Dal prototipo alla produzione di massa: In che modo la connettività influisce sulla progettazione dei prodotti IoT
Quando si sviluppa un nuovo dispositivo IoT, molti clienti pensano che la connettività consista semplicemente nella scelta di un modulo wireless. Per esempio, “Dovremmo usare BLE, LoRaWAN, LTE-M, o NB-IoT?"
Ma nella progettazione di prodotti IoT reali, la connettività è molto più di una funzionalità di comunicazione. Colpisce l'hardware, antenna, durata della batteria, firmware, certificazione, piattaforma cloud, esperienza dell'app, processo di test, e persino la produzione di massa. Se all'inizio viene selezionata la connettività sbagliata, il progetto potrebbe essere riprogettato, scarsa prestazione del segnale, breve durata della batteria, ritardi nella certificazione, o prestazioni instabili dopo il lancio.
La connettività non è solo un modulo
Un'etichetta BLE, un sensore LoRaWAN, un dispositivo LTE-M, e un prodotto NB-IoT può sembrare simile dall'esterno, ma la loro logica di progettazione interna è molto diversa. BLE viene spesso utilizzato per dispositivi a corto raggio, come i tag delle risorse, indossabili, sensori, e prodotti per il posizionamento interno. Di solito ha un costo hardware inferiore e funziona bene con app o gateway mobili. LoRaWAN è più adatto per le lunghe distanze, applicazioni con pochi dati, come i contatori intelligenti, sensori ambientali, sensori di parcheggio, o dispositivi agricoli. LTE-M e NB-IoT sono tecnologie LPWA standardizzate 3GPP. Sono progettati a basso costo, lunga durata della batteria, ampia copertura, e massicce connessioni IoT. Perché l'IoT cellulare utilizza lo spettro concesso in licenza e meccanismi di sicurezza relativi alla SIM, è spesso preferito per reti gestite e implementazioni su larga scala.
Ecco perché la progettazione della connettività IoT dovrebbe essere considerata fin dall’inizio, non dopo che l'hardware è già finito.
Progettazione dell'hardware: Modulo, Antenna e struttura
La connettività influisce direttamente sulla progettazione dell'hardware.
Per lo sviluppo del prodotto BLE, l'hardware può essere compatto ed economico, ma il design dell'antenna e la regolazione della potenza sono ancora importanti. Se l'antenna è bloccata dalla batteria, parti metalliche, o layout PCB scadente, l'intervallo effettivo potrebbe essere molto più breve del previsto. Per lo sviluppo di dispositivi LoRaWAN, efficienza dell'antenna, trasmettere potenza, e le bande di frequenza regionali sono punti chiave. Un dispositivo per l'Europa, gli Stati Uniti, Giappone, o nel Sud-Est asiatico potrebbero richiedere una diversa pianificazione delle frequenze. Per prodotti LTE-M e NB-IoT, il team deve considerare la selezione del modulo, bande supportate, SIM o eSIM, spazio dell'antenna, materiale della custodia, e requisiti di certificazione. I piccoli dispositivi come tracker o dispositivi indossabili sono particolarmente impegnativi perché lo spazio dell'antenna è limitato.
È qui che un'azienda ODM IoT esperta può aiutare a ridurre i rischi del progetto fin dalle prime fasi di progettazione.
Durata della batteria: Più della capacità della batteria
Molti clienti dicono, “Abbiamo bisogno di tre anni di durata della batteria.” Ma la durata della batteria dipende da molto più che dalle dimensioni della batteria. È influenzato dalla frequenza di caricamento dei dati, Intervallo di trasmissione BLE, Frequenza di posizionamento GPS, corrente del sonno, temperatura di lavoro, potenza del segnale, e tempi di riconnessione alla rete.
Per esempio, un tag BLE trasmesso ogni 100 ms consumerà molta più energia di una trasmissione ciascuno 2 secondi. Il caricamento di un sensore LoRaWAN una volta al giorno può funzionare per anni, mentre un caricamento ogni pochi minuti potrebbe non esserlo. Per dispositivi LTE-M o NB-IoT, le aree con segnale debole possono aumentare il consumo energetico perché il dispositivo potrebbe continuare a cercare o riconnettersi alla rete.
Quindi prima di confermare l'obiettivo della batteria, lo scenario di utilizzo reale deve essere chiaramente definito.
Firmware e strategia dei dati
Diverse tecnologie di connettività richiedono una logica firmware diversa. I dispositivi BLE possono trasmettere dati, connettersi con un'app, o essere scansionati dai gateway. I dispositivi LoRaWAN solitamente inviano piccoli pacchetti di dati a bassa frequenza o solo quando si verificano eventi. I dispositivi LTE-M e NB-IoT potrebbero richiedere caricamenti pianificati, segnalazione allarmi, Aggiornamenti dell'OTA, memorizzazione nella cache dei dati, e la logica dei tentativi di rete. Una buona strategia dei dati aiuta a ridurre il consumo energetico, costo dei dati inferiore, e migliorare la stabilità del sistema. Il dispositivo non dovrebbe inviare dati non necessari. Il firmware, porta, piattaforma cloud, e l'app dovrebbero funzionare insieme come un unico sistema.
Certificazione e accesso al mercato
La connettività influisce anche sulla certificazione.
I prodotti BLE potrebbero richiedere la qualifica Bluetooth e certificazioni regionali come CE, FCC, UKCA, RCM, o TELEC.
I prodotti LoRaWAN devono seguire le normative regionali sulla frequenza e potrebbero anche richiedere la certificazione LoRaWAN a seconda del progetto.
I prodotti LTE-M e NB-IoT potrebbero richiedere il marchio CE, FCC, RCM, TELEC, PTCRB, GCF, o approvazione specifica dell'operatore, a seconda del mercato di riferimento.
Perché paesi diversi utilizzano bande di frequenza e regole di certificazione diverse, il mercato di riferimento dovrebbe essere confermato in anticipo.
Dal prototipo alla produzione di massa
La connettività deve essere verificata passo dopo passo.
In fase di prototipo, l'obiettivo principale è confermare se la connettività selezionata è adatta all'applicazione.
Nell'EVT, il team testa le prestazioni dell'antenna, consumo di energia, stabilità della comunicazione, e la logica del firmware di base.
Nella TVP, l'attenzione si sposta sulla progettazione dell'involucro, test di affidabilità, e preparazione alla certificazione.
Nel PVT, il processo produttivo è verificato, compreso il flashing del firmware, Test RF, calibrazione, assemblaggio, e dispositivi di prova.
Nella produzione di massa, ogni dispositivo necessita di una programmazione stabile, test funzionali, controlli della batteria, prove di invecchiamento, e ispezione in uscita.
Per un'azienda ODM IoT, il vero valore non è solo realizzare un prototipo. Aiuta i clienti a passare dall'idea alla fase pilota e infine alla produzione di massa stabile.
Quando la connettività ibrida ha senso
A volte una sola tecnologia wireless non è sufficiente.
BLE + LTE-M può supportare il posizionamento interno e il caricamento dei dati esterni.
BLE + LoRaWAN può utilizzare BLE per la configurazione locale e LoRaWAN per il reporting a lunga distanza.
BLE + NB-IoT può supportare la manutenzione delle app mobili e il caricamento cellulare a bassa frequenza.
GNSS + LTE-M è comune per il tracciamento esterno.
BLE + Porta + Il cloud è ampiamente utilizzato in magazzino, Ospedale, e la gestione intelligente delle risorse edilizie.
La connettività ibrida può rendere un prodotto più flessibile, ma aumenta anche la complessità del progetto. La chiave è bilanciare l’esperienza dell’utente, consumo di energia, costo dell'hardware, architettura cloud, e fattibilità della produzione.
Pensieri finali
La connettività è una delle decisioni più importanti nello sviluppo dei prodotti IoT. Colpisce l'intero prodotto, dall'hardware e firmware alla certificazione e alla produzione di massa.
Quanto prima viene discussa la strategia di connettività, tanto più facile sarà evitare la riprogettazione, ritardi, e costi inutili.
Sia che tu stia sviluppando un dispositivo BLE, Sensore LoRaWAN, Dispositivo LTE-M, o prodotto NB-IoT, la giusta progettazione della connettività renderà il tuo prodotto più affidabile, scalabile, e pronto per il mercato reale.
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