تركز النظام الإيكولوجي في IOT (EOT) في مؤخرا، وخاصة التقييس 3GPP، على تمكين سوق الاتصالات ذات النوعية الضخمة (MMTC) للتطبيقات مثل قياس المياه، ومراقبة البقر، وقوف السيارات الذكية أو تتبع الأصول. تقنيات الأساس ضيق الإنترنت للأشياء (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) وتم تطوير اتصال نوع الجهاز المحسن (EMTC) (CAT-M) في REL. 13/14، مع ميزات مخصصة لاستهلاك الطاقة منخفضة للغاية (الاستقبال غير المقطعة (EDRX)، وحدة امدادات الطاقة (PSM)) وتحسينات التغطية (أوضاع CE). في غضون ذلك، نشر حوالي 140 من مشغلي المحمول في جميع أنحاء العالم شبكات LTE M أو NB-IOT، وعدت GSA (جمعية الموردين المحمول العالمي) أكثر من 500 جهاز تدعم إما CAT-M1 أو CAT-NB1 أو CAT-NB2.
تطبيقات IOT الناشئة في العديد من الصناعات، وكذلك التخلص التدريجي العالمي من شبكات 2G و 3G، والحاجة إلى مزيد من الملحقات الخاصة بالتطبيق. لذلك، يعمل 3 جيجا بايت باستمرار على التحسينات الخاصة ب NB-IOT و EMTC لتغطية مطالب طلبات محددة (الشكل 1). أمثلة هي إشارات إيقاظ أو نقل البيانات المبكر، كما قدم في REL. 15. كلاهما يساعد على تحسين استهلاك الطاقة وأوقات رد الفعل. على المدى الطويل، هناك حاجة إلى انتقال سلس إلى عصر 5G.
ج-iot في عصر 5G
أول جيل شبكة متنقلة مصممة من البداية لدعم ليس فقط سوق النطاق العريض المحمول فقط (embb)، ولكن أيضا سوق iot المتنامي كان 5G. بالفعل في الإصدار 5G الأول، تم وضع الأساس لانتقال MMTC (NB-IOT / EMTC) من 4G إلى 5G ولامتصالات ما يسمى بالاتصالات الفائقة والكمولية (URLLC) المطلوبة، على سبيل المثال، أتمتة المصنع. بعض خصائص الراديو الجديدة 5G (NR) الجديدة مثل الأرقام المرنة، ودعم التردد الواسع، والأمن المضمن والعديد من طبقات من المحاكاة الافتراضية إنشاء قاعدة لدعم سيناريوهات حالة الاستخدام الأساسية EMBB، MMTC و URLLC.
العاملان ضروريان لمستقبل MMTC في عصر 5G: التعايش من NB-IOT و EMTC في 5G بسبب الاستخدام المرن للموارد الراديوية؛ ودعم الميزات ذات الصلة بواسطة 5G الأساسية. ميزات التعايشية كما هو محدد في REL. سيتيح 16 من أجهزة NB-IOT قادرة على اتصال IOT و EMTC للاتصال بشبكة 5G Standalone.
IOT الصناعية
سوف تعتمد المصانع في المستقبل على التكامل العميق للمعلومات والأتمتة، تم تمكينها من خلال الاتصال في كل مكان. تبحث هذه الصناعة عن تقنية اتصال لاسلكية موثوقة وتأمين يمكن استخدامها للتطبيقات المختلفة على أرضية المصنع. قد يكون هناك بدائل لمعالجة حالات مختلفة، ولكن 5G فقط لديه القدرة على معالجة جميعها.
تم تحسين 5G MMTC من أجل انخفاض الطاقة والتغطية العميقة للأجهزة التي تتبع الأدوات والبضائع أو يمكن استخدامها لربط أجهزة الاستشعار.
تم تحسين 5G EMBB للتنقل وإنتاج البيانات عالية. إنها مناسبة للاستخدام في توصيل نظارات الواقع الافتراضي والأجهزة المحمولة المستخدمة في جميع أنحاء المصنع.
سيمكن ميزة جديدة في 5G Urllc، المتقدمة في REL.16 / 17، أتمتة كاملة للتحكم في الروبوتات أو المركبات الموجهة التلقائية.
Urllc هي منطقة تطبيق جديدة للتواصل الخلوي مع متطلبات صريحة فيما يتعلق بالون للكمون والتوقيت والموثوقية. لقد أمضيت 3GPP جهودا معقولة لمعالجة هذه المتطلبات وتوفر الآن مجموعة أدوات شاملة Urllc. سيساعد ذلك على تحسين الكمون على واجهة الراديو، مع ميزات مثل وقت الرموز القصيرة والفخات الصغيرة، إلى جانب التحسينات مثل عملية التكرار السريعة والمرونة أو نقل الوصلة الصاعدة الخالية من المنحة. سيتم تحسين Vetwork Virtualisation، وتحديد الأولويات المرورية والحوسبة الحافة متعددة الوصول إلى حد كبير الكمون المنتهي إلى النهاية. يمكن تحسين موثوقية الاتصالات من خلال تطبيق مخططات ترميز قوية، وازدواج الحزم والتكرار وكذلك مخططات الاتصال المزدوجة. تتضمن هذه الأدوات دعم الشبكات الحساسة للوقت أو خدمات LAN من خلال 5G، كما تطور أساسا في REL.16. مزيد من التحسينات لمزامنة الوقت أو التشغيل في البيئات غير المرخصة في التطوير في REL.17.
إلى جانب موثوقية الكمون والاتصال، تعد توافر الشبكة والأمن حاسمة للتطبيقات المهمة والأعمال في البيئة الصناعية. لذلك تبحث هذه الصناعة تشغيل شبكات 5G الخاصة التي يمكن نشرها كشبكات مستقلة غير عامة (NPNS) باستخدام الطيف الخاص أو الشبكة العامة المتكاملة NPNS باستخدام Virtualisation الشبكة كما هو محدد في REL.16.
تقديم ضوء NR
تعالج مجموعة الميزات الشاملة من 5G 5G مجموعة واسعة من تطبيقات IOT، على سبيل المثال، تلك الخاصة بتكلفة المتطرفة منخفضة التكلفة، المتطرفة منخفضة الطاقة والتنقل المحدودة مع NB-IOT. ومع ذلك، هناك الكثير من تطبيقات IOT، والأزواج من أمان الأطفال، على سبيل المثال، التي تحتاج إلى عمر البطارية الطويل، وتغطية جيدة للغاية، وكذلك التنقل الكامل ومعدلات البيانات المعقولة. أمثلة أخرى هي أجهزة استشعار الطوارئ التي تحتاج إلى تغطية شديدة، ولكن أيضا الكمون المنخفض للغاية واستهلاك الطاقة المنخفضة. لمعالجة هذه التطبيقات IOT المتوسطة المدى، بدأت 3GPP في دراسة متطلبات التطبيق تحت اسم NR Light. في rel. 17 سيقوم بتوحيد نوع جهاز قدرة منخفض جديد مع التركيز على المتطلبات النموذجية للأجهزة الاستشعار الصناعية والأزهار الذكية وكماميات المراقبة (الشكل 2).
شبكات غير أرضية
اليوم، يمكن أن تغطي شبكات الهاتف المحمول أكثر من 80٪ من السكان العالميين ولكن 40٪ فقط من سطح الأرض وأقل من 20٪ من سطح الأرض. إن البديل الوحيد الذي يستحق لمعالجة تطبيقات IOT للإشعار العالمية والتتبع والرصد هو استخدام شبكات غير الأرضية باستخدام أقمار صناعية صغيرة منخفضة للأرض. في rel. 17، يعمل 3GPP على دمج مكونات الأقمار الصناعية في الهندسة المعمارية 5G NR بشكل عام. في البداية، تدرس استخدام NB-IOT القائم على التطور على المدى الطويل و EMTC عبر شبكات غير أرضية.
قوة الاختبار
3GPP يقود التقييس المستمر لتلبية المتطلبات الحاضر والمستقبلية للنظام البيئي IOT. ستسرع التنوع الكبير من الميزات وسيناريوهات الشبكة، إلى جانب متطلبات تطبيق IOT محددة للغاية، الطلب على الاختبار وإصدار الشهادات عبر دورة حياة الأجهزة ومكونات الشبكة.
ستصبح الكمون والموثوقية واستهلاك الطاقة ذات أهمية متزايدة وغير مستمرة للشبكات سيصبح ضروريا. نتيجة لذلك، يواجه اختبار IOT الأوسع نطاقا مجموعة واسعة من التحديات من قياسات الأداء، مثل استهلاك الطاقة وعمر البطارية، من خلال اختبار الامتثال والتصنيع والنشر والعمليات لخدمة وإصلاح الخدمة أثناء الخدمة.
يتبع أن متطلبات عمر البطارية لأكثر من 10 سنوات ومتطلبات الكمون التي تتراوح بين دقائق إلى ميكروكيندز تصبح ذات صلة. ستركز بعض التطبيقات التي تتطلب التغطية العالمية والتنقل على التقنيات الخلوية مثل LTE-M و NB-IOT، ولكن معظم الأجهزة ستستخدم التقنيات اللاسلكية غير الخلوية مثل Bluetooth و Wi-Fi و Zigbee و EnoCean و Sigfox و Lora في أحكام الصناعية والعلمية والطبية / الطبية القصيرة.
تحديات الاختبار في تصميم RF
اختبار سلوك الاتصال العام لأجهزة IOT هو موضوع مهم في جميع مراحل دورة حياة المنتج. تصميم RF يتطلب اهتماما خاصا. تبدأ قياسات جهاز iOT عادة بقياسات حساسية الطاقة والطيفات والمستقبل في الوضع المتصل. يتم قياس المعلمات S للتحقق من أداء الهوائي وإضفاء الطابع الهوائي لجهاز iOT.
بعد ذلك، ينصح القياس المفرط من الجو للطاقة المشعة المشعة وإجمالي حساسية النفايات المتزايدة للتصميم النهائي. قد تكون ذات صلة أيضا بأداء القياسات في ظل ظروف متلاخية أو تطبيق تقنيات تحسين التغطية مثل تلك المستخدمة لأجهزة NB-IOT و LTE-M.
تصميم الأجهزة والبرامج المناسبة مهم بشكل خاص لأجهزة الطاقة المنخفضة، على سبيل المثال تنفيذ استهلاك الطاقة الأمثل في الوضع النشط، ولكن أيضا أوضاع النوم العميقة أو مراحل بدء التشغيل / إيقاف التشغيل القصيرة. تحتاج الأجهزة iOT التي تستخدم تقنيات الطاقة المنخفضة اللاسلكية (LP-WAN) مثل LTE-M أو NB-IOT إلى النظر في جميع جوانب الأوضاع التشغيلية والميزات مثل PSM أو EDRX أو CE.
يتطلب صناع الأجهزة والمشغلون ومصنعي البنية التحتية محفظة اختبار شاملة لتسريع إدخال تطبيقات وخدمات IOT. لا يمكن تحقيق ذلك دون التحقق من مطابقة أجهزة iOT مع متطلبات التنظيم والمشغل والمعايير.
حتى مع العمليات المحددة جيدا، لا تزال العديد من التصميمات الجديدة لأجهزة iOT تفشل في الشهادة في المحاولة الأولى. حدد المنظمون حالات الاختبار لضمان العمليات التعايشية وعمليات صديقة للشبكة للتكنولوجيات اللاسلكية العاملة في نفس نطاق التردد. Bluetooth، Wi-Fi و Zigbee، على سبيل المثال، جميعها تعمل في نفس نطاق ISM 2.4 جيجا هرتز. تركز شهاداتهم على موضوعات مطابقة الترددات اللاسلكية والبروتوكول لضمان قابلية التشغيل البيني والأداء العالي. قد يطلب المشغلون اختبارات إضافية تفصل إلى أجهزة IOT لشبكاتهم.
عن المؤلف
Jörg Köpp هو Market Segment Manager - IOT، ROHDE & SCHWARZ
