Este documento técnico de Joe Folkens se centra en la implementación de conectividad para aplicaciones de IoT al proporcionar información sobre el diseño de aplicaciones que requieren conectividad a Internet integrada.
Autor: Joe Folkens, ingeniero de marketing de productos, Texas Instruments
prólogo
La conectividad aporta un gran valor a muchas aplicaciones integradas. Por ejemplo, en los sistemas industriales, los equipos finales pueden comunicarse con sensores remotos, otros equipos finales y consolas de control centralizadas para mejorar la confiabilidad y la productividad. La extensión de la conectividad más allá de la LAN a la WAN a menudo se denomina Internet de las cosas (IoT) o Internet de las cosas (IoE). Para muchas aplicaciones, conectar dispositivos a la nube de IoT traerá beneficios adicionales para todo el ecosistema (clientes finales, proveedores de servicios, OEM de equipos).
IoT incluye no solo nuevos dispositivos diseñados específicamente para la compatibilidad con IoT, sino también sistemas implementados actualmente que operan fuera de la nube de IoT. Sin embargo, la creación de una nube ubicua de dispositivos interconectados requiere un medio para que los dispositivos que no están basados en IP se conecten sin incurrir en el costo de una interfaz Ethernet o Wi-Fi completa con las pilas de protocolos que lo acompañan. Esto se puede lograr mediante el uso de puertas de enlace para conectar estos dispositivos a Internet en el contexto de la aplicación real. Además, agregar controles integrados inteligentes a la puerta de enlace simplifica el diseño de dispositivos IoT al proporcionar acceso a recursos de procesamiento compartidos.
Desafíos de conectividad
Ha habido muchos avances en el avance de la tecnología IoT para aplicaciones industriales debido al valor obtenido en la conexión de dispositivos finales para la automatización, la confiabilidad del sistema y la administración centralizada. Muchos de estos avances se desarrollaron para aplicaciones industriales, pero se aplican a todo tipo de sistemas integrados, incluidos dispositivos portátiles, monitores médicos, dispositivos de seguridad, HVAC residencial y comercial, y una gran variedad de aplicaciones de consumo en evolución.
Las puertas de enlace proporcionan una forma elegante de simplificar la red de “cosas”. Lo hace al admitir una variedad de formas en que los nodos se conectan de forma nativa, como voltajes fluctuantes de sensores sin procesar, flujos de datos a través de I2C de codificadores o actualizaciones periódicas de dispositivos a través de Bluetooth®. Las puertas de enlace consolidan datos de varias fuentes e interfaces y los conectan a Internet, mitigando de manera efectiva una amplia variedad de dispositivos. Como resultado, los nodos individuales ya no necesitan incurrir en la complejidad y el costo de las interfaces de Internet de alta velocidad para conectarse.
Método de conexión de puerta de enlace
La Figura 1 muestra algunas de las formas en que una puerta de enlace de IoT puede extender la conectividad a los nodos. En la Figura 1a, un nodo se conecta a Internet a través de una puerta de enlace. Los nodos en sí no están basados en IP y no se pueden conectar directamente a Internet/WAN. En su lugar, utiliza tecnología PAN alámbrica o inalámbrica para conectarse a puertas de enlace en un modo de conexión más económico y menos complejo. La puerta de enlace mantiene un agente de IoT por nodo que administra todos los datos hacia y desde el nodo. En este caso, la inteligencia de aplicaciones también se puede colocar en la puerta de enlace.
En la Figura 1b, los nodos están conectados directamente a Internet mediante conexiones WAN como Wi-Fi y Ethernet. Las puertas de enlace actúan principalmente como enrutadores. De hecho, si un nodo tiene su propio agente IoT y se gestiona de forma autónoma, podría ser un simple enrutador. La Figura 1c es similar a la 1b, excepto que los nodos están conectados directamente a Internet mediante conexiones PAN como 6LoWPAN. En este caso, la puerta de enlace actúa como un punto de conversión entre PAN y WAN.
Hay otros tipos de nodos y arquitecturas en los que se pueden construir sistemas basados en IoT, pero estos tres tipos son representativos de cómo se implementa actualmente la conectividad IoT en aplicaciones industriales y residenciales. Es posible que se requieran diferentes niveles de sofisticación y rendimiento según el equipo final utilizado, pero estos tipos capturan lo que se necesita para aplicaciones de mayor volumen y menor costo.
MCU de puerta de enlace IoT TM4C129x
Idealmente, los OEM quieren una forma sencilla de introducir la conectividad en los diseños nuevos y existentes. Para acelerar el diseño de puertas de enlace de control simples e integradas, TI ofrece la familia TM4C129x de MCU de IoT. Los MCU TM4C129x se basan en un núcleo ARM® Cortex®-M4 de 120 MHz con capacidades de punto flotante, como se muestra en la Figura 2. Flexibilidad y libertad sin precedentes para desarrollar cualquier sistema y conectarlo a IoT.
Los MCU TM4C129x simplifican la conectividad IP de la puerta de enlace al integrar muchas tecnologías clave.
- MAC y PHY en chip
- seguridad
- Antimanipulación
- grandes recursos de memoria
- Amplias capacidades de conectividad
- eficiencia energética
- rango de temperatura
- Integración flexible
Incorporar conectividad a internet no es solo una tendencia. Más allá de las aplicaciones industriales y médicas de nicho, el IoT está penetrando rápidamente en todos los mercados que utilizan productos electrónicos. La madurez de las soluciones de conectividad actuales significa que los desarrolladores pueden brindar acceso a Internet a casi cualquier aplicación a través de puertas de enlace de IoT con un mínimo esfuerzo de desarrollo.