Причин такого разделения много, и они не всегда связаны только с желанием проектировщиков протолкнуть собственные лицензионные решения. Понятие "Интернет вещей" охватывает многие типы устройств. Это могут быть, например, небольшие измерительные датчики, работающие от альтернативных источников энергии и требующие обмена небольшим объемом данных на большие расстояния, а также удаленные камеры, передающие изображения с высоким разрешением в реальном времени. Таким образом, специфика проектируемого устройства вынуждает разработчиков выбирать подходящую технологию беспроводной связи, соответствующую требованиям проектируемого устройства. Следует принимать во внимание, среди прочего, срок службы аккумулятора, дальность связи и объем передаваемых данных. Отвечая на потребности рынка, производители комплектов разработчика (в том числе платформы Arduino) позаботились о том, чтобы их портфолио максимально соответствовало потребностям разработчиков устройств IoT. В статье представлена краткая характеристика некоторых комплектов разработчика Arduino из семейства MKR, предназначенных для быстрого прототипирования IoT-устройств с использованием беспроводной связи в таких стандартах, как WiFi/Bluetooth, LoRaWAN/Sigfox, GSM/3G или NB-IoT.

Связь в диапазоне частот ISM 2,4 ГГц с использованием стандартов Wi-Fi и Bluetooth уже в течение несколько лет функционирует на рынке устройств IoT. Для быстрой реализации аппаратно-программных прототипов, используемых связь Wi-Fi, фирма Arduino разработала комплекты разработчика Arduino MKR WiFi 1000 и MKR WiFi 1010. Первый из упомянутых комплектов основан на модуле ATSAMW25, содержащем микроконтроллер SAMD21, канал радиосвязи WINC1500, а также систему авторизации ECC508. Комплект в версии MKR 1010 оснащен радиомодулем NINA-W102 фирмы u-blox, который поддерживает связь Bluetooth/BLE.

Снимки 1 и 2. Модули Arduino MKR WAN 1000 (слева) и MKR WAN 1010 (справа).

Что касается программного обеспечения, фирма Arduino предоставляет библиотеку WiFi101 для модулей MKR WiFi 1000, поддерживающую шифрование WEP и WPA2 Personal. Для модуля MKR WiFi 1010 (и других комплектов на основе модуля u-blox NINA-W102, в т.ч. Arduino NANO 33 IoT) производитель подготовил библиотеку WiFiNINA, а также ряд примеров приложений, представляющих интеграцию с облаком Android IoT Cloud и Azure, AWS IoT Core, Google Firebase или Blynk.

Динамичное развитие систем IoT привело к повышенному интересу к теме умных городов. К сожалению, связь по стандартам WiFi/Bluetooth/BLE имеет локальный характер и не отвечает всем требованиям, предъявляемым к проектам из группы "Умный город" (к которым относятся, среди прочего, разветвленные сети датчиков загрязнения, мониторинга уровня вод или заполненности парковочных мест). Решением проблемы может стать использование одного из двух самых популярных в настоящее время стандартов связи в области сетей LPWAN (англ. Low Power Wide Area Network) – LoRaWAN или Sigfox, позволяющих передавать небольшой объем данных на большие расстояния. Для быстрого прототипирования устройств, использующих связь LoRa/LoRaWAN, проектировщики Arduino подготовили комплект разработчика MKR WAN 1300, а также его продолжателя MKR WAN 1310. Оба модуля созданы на базе микроконтроллера Atmel SAMD21, используемого в других модулях серии Arduino MKR, а также радиомодуля Murata CMWX1ZZABZ. Более новая версия модуля была дополнительно оснащена 2 МБ флэш-памяти, новой системой зарядки аккумулятора, а также оптимизированными для низкого потребления мощности системы электропитания.

Снимки 3 и 4. Модули Arduino MKR WAN 1300 (слева) и MKR WAN 1310 (справа).

Модули MKR WAN 13x0 поддерживают доступ к предоставляемому производителем облаку Arduino IoT Cloud. Комплексность предлагаемых решений дополняется оптимизированным для модулей MKR WAN 1310 шлюзом доступа Arduino Pro Gateway LoRa Connectivity.

Интересной альтернативой для связи LoRa/LoRaWAN является стандарт Sigfox, в котором особый акцент делается на связь между узлами и шлюзом доступа. Фирма Arduino предлагает конструкторам модуль MKR FOX 1200, созданный на базе микроконтроллера Atmel SAMD21. За радиосвязь отвечает система Microchip Smart RF ATA8520, канал радиосвязи которого настроен на используемую в Европе частоту ISM 868 МГц.

Снимок 5. Модуль Arduino MKR FOX 1200 для реализации связи в сети Sigfox.

Даже распределенная ячеистая сеть (Mesh), работающая в стандарте LoRa/LoRaWAN, в настоящее время не может обеспечить глобальное покрытие. В случае проектов IoT, требующих практически неограниченную по охвату связь, наилучшим решением является использование стандарта GSM/3G. Для потребностей связи GSM/3G фирма Arduino приготовила модуль MKR GSM 1400, оснащенный модемом SARA-U210 фирмы u-blox, а также систему авторизации Microchip ECC508 для реализации механизмов безопасности связи. Встроенный в комплект модем GSM обеспечивает покрытие связью в диапазонах GSM 850 МГц, E-GSM 1900 МГц, DCS 1800 МГц и PCS 1900 МГц.

Чтобы улучшить процесс подготовки программного обеспечения, производитель предоставляет библиотеку MKRGSM (которая освобождает программиста от работы с модулем с помощью низкоуровневых AT-команд), а также богатый набор примеров (в т.ч., среди прочего, GPRS-связь, прием/передача текстовых сообщений, обработка голосовых вызовов). Модуль MKR GSM 1400 совместим как с программным обеспечением Arduino IoT Cloud, так и с альтернативными облачными решениями: Google IoT Cloud, Blynk или SORACOM Air IoT, для которых производитель подготовил набор примеров реализации.

Снимок 6. Модуль Arduino MKR GSM 1400 для реализации связи в сети GSM/3G.

Давая краткую характеристику избранным стандартам связи в рамках устройств Интернета вещей, невозможно обойти вниманием решения, основанные на стандарте Narrowband IoT (NB-IoT), которые используют для связи лицензионный диапазон LTE 800 МГц. Подобно решениям LoRaWAN и Sigfox, NB-IoT является частью группы сети LPWAN, и, следовательно, обеспечивает стабильную связь на больших территориях, используя энергосберегающие радиомодули, обеспечивающие многолетнюю работу с питанием от аккумулятора. Таким образом, это еще одна альтернатива связи LoRaWAN и Sigfox в решениях из сегмента "Smart City".

Для быстрого прототипирования конечных узлов, работающих по стандарту NB-IoT, фирма Arduino подготовила комплект MKR NB 1500 , оснащенный модулем u-blox SARA-R410M-02B, который обеспечивает связь LTE Cat M1/NB1 в полосах 1, 2, 3, 4, 5, 8, 12, 13, 18, 19, 20, 25, 26 и 28. Кроме того, комплект MKR NB 1500 оснащен системой авторизации ECC508 фирмы Microchip, разъемом карты MicroSIM, контроллером зарядки аккумулятора Li-Po и разъемом для внешней антенны.

Снимок 7. Модуль Arduino MKR NB 15 для реализации связи в сетях Narrowband IoT.