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28. Oktober 2011

Der schnelle Weg zur M2M-Applikation

Beitrag aus openautomation 5/2011


Weltweit und branchenübergreifend werden immer mehr M2M-vernetzte Lösungen eingesetzt. Zunehmend basieren diese (auch) auf Embedded-Computer-Technologie. Um für OEM die Komplexität dieser Installationen zu reduzieren und den Start von Smart-Services auf Basis von Cloud-Computing zu erleichtern, arbeitet Kontron eng mit M2M-Spezialisten zusammen.

Der nordamerikanische Telekommunikationsspezialist AT&T geht davon aus, dass es bis 2015 weltweit ca. 50 Milliarden vernetzte Geräte geben wird. Diese Zahl wird von IBM-Spezialisten noch deutlich übertroffen. Ihre Prognose liegt bei rund 1 Billion vernetzten Geräten bis in vier Jahren. Doch egal, welchen Zahlen man Glauben schenkt, eines ist sicher: M2M ist ein boomender Milliardenmarkt, erst möglich durch zunehmend leistungsfähigere und kostengünstigere Bandbreiten der Telekommunikation. Dieser Trend konfrontiert OEM weltweit und industrieübergreifend mit neuen Möglichkeiten, aber auch neuen Herausforderungen.
Verbreitung fand der Begriff M2M-Kommunikation (Machine to Machine) vor mehr als zehn Jahren. Dabei konnten beispielsweise Kopierer schon deutlich früher Telefonverbindung aufbauen (damals allerdings noch analoge), um Zählerstände zu übermitteln. Heute oft als das Internet der Dinge (IOT) bezeichnet, erscheint der M2M-Markt sehr fragmentiert. So geht Intel davon aus, dass es momentan nur rund 100 Millionen echte M2M-Installationen gibt. Neue M2M-Applikationen gehen weit über die Nutzung als drahtlose Messdatensammler und Transmitter hinaus.


Anforderungen im Wandel
Bisherige Installationen waren gekennzeichnet durch ein dediziertes Design, zugeschnitten auf exakt eine Applikation mit spezifischer Datenstruktur, Konnektivität und Software. Der Datenverkehr lief meist nur in eine Richtung, hin zum Datenintegrationspunkt. Zukünftig werden neue, multifunktionale und standardbasierte M2M-Geräte die bisherigen pro­prie­tären Systeme ablösen. Diese werden in beide Richtungen kommunizieren können. Betriebsrelevante Daten sind damit direkt in die Geschäftsprozesse übertragbar, um die Prozesse weiter zu rationalisieren und reaktionsschneller zu gestalten. Zudem reduzieren standardbasierte Installationen auf Basis von x86er-Technologie die Abhängigkeit von einem einzelnen Hersteller, bieten mehr Intelligenz und ermöglichen auch einfacher zu skalierende Lösungen.


Ideales Klima für M2M
Diese Weiterentwicklung und flächendeckende Umsetzung von M2M-Services wird durch eine Reihe von Faktoren begünstigt. Erstens ermöglichen neue Abrechnungsmodelle der Netzbetreiber ökonomische Geschäftsmodelle für den M2M-Datenverkehr. Zweitens sinken die Kosten für 3G- und 4G-Modems. Und drittens steigt damit auch die Verfügbarkeit von kosteneffizienten, standardbasierten M2M-Systemen für Gateways oder auch für Mehrzwecksysteme, wie HMI, was die Lösungsentwicklung und Installation vereinfacht.
Darüber hinaus erleichtern auch neue Software für M2M-OEM die Entwicklung und Inbetriebnahme intelligenter M2M-Services. Sie sind mittlerweile in mehreren Applikationsfeldern erprobt und bieten jetzt noch umfangreichere Funktionalitäten, die eine hohe Weiterverwendung auch in anderen Applikationen ermöglicht. Da Software zumeist den größten Anteil der Applikationsentwicklung ausmacht, reduzieren sich dadurch die Kosten und die Entwicklungszeit für neue Installationen. Und nicht zuletzt können OEM die zunehmend umfassenden Angebote der Teleservice-Provider nutzen, um kosteneffiziente M2M-Lösungen über viele unterschiedliche vertikale Märkte hinweg anzubieten.


Neue M2M-Lösungen verlangen nach mehr
Erste M2M-Installationen mit x86er-Technologie waren bislang auf den Energiesektor mit Smart Metering ausgerichtet. Dies wurde auch durch die Europä­ische Kommission für Smart Grids und Smart-Metering-Technologie begünstigt. Die Anwendungsgebiete neuer M2M-Services erstrecken sich allerdings noch über andere vertikale Märkte. So sind die Segmente Video-Infotainment und Fahrzeug-Telemetrie kommende Wachstumsfelder. Ebenso werden die Industrie- und Gebäudeautomation Schwerpunkte für neue M2M-Installationen sein. Gleiches gilt für den Medizinsektor, hier beispielsweise für das Patientenmonitoring, das die Pflege von Patienten zu Hause anstatt im Krankenhaus ermöglicht. Da­raus ergibt sich eine große Bandbreite an Datenstrukturen, die übermittelt werden müssen. Und dies zudem über unterschiedliche Kommunikationskanäle, wie WLAN, 3G oder 4G WWAN (Wireless Wide Area Network) oder WPAN (Wireless Personal Area Network). Zudem ist häufig mehr Intelligenz im M2M-Gerät gefordert, nicht nur aufgrund des höheren Datenverkehrs und der 2-Wege-Kommunika­tion, sondern auch weil die Geräte als Edge-Node oder Gateway-Device eingesetzt werden und hierfür unterschied­liche Services bereitstellen müssen, die bis hin zum dezentralen Mini-Cloud-Server reichen.


Kosteneffiziente Entwicklungs-Plattform
OEM und M2M-Serviceprovider stehen nun vor der Herausforderung, dass sie eine flexible Hardwareplattform benötigen, die sich aus dem breiten Feld der Möglichkeiten dediziert auf die individuellen Einsatzbedingungen maßschneidern lässt und gleichzeitig die Grundlage für ein kosteneffizientes Rollout der fertigen Lösung bildet. Das Kontron M2M Smart Services Developer Kit wurde speziell entwickelt, um die Markteinführung von M2M-Connected-Computing-Lösungen für Cloud-basierte Smart Services zu beschleunigen, um zum Beispiel Daten als Edge-Node- und Gateway-Devices aggregieren und übermitteln zu können. Das M2M Smart Services Developer Kit hat einen modularen Ansatz, damit die gewünschten einzelnen Funktionalitäten möglichst einfach bedarfsgerecht konfiguriert werden können. Es besteht aus einer plug-and-play-fähigen Hardware­plattform mit abgestimmtem Betriebssystem und der passenden Middleware. Die Hardwareplattform ist dabei nicht nur für die applikationsnahe Entwicklung der spezifischen M2M-Lösung ideal geeignet, sondern auch als direkt auslieferbare Lösung. Und um die Komplexität der M2M-Value-Chain für OEM noch weiter zu minimieren, kooperiert Kontron mit mehreren M2M-Systempartnern. Dadurch können OEM rund 90 % der gesamten Entwicklungsarbeit für eine M2M-Applikation einsparen.


Modulare Hardware auch für den Rollout
Im Detail besteht das lüfterlose ­M2M-System des neuen Developer Kits aus einem COM-Express-kompatiblen „Kontron nanoETXexpress-TT Computer-on-Module“ mit Intel-Atom-Prozessor E640, 1 GHz, sowie weiteren Kontron-M2M-Systemboards, die in ein kompaktes Gehäuse (67 mm × 100 mm × 27 mm) integriert wurden. Über das M2M-Carrierboard lassen sich weitere Funktionseinheiten aufstecken. Dazu zählen ein 802.11a/b/g/n-WLAN- und ein 802.15.4-WPAN-Interface mit 802.15.4-MAC-konformem Layer, das eine Vielzahl an Protokollen und Netzwerktopologien, wie „6LoPAN“, Wireless Hart oder Zigbee, unterstützt. Ein 3G-WWAN (Wireless Wide Area Network) ist optional über ein Ericsson-5521gw-Modul vorinstalliert. Alternativ können auch andere steckbare, vorzertifizierte PCI-Express-3G/4G-Module nachgerüstet werden. So erhalten OEM weitere Freiheit bei der Auswahl der passenden Breitband-Konnektivität. Ein steckbares Micro-SD-Modul für bis zu 4 GByte bietet Speicherplatz für M2M-Smart-Service-Applikationen, Middleware und Betriebssystem. Dank dem A/V-Board mit Beschleunigungssensor können Entwickler auch In-Vehicle-Lösungen umsetzen bzw. die Systemlösung vor zu starken Vibra­tionen schützen. Dank Dual-HDMI- und HD-Audio-Support können OEM zudem anspruchsvolle Audio/Video-Smart-Services-Features in ihre M2M-Lösung implementieren.

OEM, Smart-Services-Entwickler und unabhängige Softwareanbieter (ISV) profitieren von der modularen Architektur der erprobten und produktionsfertigen COTS-Plattform im kleinen Formfaktor durch reduzierte Entwicklungskosten und -risiken bei minimierter Time-to-Market. Wenn die zu entwickelnde Applikation nicht alle Funkmodule benötigt, können diese weggelassen werden. Für Großserien-Rollouts liefert Kontron das System kundenspezifisch angepasst. Zudem kann die Auslieferung der M2M-Lösung inklusive Verpackung entsprechend den Design-Vorgaben der Netzwerkbetreiber, OEM oder ISV erfolgen, sodass die gesamte Logistik-Supply-Chain bis zum Endkunden beim Lieferanten organisiert wird.

Umfassende Software Services
Das Kontron M2M-System wird mit einer bereits vorinstallierten 90-Tage-Testversion von Wind River Linux 4.1 ausgeliefert. Außerdem umfasst das Kit ein Wind River Live-USB-Drive inklusive Softwarepaketen und Treibern, um sofort mit den Testläufen für die Wireless-Konnektivität starten zu können. Das Live-USB-Drive mit Wind-River-Software ist optimiert für Entwicklung, Betrieb, Debugging und Prototyping der Embedded Software, die dank der Wind-River-Entwickler-Tools direkt auf dem M2M-System betrieben werden können.

Zudem kooperiert Kontron mit Anbietern von M2M-Application-Plattformen (MAP), die Middleware und Service-SDK für die Entwicklung oder Rollout der fertigen Lösung anbieten. SDK für die Sys­tem­entwicklung unterstützen Kunden bei der Codeentwicklung eigener Software. Sie integrieren API für Devices und Cloud Services. Rollout-SDK liefern eine komplette, direkt einsetzbare Lösung inklusive Mobilfunkverbindung über große, globale Carrier. Eine eigene Programmierung ist hier überflüssig. Die Konfigura­tion erfolgt über ein grafisches Entwicklungswerkzeug per point-and-click bzw. drag-and-drop. Kontron kooperiert dabei mit Development-SDK-Herstellern, wie Eurotech, und Rollout-SDK-Herstellern, wie ILS Technology, deren Lösungen bereits auf das Kontron-M2M-System vorbereitet sind. Und da Kontrons-M2M-Hardware standardbasiert ist, sind Mid­dleware und Hosting-Services anderer Softwarehäuser ebenfalls darauf anpassbar.


Fazit
Mit der Verfügbarkeit von immer größeren Wireless-Bandbreiten sowie den aufkommenden 4G-LTE-basierten Wireless-Netzen sehen Betreiber weltweit ein enormes Potenzial für M2M-Applikationen und Services für Unternehmen und Endkunden. Kontron bietet Anbietern von Telekom- und Netzwerkequipment ein umfassendes Angebot an standardbasierten COTS Open Communication Platforms (OCP) für ihre Wireless-, Cloud-Computing- und sonstige Netzwerkinfrastrukturen an. Dabei umfasst das Portfolio neben hochintegrierten Carrier-Grade 10G- und 40G-Advanced-TCA- und Micro-TCA-Plattformen und -Komponenten auch ausfallsichere Carrier-Grade Rackmount Server. Mit der Vorstellung des neuen M2M Smart Services Developer Kits wird die M2M Supply Chain für Kunden weiter vereinfacht und dadurch eine kürzere Time-to-Market für M2M-Lösungen und Services ermöglicht.

Claus Giebert
Claus Giebert ist Product Marketing Manager bei Kontron in Eching.

Weitere Informationen unter www.kontron.de.

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