna a 915 MHz.

Il kit può essere utilizzato con due schede radio plug-in: xG24-RB4187C e KG100S-RB4332A. La prima è basata sul transceiver EFR32MG24 di Silicon Labs che supporta Bluetooth 5.3 e altri protocolli a 2,4 GHz. La seconda scheda radio utilizza il transceiver KG100S di Quectel che combina una radio Bluetooth LE con un transceiver FSK e CSS a lungo raggio Sub-1 GHz (915 MHz). KG100S include un microcontroller EFR32BG21B embedded di Silicon Labs (Figura 3).

Figura 3: Il kit Pro, mostrato qui con una scheda radio KG100S, semplifica l'avvio dei progetti Amazon Sidewalk. (Immagine per gentile concessione di Silicon Labs)

Per iniziare a sviluppare con il kit Pro è sufficiente scaricare e installare l'ambiente di sviluppo integrato (IDE) Simplicity Studio Version 5 di Silicon Labs, collegare il kit e utilizzare l'IDE per scaricare l'SDK Amazon Sidewalk. Su questa base è possibile diventare rapidamente operativi grazie a demo, note applicative ed esempi precompilati. Simplicity Studio include anche strumenti avanzati, come la profilatura energetica. Questo strumento aiuterà a ottimizzare il funzionamento del microcontroller e a mantenere basso il consumo energetico del prodotto finale.

Conclusione

Per il mercato statunitense, Amazon Sidewalk è una tecnologia interessante che riunisce tecnologie radio complementari in un'elegante soluzione di rete di comunità che sfrutta l'infrastruttura già esistente, cioè i dispositivi di domotica di Amazon. Anche se la tecnologia utilizza più radio, la realizzazione dei prodotti è resa molto più agevole grazie a strumenti di sviluppo come il kit Pro di Silicon Labs. Scegliere una scheda radio, collegare il kit di sviluppo all'IDE dell'azienda e scaricare il codice precompilato per realizzare una demo in pochi minuti.