Mehr Intelligenz für IoT-Geräte mit Amazon Sidewalk und Matter-Wireless-Netzwerken

Ein gemeinsames drahtloses Netzwerk, das die Konnektivitätsreichweite von IoT-Geräten erweitert

Um unsere Welt intelligenter, sicherer und vernetzter zu machen, führt Amazon Sidewalk ein innovatives Konzept ein, das vorhandene Amazon Echo- und Ring-Geräte als Brücken nutzt, um ein netzwerkweites Netzwerk im ganzen Viertel zu schaffen. Dieses Netzwerk revolutioniert nicht nur die IoT-Konnektivität, indem es die Reichweite von Geräten erweitert, sondern überbrückt auch die Lücke zwischen Häusern und Nachbarschaften.

Amazon Sidewalk ist ein gemeinsames drahtloses Netzwerk, das kompatiblen Geräten ermöglicht, über ein gemeinsames Netzwerk miteinander zu kommunizieren. Es verwendet Amazon Sidewalk Bridge-Geräte (wie kompatible Amazon Echo- und Ring-Geräte), um die Kommunikation zwischen Geräten im Netzwerk zu ermöglichen. Dieses Netzwerk geht über einzelne Haushalte hinaus und verbindet Geräte in einem größeren Gebiet. Amazon Sidewalk bietet zuverlässige Konnektivität mit geringer Bandbreite und großer Reichweite für IoT-Geräte sowohl innerhalb des Hauses als auch im Außenbereich, wie beispielsweise Außenbeleuchtungen, Bewegungssensoren und standortbasierte Tracker. Amazon Sidewalk unterstützt mehrere Kommunikationsprotokolle, einschließlich Bluetooth Low Energy (LE) für Kurzstreckenkommunikation innerhalb von Häusern sowie CSS- und FSK-Funkprotokolle, die im 900-MHz-Bereich für Kommunikation über größere Entfernungen arbeiten.

Amazon Sidewalk basiert auf einer Architektur, die aus Radio-, Netzwerk- und Anwendungsschichten besteht und drei verschiedene RF- (Funkfrequenz-) Protokolle unterstützt. Die Radio-Schicht wird verwendet, um mit Amazon Sidewalk-Geräten über Bluetooth Low Energy, CSS oder FSK zu kommunizieren. Die Anwendungsschicht befindet sich über der Netzwerkschicht und dem Bluetooth Low Energy-Protokoll-Stack. Für FSK und CSS gibt es eine zusätzliche Netzwerkschicht. Die Netzwerkschicht verarbeitet die Datenweiterleitung und -routung zwischen Geräten und gewährleistet eine nahtlose Kommunikation im Amazon Sidewalk-Netzwerk. Die Anwendungsschicht verwaltet die spezifischen Anwendungen und Dienste der Geräte, und alle Amazon Sidewalk-Geräte verbinden sich über AWS IoT Core für Amazon Sidewalk mit der Cloud.

Amazon Sidewalk erstellt ein Netzwerk mit geringer Bandbreite mithilfe von Sidewalk-Bridge-Geräten, darunter einige Echo- und Ring-Geräte. Diese Bridge-Geräte teilen einen kleinen Teil Ihrer Internetbandbreite, die zusammengelegt wird, um Ihnen und Ihren Nachbarn zu dienen. Je mehr Nachbarn teilnehmen, desto stärker wird das Netzwerk. Wenn ein Sidewalk-Bridge-Gerät seine WLAN-Verbindung verliert, kann Amazon Sidewalk den Prozess der Wiederverbindung mit dem Router vereinfachen. Es kann auch dabei helfen, Sidewalk-fähige Geräte im Freien oder in Garagen verbunden zu halten. Sidewalk kann auch mit Tracking-Geräten wie Tile zusammenarbeiten, um wertvolle Gegenstände außerhalb des Hauses zu lokalisieren, und bietet mehrere Ebenen von Datenschutz und Sicherheit.

Skalierbare Amazon-Sidewalk-Netzwerkarchitektur

Amazon Sidewalk ist ein drahtloses Niedrig-Bandbreiten-Netzwerk, das aus nahegelegenen Bridge-Geräten besteht. Besitzer von Amazon Sidewalk Bridge-Geräten können sich dafür entscheiden, einen kleinen Teil ihrer Internetbandbreite zu teilen, um kabellose Konnektivität für kompatible Geräte innerhalb der Amazon Sidewalk-Reichweite bereitzustellen. Jedes teilnehmende Bridge-Gerät erweitert die Reichweite des Netzwerks. Amazon Sidewalk kann das Potenzial neuer Geräte erschließen, indem es Amazon Sidewalk-fähige Geräte wie intelligente öffentliche Geräte, Haushaltsgeräte und Verbrauchsgeräte unterstützt. Es kann auch für das Parkmanagement, Umweltmanagement, Flughäfen usw. genutzt werden.

Im Gegensatz zu vielen IoT-Technologien, die auf einem einzigen Gateway basieren, verwendet Amazon Sidewalk eine verteilte Netzwerkarchitektur mit nahegelegenen Bridges. Mehr Amazon Sidewalk Bridges in einem Gebiet können die Effektivität des Netzwerks steigern. Beim Ausbau der Infrastruktur bilden die Bridges ein verteilt strukturiertes Netzwerk, wodurch Geräte innerhalb ihrer Reichweite eine Verbindung herstellen und Daten an jede beliebige Bridge senden können, anstatt auf eine spezifische Bridge beschränkt zu sein. Amazon Sidewalk Bridges empfangen Nachrichten von kompatiblen Geräten und senden diese über die AWS-Cloud auf eine mehrschichtig sichere Weise an die Nutzer.

Amazon Sidewalk kann drei verschiedene physikalische Schichten (PHY) auf der Funkebene nutzen, um unterschiedliche Netzwerk-Anwendungsfälle abzudecken, darunter Bluetooth Low Energy, sub-GHz GFSK und sub-GHz CSS. Bluetooth Low Energy wird für die Verbindung innerhalb des Hauses sowie für die Kommunikation zwischen Telefon und Gerät verwendet. Die Bluetooth Low Energy-Funk-PHY kann für Amazon Sidewalk-Anwendungen im Haus genutzt werden und bietet Kurzstreckenverbindungen für Geräte (wie standortbasierte Geräte) sowie die Verbindung von Geräten mit Smartphones, die Amazon Sidewalk-Abdeckung haben.

Sub-GHz GFSK wird für Anwendungen im Innenbereich und an der Haustür im Außenbereich verwendet. Die GFSK-Radio-PHY kann Bereiche von bis zu einer Acre abdecken und Anwendungen unterstützen, die eine Abdeckung von separaten Gebäuden und Grundstücken wie Pools, Whirlpools und Wasserschutzsystemen erfordern. GFSK kann sogar Anwendungen für intelligente Städte und Nachbarschaften mit Hilfe der Amazon Sidewalk-Abdeckung unterstützen.

Sub-GHz CSS wird für Anwendungen im Haus und außerhalb des Grundstücks eingesetzt. Das CSS (Chirp Spread Spectrum) Radio-PHY kann Reichweiten von bis zu mehreren Meilen abdecken und unterstützt Anwendungen, die weit entfernt von der nächsten Bridge liegen, einschließlich intelligenter Stadtviertel, Universitäten und landwirtschaftlicher Einrichtungen innerhalb der Amazon Sidewalk-Abdeckung.

Bereitstellung des vollständigsten Amazon Sidewalk-Entwicklungsökosystems

Um die Entwicklung von Amazon Sidewalk-unterstützten Geräten zu beschleunigen, bietet Silicon Labs, ein führender Anbieter von IoT-Lösungen, das umfassendste All-in-One-Entwicklungsökosystem für IoT-Gerätehersteller. Dazu gehören das Amazon Sidewalk SDK (Software Development Kit), drahtlose Hardware, Sicherheitsfunktionen, Entwicklungskits und Werkzeuge, die den Entwicklungsprozess vereinfachen, Kosten senken und die Markteinführungszeit verkürzen.

Silicon Labs hat zertifizierte SDKs eingeführt, um die Entwicklung von Amazon Sidewalk-Geräten zu vereinfachen, Kosten zu senken und die Markteinführungszeit zu verkürzen. Es stehen auch verschiedene Hardwareoptionen zur Verfügung, darunter der SG28 Dual-Band-SoC, SG23 SoC und die BG21/BG24 Bluetooth Low Energy-Module. Sicherheit ist im IoT von entscheidender Bedeutung, und Silicon Labs bietet Lösungen, um sicherzustellen, dass Amazon Sidewalk-Geräte über robuste Sicherheitsfunktionen verfügen. Entwickler können Entwicklungskits und Tools verwenden, um auf integrierte Werkzeuge und Dienste zuzugreifen, die von der Konzeption bis zum Produktstart benötigt werden.

Silicon Labs arbeitet eng mit Amazon zusammen und innoviert kontinuierlich die Hardware-Roadmap, um die Kompatibilität mit dem sich entwickelnden Amazon-Ökosystem sicherzustellen und regelmäßige Software-Updates durchzuführen, die die Geräteleistung und Sicherheit verbessern. Um Kunden bei der Auswahl der richtigen Hardware für die Entwicklung von Amazon-Sidewalk-Geräten zu unterstützen, hat Silicon Labs den Amazon Sidewalk Hardware Selector Guide eingeführt. Dieser Leitfaden hilft Entwicklern, die integrierten Tools und das Dienstleistungsportfolio von Silicon Labs zu verstehen, um das ideale Modul oder SoC sowie die zugehörige Entwicklungs-Hardware für ihre Sidewalk-kompatiblen Geräte auszuwählen und somit eine vollständige Entwicklungsreise von der Konzeptionsphase bis zum Launch zu erleichtern.

Branchenführende Amazon-Sidewalk-Lösungen

Das SG23 (EFR32SG23) von Silicon Labs ist ein Sub-GHz-FSK-Wireless-SoC, das für Amazon Sidewalk-Anwendungen entwickelt wurde. Dieses sichere, energieeffiziente und leistungsstarke SoC verfügt über einen ARM Cortex®-M33 mit bis zu 78 MHz, 512 kB Flash-Speicher und 64 kB RAM. Die niedrigen Betriebs- und Schlafströme machen es ideal für batteriebetriebene Amazon Sidewalk-Smart-Home-Geräte wie Tür-, Fenster- und Temperatursensoren. Das EFR32SG23 bietet eine zuverlässige Reichweite über die Eingangstür hinaus und deckt Bereiche wie freistehende Gebäude, Schwimmbäder und Spas ab, mit einem Link-Budget von 129,5 dBm für zuverlässige Kommunikation über lange Distanzen. Der dedizierte Sicherheitskern unterstützt Silicon Labs' Secure Vault™ High und bietet branchenführende IoT-Sicherheit, um drahtlose Daten und Geräte vor Fern- und lokalen Angriffen zu schützen.

Das SG28 (EFR32SG28) von Silicon Labs ist ein weiteres sicheres, energiesparendes Dual-Band-Wireless-SoC, das für Amazon Sidewalk-Geräte entwickelt wurde und Sub-GHz FSK sowie Bluetooth Low Energy unterstützt. Es bietet zuverlässige Konnektivität über Bluetooth Low Energy innerhalb des Hauses und Sub-GHz FSK außerhalb der Haustür, um eine größere Netzwerkreichweite abzudecken. Dieses energiesparende Gerät ist mit einem ARM Cortex®-M33 ausgestattet, der mit Frequenzen bis zu 78 MHz läuft, 1024 kB Flash-Speicher und 256 kB RAM verfügt und bis zu 49 GPIOs unterstützt. Dank seiner niedrigen aktiven und Schlafströme ist es ideal für batteriebetriebene Endgeräte und Anwendungen, die mehr Ressourcen benötigen. Das Link-Budget des SG28 von 128,6 dBm gewährleistet zuverlässige Kommunikation über große Distanzen und unterstützt darüber hinaus den dedizierten Secure Vault™ High Security Core von Silicon Labs, der die Sicherheit von verbundenen Geräten garantiert.

Silicon Labs hat auch das Silicon Labs Pro Kit für Amazon Sidewalk auf den Markt gebracht, das die notwendigen Werkzeuge für die Bewertung und Entwicklung von hochkapazitiven und skalierbaren Amazon Sidewalk-Geräten bereitstellt. Das Kit unterstützt alle drei Amazon Sidewalk-Protokolle, einschließlich Bluetooth Low Energy, Sub-GHz FSK und CSS-Funkprotokolle. Dieses drahtlose Pro-Kit umfasst eine KG100S-Radio-Platine, die ein vollständiges Referenzdesign bietet und Bluetooth-, FSK- und CSS-Protokolle unterstützt, die in Amazon Sidewalk verwendet werden. Es enthält außerdem eine BG24-Radio-Platine und eine FSK-/CSS-Adapter-Platine, die für Kunden geeignet sind, die diskrete Designs benötigen. Das Mainboard des drahtlosen Pro-Kits verfügt außerdem über einen integrierten J-LINK-Debugger mit einem Paket-Trace-Interface und einem virtuellen COM-Port, wodurch die Entwicklung und das Debugging von Anwendungen auf verbundenen Radio-Platinen und externer Hardware über einen Erweiterungsanschluss ermöglicht werden. Dieses Amazon Sidewalk Pro Kit bietet alle Werkzeuge, die für die Entwicklung von hochvolumigen und skalierbaren IoT-Anwendungen benötigt werden.

Matter-Standard vereinfacht die Verbindung von Smart-Home-Geräten über verschiedene Marken hinweg

Während der Bau eines Smart Homes darauf abzielt, unser Leben zu erleichtern, kann die Verwaltung von Smart-Home-Geräten mühsam sein, insbesondere wenn man Geräte verschiedener Marken kombiniert. Dies liegt daran, dass viele Smart-Home-Geräte nur mit den proprietären Anwendungen des Herstellers verwendet werden können. Plattformen wie Google Home, Alexa, HomeKit oder SmartThings unterstützen zwar größere Smart-Home-Ökosysteme, sind jedoch meist auf ihre jeweiligen Ökosysteme beschränkt, was die Auswahl an Geräten einschränkt.

Auf der anderen Seite, obwohl Bluetooth und WLAN gute Kommunikationsprotokolle sind, da sie weit verbreitet unterstützt werden, bietet Thread (ein stromsparendes Mesh-Netzwerkprotokoll, das für Matter-Smart-Home-Geräte entwickelt wurde) mehrere Vorteile im Bereich der Smart-Home-Technologie. Thread ist nicht nur sehr energieeffizient (was für batteriebetriebene Smart-Home-Geräte wichtig ist), sondern die Mesh-Netzwerk-Struktur erlaubt es Geräten, Signale untereinander weiterzuleiten, Daten effizienter automatisch anzupassen und zu routen. Dadurch kann Thread eine robustere und zuverlässigere Konnektivität bieten und ist zudem leicht erweiterbar.

Matter ist ein lizenzfreier Konnektivitätsstandard, der von der Connectivity Standards Alliance (CSA) entwickelt wurde. Matter zielt darauf ab, eine interoperable Methode zu schaffen, mit der Smart-Home-Geräte miteinander kommunizieren können. Mit Matter können Sie Matter-zertifizierte Smart-Home-Geräte (wie Lichtschalter oder Thermostate) mit einer Matter-kompatiblen App oder Zentrale verbinden, unabhängig vom Hersteller.

Derzeit sind Apples iPhone 15 Pro und Pro Max mit Thread-Funkgeräten ausgestattet, wodurch sie die ersten Smartphones sind, die diese Fähigkeit bieten. Die neuen Versionen iOS 17.6, macOS 14.6, watchOS 10.6 und tvOS 17.6 werden ebenfalls Code-Referenzunterstützung für diese neuen Funktionen hinzufügen. Andererseits werden einige Mobilgeräte mit Android 15 das Thread-Protokoll unterstützen, was die schnelle Einführung von Matter-Smart-Home-Geräten fördern wird.

Fazit

Amazon Sidewalk ist ein Netzdienst, der speziell für IoT-Geräte entwickelt wurde und darauf abzielt, eine umfassendere Konnektivität für intelligente Geräte in Häusern und Nachbarschaften bereitzustellen. Durch die Nutzung von Low-Bandwidth-Bluetooth und dem 900-MHz-Frequenzband kann Amazon Sidewalk die Reichweite von Geräten auch in Bereichen mit schwachen oder fehlenden WLAN-Signalen erweitern. Diese Technologie verbessert nicht nur die Leistung der Geräte und die Benutzererfahrung, sondern bietet auch flexiblere Lösungen für die Positionierung, Überwachung und Verwaltung von Geräten. Die Einführung von Amazon Sidewalk bringt neuen Schwung in die Entwicklung von Smart Homes und Smart Cities und ermöglicht IoT-Geräten, intelligenter und effizienter zu arbeiten. Silicon Labs hat eine vollständige Amazon Sidewalk-Entwicklungsumgebung und -Lösungen eingeführt, was es zu einem der besten Partner für die Entwicklung entsprechender Produkte macht. Gleichzeitig haben iOS und Android begonnen, den Matter-Standard zu unterstützen, was die Verbindung zwischen Smart-Home-Geräten unterschiedlicher Marken erleichtert und den Weg für zukünftige Anwendungen im Bereich Smart Home ebnet.