IoTゲートウェイアーキテクチャ：ビルドと買う

IoTアプリケーションをゼロから作成する場合は、（ある時点で）ゲートウェイを自分で構築するのか、構築済みのシステムを購入するのかを決定する必要があります。

多くの場合、誰かが独自のゲートウェイをゼロから設計する唯一の理由は、（a）既製のゲートウェイを購入する場合よりも低い価格に到達できると考えているためです。または（b）既成のゲートウェイでは利用できない機能を含める。ただし、どのルートを取るべきかを判断するには、IoTゲートウェイの4つの主要コンポーネントについて検討し、独自のゲートウェイを作成することがどれほど困難になるかを検討する必要があります。

プリント回路基板（PCB）

ゲートウェイ用の回路基板のレイアウトは、数独パズルを行うのとよく似ています。非常に複雑です。回路基板では、ハードウェア設計者が回路設計を作成すると、トレースをメモリにルーティングすることに重点が置かれますが、これは簡単なことではありません。

その理由は次のとおりです。プロセッサ（IntelまたはARMチップ）には通常、外部RAMが搭載されています。 RAMは非常に高速で動作するため、RAMに到達する銅線トレースの長さは同じ長さである必要があります。長さに不一致があると、クロックエッジが適切に整列しません。これは、トレースが差動ペアを形成するため、大きな問題です。 IoTゲートウェイアーキテクチャの構築と設計に取り掛かっている場合は、これに備えて、目前のタスクを完全に理解する必要があります。メモリのルーティングは、他のタイプの回路基板のルーティングよりもはるかに困難です。

また、本番環境でディスクまたはフラッシュをどのようにロードするかについても考慮する必要があります。ゲートウェイに統合できる別のフラッシュカードを用意する予定ですか、それともUSBを介してプログラムする予定ですか？

これらすべてが気が遠くなるように聞こえる場合は、非常に簡単に構成できる既製またはモジュラーゲートウェイが多数あることに注意してください。 （オプションのCloudGateはこの良い例です。）

エンクロージャー

ゲートウェイの場合は、多くの場合、人々が認識しているよりも大きな問題になります。これを処理する方法は2つしかありません。自分に合った既製のエンクロージャを見つけて、それに合うように回路基板を設計するか、回路基板を設計してからその周りのケースを設計することができます。

決定を下す際に留意すべきいくつかの考慮事項は次のとおりです。

• 独自のエンクロージャーを設計すると、設計、工具、製造などのために、簡単に10万ドル（またはそれ以上）を消費する可能性があります。
• 一部のゲートウェイは、意図しない電波放射の懸念があるため、金属製の箱に入れる必要があります。 （これは、セルラーを使用してIoTデバイスを接続する場合に特に厳しくなります。）
• ゲートウェイから熱を取り除くことは、一部の高性能システムでは特に難しい問題になる可能性があります。 （映画を見たりゲームをしたりしながら、ラップトップを膝の上に置いたことがありますか？）
• 既成のゲートウェイを購入した場合でも、カスタマイズコスト、リードタイム、最小注文数量などを考慮する必要があります。ほとんどの場合、いくつかがあります すべてのゲートウェイのカスタマイズのレベル。

多くの大企業はしないことに注意してください ユニークな外観のルーターを販売しようとしない限り、最終的には独自のケースを設計することになります。

オペレーティングシステム

Linuxでアプリケーションソフトウェアを実行する方法を検討する必要があります。 （OpenWRTとDebianはどちらもゲートウェイデバイスで人気があります。）独自の設計を行う場合は、Linuxをプロセッサにロードするだけではありません。多くの場合、すべての周辺機器を制御できるようにするには、独自のカーネルを構築する必要があります。カーネルは、オペレーティングシステムをプロセッサのピンにマッピングするものであり、Linuxのカスタムカーネル開発は非常に可能です。 時間と費用がかかります。これは、ゲートウェイの設計を開始するときに多くの人が考慮しないことです。

独自のLinuxカーネルを構築する必要を回避する1つの方法は、ハイブリッドモデルを作成することです。ルーティング、メモリ、オペレーティングシステム、および周辺機器をすでに処理しているシングルボード組み込みコンピュータモジュールを購入します。 （Digiは、システムオンモジュールソリューションを作成している会社の一例です。）

周辺機器

独自のゲートウェイを構築する場合は、コアプロセッサ、メモリ、またはディスクの一部ではない実際のアプリケーションソフトウェアも検討する必要があります。

ラジオを例にとってみましょう。選択したネットワークから実行されるように無線を設計する必要があります。多くの場合、ゲートウェイには複数の無線があります。 （当社のゲートウェイには、Symphony Linkとセルラー、またはSymphony LinkとWiFiがあります。）独自のゲートウェイを設計する場合は、すべてのモジュールのFCC認定と、同じ場所に配置されたエミッター認定を取得する必要があります。既製のFCC認定モジュールを2つ購入して同じシステムに配置し、FCC認定を引き継ぐことはできないことに注意してください。相互変調のため、実際には2つを一緒に再認証する必要があります。

また、Linuxカーネルを設計した場合は、システムの周辺機器をサポートする必要があります。カーネルが正しく構成されていない場合は、WiFiドライバーの一部を入力/出力ピンに接続している可能性があります。 （既製のソリューションを購入した場合、カーネルはすべてのピンへのタッチをサポートし、ボードに接続されているすべてのものがシームレスに機能するようになる可能性があります。）

まとめ

問題の事実はこれです：ゲートウェイ開発でフィニッシュラインに到達することは非常に 費用がかかり、非常に 時間はかかります—そしてそれはかなり危険かもしれません。たとえば、カーネルの開発には1週間かかる場合もあれば、6週間かかる場合もあります。通常、時間の長さはわかりません。

最良のシナリオと最悪のシナリオの開発の総コストを、一般的な「購入と構築」の計算にモデル化することをお勧めします。これを単価に換算すると、既成のゲートウェイが今のところ最も費用効果が高く時間効率の良い方法であることに気付くかもしれません。