Moderni auto on yhä useammin yhteydessä muihin laitteisiin. Järjestelmien suunnittelu vaatii tarkkaa harkintaa suunnittelijalta.

M2M-yhteyksien kasvu on nyt paljon nopeampaa kuin ihmisten välisten yhteyksien kasvu. Mobiiliverkoissa on pian paljon enemmän koneita kuin ihmisiä, kuten GSM Associationin alla oleva kuva osoittaa. Näihin koneisiin sisältyy turvajärjestelmiä, mittareista, robotteja, maksupäätteitä, tavaranseurantaa ja hätäpuhelujärjestelmiä. Moninaisuus kasvaa joka päivä, samoin koneiden välinen hiljainen datanvaihto ilman ihmisen väliintuloa.

Kuva 1. M2M-liikenteen kasvu GSM Associationin mukaan.

Samaan aikaan tulee yhä halvemmaksi ja helpommaksi liittää nettiin ja jopa massavalmistaa laitteita, jotka pystyvät keräämään ja prosessoimaan myös suuria määriä dataa.

Paremman M2M-liitettävyyden yksi mahdollinen pullonkaula eli se, että kaikki reilut 4 miljardia IPv4-osoitetta on jo varattu, on poistunut IPv6:n käyttöönoton myötä. Se tukee 2128 osoitetta, mikä on tarpeeksi jokaista maapallon hiekanjyvää varten. Ei siis ole ihme, että mobiiliverkkojen neljäs poli eli LTE on suunniteltu tuottamaan data-, puhe- ja videopalveluita IPv6:n yli.

M2M-vallankumoukseen liittymiseen riittää, että sulauttaa koneisiin pienen, taloudellinen langattoman modeemin. Mikäli tarvitaan myös paikka-, nopeus- tai liikeinformaatiota, tarvitaan lisäksi GPS- tai joku muu – GLONASS, Galileo, BeiDou tai muu - paikannusvastaanotin. Molemmat komponentit sopivat antenneineen helposti paljon matkapuhelinta pienempään laitteeseen.

Kun laitteeseen tuodaan tietoliikenneyhteyksiä, pitää lähteä liikkeelle sovelluksen tarpeista. Täytyy miettiä tuotteen elinkaarta, maantieteellistä verkon peittoa, mobiiliverkkojen tulevaisuutta ja päivittymistä (2G:stä 3G:een ja 4G:een) ja niin edelleen.

Modeemia valittaessa pitää miettiä ainakin näitä ominaisuuksia:

1. Akunkesto on kriittinen

Joidenkin tuotteiden menestys riippuu suoraan akun lataamisten tai vaihtamisen välillä kuluvasta ajasta. Esimerkiksi konttiin istutetun seurantalaitteen täytyy toimia päiväkausia mikäli se lähetetään ilma- tai maanteitse, ja jopa useita viikkoja jos kuljetus tapahtuu merireittejä pitkin. Akun toiminta-ajan täytyy näitä vaatimuksia.

Matkapuhelinten odotetaan tyypillisesti toimivan 2-3 päivää yhdellä latauksella. Sen takia kuluttajat odottavat terveys- ja aktiivisuuslaitteilta samanlaisia toiminta-aikoja. Kun vertaa modeemi- tai paikannusvastaanottimen määrityksiä näissä sovelluksissa, sekä toiminta- että valmiusajan virrankulutus ovat tärkeitä, samoin käytetyt virransäästötoiminnot. Näihin voi sisältyä automaattisia käynnistystoimintoja ja älykkäitä tehonsäästötiloja kuten kyky logata dataa autonomisesti ilman, että isäntäprosessoria tarvitsee käynnistää. Ideaalisesti komponentteja pitäisi käyttää vain, kun sille on tarvetta.

2. Mobiliteetti edellyttää yhdenmukaisuutta usean standardin kanssa

Globaali liikkuvuus on kasvamassa sekä ihmisillä että tavaroilla, joten on tärkeää miettiä, missä modeemin täytyy toimia tänään ja missä sen mahdollisesti pitää toimia tulevaisuudessa. GSM toimii neläjllä päätaajuuskaistalla globaalisti, UMTS kuudella ja LTE-kaistoja on yli 30.

Sähkömittari on yleensä kiinteästi asennettu, kun taas erilaisten seurantalaitteiden täytyy mahdollisesti toimia kaikkialla maailmalla. Tällainen laite vaatii joko neljällä tai kahdella kaistalla toimivabn GSM-mideemin tai 6-kanavaisen UMTS-modeemin.

3. Sertifioitu modeemi nopeuttaa tuotteen hyväksyntää

Jokainen mobiiliverkossa toimiva laite, oli sitten kyse GSM-, UMTS- tai LTE-verkosta, pitää sertifioida regulaattorin, alan ja operaattorin toimesta. Mikäli sulautettu modeemi on jo sertifioitu, prosessi yksinkertaistuu ja nopeutuu merkittävästi.

4. Se, mitä tänään tarvitse, voi huomenna muuttua

Vaikka GSM/GPRS-verkot sopivat mainiosti pienten datamäärien lähettämiseen etämittarisovelluksissa, GSM-taajuuksia ollaan jo jakamassa uudelleen 3G- ja 4G-palvelujen käyttöön. Jotta säästäisi rahaa tulevaisuudessa, voi olla hyvä idea suunnitella laite tulevaisuuden teknologiastandardit mielessään. Tänään se tarkoittaa UMTS/HSPA- tai LTE-modeemia, tai ainakin sen varmistamista että laitteisto on helposti päivitettävissä.

Mobiilit M2M-tekniikat kehittyvät koko ajan ja uutta laitetta suunniteltaessa on olennaisen tärkeää ottaa huomioon päivitettävyys uudempiin tekniikoihin, jotta suunnittelut kustannukset saadaan optimoitua. Tässä kohtaa suunnittelun sijoittel on yhteensopiva kaikkien eri mobiilimodeemien (GSM, UMTS, CDMA ja LTE) kanssa. Tällä lähestymistavalla yhtä ja samaa piirikortin sijoittelua voidaan käyttää kaikissa eri lopputuotteissa, mikä varmistaa helpon päivittämisen mobiili- ja modeemisukpupolvesta toiseen, koska eri moduulit ovat AT-komennoiltaan yhteensopivia.

Kuva 2. Sama piirikortti käy eri verkoissa toimiviin laitteisiin.

5. Kaistanleveysvaatimus ei pienene

Seurantasovellusten kaistanleveysvaatimus menee vain yhteen suuntaan: ylöspäin. Siksi on tätkeää miettiä yhteyden elinkaarikustannuksia. Kannattaa valita modeemi sen perusteella, mitä saattaa tarvita 3-5 vuoden päästä, tai ainakin valita ratkaisu, jossa päivittäminen on mahdollisimman helppoa.

6. Autojen erityistarpeet

Autoihin asennetuissa järjestelmissä lämpötila, kosteus ja tärinä voivat olla äärimmäisiä. AEC-Q100-kvalifioidut laitteet, jotka valmistetaan ISO/TS 16949 -sertifioiduissa laitoksissa takaavat luotettavan, pitkäikäisen toiminnan. Jokaisen komponentin kvalifiointitestien pitäisi olla ISO16750:n mukaisia. Tämä pätee niin autoon asennettaviin laitteisiin kuin teollisuuden laitteisiin, jotka toimivat vaativissa olosuhteisa kuten merialuksissa tai junanvaunuissa.

7. Hätäpuhelujärjestelmien suosio kasvaa

Yhä useammin autot varustetaan järjestelmillä, jotka automaattisesti raportoivat onnettomuuksista tai auttavat varakaustilanteissa. Yhdysvalloissa, Euroopassa, Venäjällä ja Brasiliassa on käynnistetty hankkeita, joilla näitä järjestelmiä tuetaan ja joita enenevässä määrin vaaditaan lainsäädännölläkin. Nöissä sovelluksissa – joista esimerkki näky kuvassa 3 – tarvitaan usein ns. In-Band-modeemia, joka lähettää dataa modeemin puhekanavan yli samaan tapaan kuin faksi lähettää dataa puhelinlinjan yli. Tätä tarvitaan, koska operaattorit proirisoivat puhetta datan sijaan mobiiliverkoissa. Onnettomuuden tapahtuessa puhekanavasta tulee kriittinen linkki hätäpalvelun datansiirtoon.

Kuva 3. Ns. In-Band-modeemeja tarvitaan hätäpuhelujärjestelmiä varten, jotta data voidaan lähettää priorisoitujen puhekanavien yli.

Tarkista, että valitsemasi ratkaisu tukee In-Band-modeemia sekä 2G- että 3G-verkossa.

8. Avustettu paikannus kaupunkiympäristössä

Kaupungeissa tai muissa urbaaneissa ympäristöissä, joissa korkeat rakennukset voivat estää satelliittien kuuluvuuden, paikkatiedon menettöminen voidaan korvata puheluella A-GPS-palvelimeen. Kyse on yksinkertaisesta prosessista, jossa ladataan muutama tavu satelliitin kiertoratadataa netin kautta langattomalla modeemilla. Tämän avustavan datan ansiosta satelliittien täytyy olla näkyvissä vain muutaman sekunnin ajan paikkatiedon laskemiseksi täyden 30 sekunnin sijaan, jonka koko 1500-bittisen satelliittin kehyksen (frame) vastaanotto edellyttää.

Tarkista, että paikannusvastaanottimen valmistaja tarjoaa online-apua taatussa käytettävyydessä ja että tämä kattaa koko halutun maantieteellisen alueen. Päätelaitteen ohjelmiston pitäisi tukea tätä palvelua valmiina ja vastaanottimen ja modeemin pitäisi molempien tukea palvelun liitäntää. On myös yhä tärkeämpää, että palvelu on käytettävissä sekä GPS- että GLONASS-verkossa.

9. Kylmäpaikannustuki hyödyntää anturin dataa

Satelliittisignaaleja voidaan täydentää ns. kylmäpaikannustuella (Dead Reckoning), joka laskeaa paikan ja nopeuden ajoneuvon anturien perusteella, kuten kuvassa 4 on esitetty. Tämä menetelmä auttaa määrittelemään ajoneuvon sijainnin tunneleissa ja muissa paikoissa, joissa satelliittivastaantto on väliaikaisesti käyttämättömissä. Tekniikka on hyödyllinen ajoneuvotelematiikassa, kuten vakuutusseurannassa, jossa se tarkasti tallentaa ajoneuvon sijainnin, suunnan ja nopeuden.

Kuva 4. Kylmäpaikannus (Dead Reckoning) laskee paikkadatan ajoneuvon anturien, kuten gyroskopppien ja matkamittarin avulla.

Varmista, että paikannusvastaanotin on autoihin tarkoitettu, tukee kylmäpaikannusta ja voidaan liittää ajoneuvon CAN-väylään datan keräämiseksi. Tärkeää on tarkistaa, että vastaanotin liittyy suoraan auton antureihin kuten gyroskooppeihin ja matkamittareihin. Valmistajan on syytä tarjota evaluointiympäristöä, joka nopeuttaa tuotteen kehitystä.

10. Sisätilapaikannus on mahdollista

Kun paikkatieto pitää määrittää sisätiloissa, satelliittivastaanottimen ja langattoman modeemin yhdistäminen ylittää seinien tai muiden esteiden blokkaamat satelliittisignaalien ongelmat. Tämä hybridiratkaisu hyödyntää 2G- tai 3G-solujen näkyvyyttä, joska GSM- ja UMTS-signaalit lävistävät seinät helposti. Kun modiilisolujen rajat tiedetään, paikkatietoarvio voidaan laskea sen perusteella, miten solut menevät päällekkäin. Tämä menetelmä vaatii langatonta yhteyttä ulkoiseen palveluun, vähän A-GPS:n tapaan. Tarkista, että paikannusvastaanottimen ja langattoman modeemin valmistaja voi tarjota tällaista ratkaisua, joka on myös koeteltu ja pitää sisällään online-tuen. On tärkeää varmistua siitä, että järjestelmän tarkkuus on riittävä.

11. Paikannusjärjestelmien yhteensopivuus

Viime aikoihin asti ainoa järjestelmä, joka piti ottaa huomioon, oli GPS. Nyt tarjolla on myös Venäjän GLONASS, Japanin QZSS, Kiinan BeiDou ja Euroopan Galileo. Yhteensopivuus GPS:n ja aiankin yhden muun järjestelmän kanssa tarvitaan paikannuksen luotettavuuden ja tarkkuuden lisäämiseksi. Lisäksi sitä tarvitaan, jotta toteutetaan yhteensopivuus alueellisten hallitusten edellyttämien järjestelmien kanssa. Rinnakkainen toiminta, jossa hyödynnetään kahtaa jäjrestelmää samaan aikaan, voi olla osa määrityksiä, Esimerkiksi Venäjän uusi ERA-GLONASS -hätäpuhelujärjestelmä edellyttää yhteensopivuutta GLONASSin kanssa. Kannattaa hakea GPS-vastaanottimia, jotka tukevat useaa järjestelmää ja tuovat rinnakkaisen GPS/GLONASS- tai GPS/BeiDou-vastaanoton.

Nämä ovat vain osa niistä pohdinnoista, joita langattoman liitettävyyden lisääminen M2M-tuotteisiin vaatii. Muista, että monet uudet standardit sekä langattomissa että paikannusverkoissa ovat muuttumassa. On tärkeää miettä oman tuotteen toimintaa sen koko elinkaaren ajan niillä markkinoilla, joita haluat palvella. Kannattaa myös miettiä, onko tärkeää sisällyttää suunnitteluun tuki seuraavan sukupolven suorituskyky- ja verkkopeittovaatimuksille, tai ainakin pitää huolta siitä, että tuote on helposti päivitettävissä kentällä.