Напоследък екосистемата на клетъчната IOT (C-IOT) и по-специално стандартизацията на 3GPP, се фокусира върху захранването на пазара на комуникация (MMTC) за приложения, като например измерване на вода, мониторинг на кравите, интелигентен паркинг или проследяване на активите. Базовите технологии теснолентов интернет на нещата (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) и подобрената комуникация тип машина (EMTC) (CAT-M) са разработени в Rel. 13/14, със специални характеристики за много ниска консумация на енергия (удължено прекъснато приемане (EDRX), модул за захранване (PSM)) и подобрения на покритието (режими на СЕ). Междувременно около 140 мобилни оператора по света са разположили LTE M или NB-IOT мрежи, а GSA (Global Mobile доставчици) е преброил повече от 500 устройства, поддържащи или CAT-M1, CAT-NB1 или CAT-NB2.
Възникващите приложения на IOT в няколко индустрии, както и глобалната фаза от 2G и 3G мрежи, задвижват необходимостта от повече специфични за приложение разширения. Следователно, 3GPP непрекъснато работи върху подобрения за NB-IOT и EMTC за покриване на специфични изисквания за прилагане (Фигура 1). Примерите са сигнали за събуждане или ранно предаване на данни, както е въведено в REL. 15. И двете помагат за оптимизиране на потреблението на енергия и времето за реакция. В дългосрочен план обаче има нужда от плавен преход към ерата от 5g.
C-iot в ерата на 5g
Първата мобилна мрежа генериране, проектирана от началото, за да подкрепи не само пазара на мобилни широколентови мрежи (EMBB), но и нарастващият пазар на IOT е 5G. Вече в първия 5G съобщение, основата е поставена за прехода на MMTC (NB-IOT / EMTC) от 4G до 5G и за така наречената ултра надеждна комуникация с ниска латентност (URLLC), изисквана от, например фабрична автоматизация. Около 5G нови радио (NR) характеристики като гъвкава нумерология, широка честотна поддръжка, вградена сигурност и няколко слоя виртуализацията създават базата за поддържане на основни 5g използване на случай на сценарии на EMBB, MMTC и URLLC.
Два фактора са от съществено значение за бъдещето на MMTC в 5G ERA: съвместното съществуване на NB-IOT и EMTC в 5G поради гъвкаво използване на радиоустройството; и подкрепата на свързаните с тях характеристики от 5G ядрото. Функции за съвместно съществуване, както е посочено в REL. 16 ще позволи 5G способни NB-iot и EMTC устройства да се свържат със самостоятелна 5G мрежа.
Индустриален IOT
Фабриките в бъдеще ще разчитат на дълбока интеграция на информация и автоматизация, разрешена чрез повсеместна свързаност. Промишлеността търси надеждна и сигурна безжична комуникационна технология, която може да се използва за различни приложения на завода. Възможно е да има алтернативи за справяне с различни случаи, но само 5G има потенциала да се обърне към всички тях.
5G MMTC е оптимизирана за ниска мощност и дълбоко покритие за устройства, които проследяват инструменти и стоки или може да се използва за свързване на сензори.
5G ENBB е оптимизиран за мобилност и висока пропускателна способност на данните. Подходящ е за използване в свързването на очила за виртуална реалност и преносими устройства, използвани около завода.
Нова функция в 5G URLLC, разработена в rel.16 / 17, ще даде възможност за пълна автоматизация за контролиране на роботи или автоматизирани движещи се превозни средства.
URLLC е нова зона за кандидатстване за клетъчна комуникация с изрични изисквания по отношение на латентността, времето и надеждността. 3GPP е изразходвал разумни усилия за справяне с тези изисквания и сега осигурява всеобхватен инструментал на URLLC. Тя ще помогне за оптимизиране на латентността на радио интерфейса, с функции като кратко време и мини слотове, заедно с подобрения като бърз и гъвкав процес на повторение или предаване без безвъзмездна помощ. Виртуализацията на мрежата, приоритетирането на трафика и изчислителните компютри с много достъп до край до голяма степен ще подобрят латентността от край до край. Надеждността на комуникациите може да бъде подобрена чрез прилагане на стабилни кодиращи схеми, дублиране на пакети и повторение, както и схеми за двойно свързване. Този набор от инструменти включва поддръжката на чувствителни към време мрежи или услуги тип LAN чрез 5G, както е разработено главно в Rel.16. По-нататъшни подобрения за синхронизация или работа в нелицензирана среда се развиват в REL.17.
Освен латентността и надеждността на комуникацията, наличността на мрежата и сигурността са критични за критични за мисии и бизнес приложения в индустриалната среда. Ето защо индустрията е търсила частни 5G мрежи, които биха могли да бъдат разположени като самостоятелни непублични мрежи (NPNS), използвайки частния спектър или обществена мрежа интегрирани NPNS, използвайки мрежова виртуализация, както е посочено в rel.16.
Въвеждане на NR светлина
Цялостният набор от 5G адекватно разглежда широк спектър от приложения на IOT, например за екстремна ниска цена, екстремна ниска и ограничена мобилност с NB-IOT. Има обаче много приложения на IOT, детски предпазни устройства, например, които се нуждаят от дълъг живот на батерията, много добро покритие, както и пълна мобилност и разумни скорости на предаване на данни. Други примери са спешни сензори, които се нуждаят от екстремно покритие, но също така и много ниска латентност и ниска консумация на енергия. За да разгледаме тези приложения на IOT в средата на диапазона, 3GPP започна да изучава изискванията за приложение под името NR светлина. В rel. 17 Това ще стандартизира ново намален тип устройства тип с акцент върху типичните изисквания на индустриалните сензори, интелигентните водоснабдявания и камери за наблюдение (Фигура 2).
Не-наземни мрежи
Днес мобилните мрежи могат да покриват повече от 80% от световното население, но само 40% от земната повърхност и по-малко от 20% от земната повърхност. Единствената достойна алтернатива на адресирането на IOT приложенията на глобалното наблюдение, проследяване и мониторинг е използването на не-наземни мрежи чрез използване на малки сателити на нисък орбита. В rel. 17, 3GPP работи по интегрирането на сателитни компоненти в 5G NR архитектура като цяло. Първоначално тя изследва използването на дългосрочна еволюционна база NB-IOT и EMTC чрез не-наземни мрежи.
Силата на тестването
3GPP непрекъснато управлява стандартизацията, за да отговори на настоящите и бъдещите изисквания за екосистемата на IOT. Голямото разнообразие от характеристики и мрежови сценарии, заедно с много специфични изисквания за прилагане на IOT, ще ускори търсенето на тест и сертифициране върху жизнения цикъл на устройствата и мрежовите компоненти.
Латентността, надеждността и консумацията на енергия става все по-важна и непрекъснатото наблюдение на мрежите ще стане съществено. В резултат на това, по-широката тестване на IOT е изправена пред широк спектър от предизвикателства от измерванията на производителността, като консумация на енергия и живот на батерията, чрез тест за съответствие и производство, внедряване и операции за обслужване и ремонт на услуги.
От това следва, че изискванията за живот на батерията са повече от 10 години и изискванията за латентност, вариращи от минути до микросекунди, стават уместни. Някои приложения, изискващи глобално покритие и мобилност, ще се фокусират върху клетъчни технологии като LTE-M и NB-IOT, но повечето устройства ще използват неклетъчни безжични технологии като Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Thread, Enocean, Sigfox и Lora In нелицензирани индустриални, научни и медицински / къси диапазони.
Предизвикателства пред тестовете в RF Design
Тестването на цялостното комуникация на поведението на IOT устройствата е важна тема във всички фази на жизнения цикъл на продукта. RF Design изисква специално внимание. Измерванията на IOT устройството обикновено започват с RF мощност, спектър и измервания на чувствителността на приемника в свързан режим. S-параметри се измерват, за да се провери и настройва изпълнението на антената на IOT устройството.
След това се препоръчва прекомерно измерване на въздуха на общата излъчвана мощност и общата изотропна чувствителност на крайния дизайн. Може също така да бъде подходящо за извършване на измервания при определени условия за избледняване или да се прилага техники за подобряване на покритието, като тези, използвани за NB-IOT и LTE-M устройства.
Проектирането на подходящи хардуер и софтуер е особено важно за устройствата с ниска мощност, например прилагане на оптимална консумация на енергия в активен режим, но и режими на дълбоко сън или кратки фази на стартиране / изключване. IOT устройства, които използват безжични технологии с ниска мощност (LP-WAN), като LTE-M или NB-IOT, трябва да разгледат всички аспекти на оперативните режими и функции като PSM, EDRX или CE.
Производителите на устройства, операторите и производителите на инфраструктура изискват цялостно тестово портфолио за ускоряване на въвеждането на приложения и услуги на IOT. Това не може да бъде постигнато, без да се проверява съответствие на IOT устройствата с регулаторни, оператори и стандарти изисквания.
Дори и с добре дефинирани процеси, много нови дизайни на IOT устройства все още се провалят при първия опит. Регулаторите са определили тестови случаи, за да осигурят съвместно съществуване и удобни за мрежата операции за безжични технологии, работещи в същата честотна лента. Bluetooth, Wi-Fi и Zigbee, например, всички работят в една и съща 2.4GHz ISM лента. Тяхното сертифициране се фокусира върху темите за съответствие на RF и протокола, за да се осигури оперативна съвместимост и висока производителност. Операторите могат да поискат допълнителни тестове за разрешаване на IOT устройства за техните мрежи.
За автора
Jörg Köpp е пазарен сегмент мениджър - IOT, Rohde & Schwarz
