Recentment, l'ecosistema cel·lular (C-IOT), i especialment l'estandardització de 3GPP, s'ha centrat a permetre el mercat massiu de la comunicació de la màquina (MMTC) per a aplicacions com ara mesurament d'aigua, monitorització de vaca, pàrquing intel·ligent o seguiment d'actius. Les tecnologies de la base d'Internet de banda estreta de les coses (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) i la comunicació de tipus màquina millorada (EMTC) (CAT-M) es van desenvolupar en REL. 13/14, amb característiques dedicades per al consum de potència molt baix (recepció discontínua estesa (EDRX), mòdul d'alimentació (PSM)) i les millores de cobertura (modes CE). Mentrestant, al voltant de 140 operadors de telefonia mòbil a tot el món s'han desplegat les xarxes LTE M o NB-IOT, i GSA (Associació global de proveïdors mòbils) ha comptat amb més de 500 dispositius que donen suport a CAT-M1, CAT-NB1 o CAT-NB2.
Les aplicacions emergents d'IOs en diverses indústries, així com la fase global de les xarxes 2G i 3G, impulsen la necessitat de més extensions específiques d'aplicacions. Per tant, 3GPP està treballant contínuament en millores per a NB-IOT i EMTC per cobrir les demandes d'aplicació específiques (Figura 1). Alguns exemples són senyals de despertador o transmissió de dades primerenques, tal com s'introdueix en REL. 15. Tots dos ajuden a optimitzar el consum d'energia i els temps de reacció. A llarg termini, però, hi ha una necessitat d'una transició suau a l'era de 5G.
C-iot en l'era de 5 g
La primera generació de xarxa mòbil dissenyada des del principi per donar suport no només al mercat de banda ampla mòbil (BEB), sinó també el creixent mercat de l'iot va ser 5G. Ja en el primer llançament 5G, la Fundació es va establir per a la transició de MMTC (NB-IOT / EMTC) de 4G a 5G i per l'anomenada Ultra Fiable Comunicació de baixa latència (URLLC) exigida per, per exemple, l'automatització de fàbrica. Algunes noves característiques de ràdio (NR) de 5 g, com ara la numerologia flexible, el suport de freqüència ampli, la seguretat integrada i diverses capes de virtualització creen la base per donar suport als escenaris de casos d'ús de 5G EMBB, MMTC i URLLC.
Dos factors són essencials per al futur de MMTC a l'època 5G: la coexistència de NB-IOT i EMTC en 5G a causa de l'ús flexible dels recursos de ràdio; i el suport de les característiques relacionades pel nucli 5G. Característiques de coexistència tal com s'especifica a REL. 16 Permetrà dispositius de 5G CAPABLE NB-IOT i EMTC per connectar-se a una xarxa independent 5G.
IOT industrial
Les fàbriques en el futur es basaran en la integració profunda de la informació i l'automatització, habilitades per la connectivitat omnipresent. La indústria està buscant una tecnologia de comunicació sense fils fiables i segures que es pot utilitzar per a diferents aplicacions a la planta de fàbrica. Pot haver-hi alternatives per fer front a diferents casos, però només 5 g té el potencial per fer-ne front a tots.
5G MMTC està optimitzat per a la baixa potència i cobertura profunda per a dispositius que fan un seguiment de les eines i els béns o es poden utilitzar per a la connexió de sensors.
5G EmbB està optimitzat per a la mobilitat i el rendiment d'alta dades. És adequat per a ús en connectar gots de realitat virtual i dispositius de mà utilitzats al voltant de la planta de fàbrica.
Una nova funció de 5G Urllc, desenvolupada en REL.16 / 17, permetrà l'automatització completa per controlar robots o vehicles guiats automatitzats.
Urllc és una nova àrea d'aplicació per a la comunicació cel·lular amb requisits explícits de la latència, la sincronització i la fiabilitat. 3GPP ha gastat esforços raonables per abordar aquests requisits i ara proporciona una botiga d'eines urllc completa. Ajudarà a optimitzar la latència de la interfície de ràdio, amb funcions com ara temps de símbols curts i mini ranures, juntament amb les millores, com ara el procés de repetició ràpida i flexible o transmissió d'enllaç ascendent gratuït. La virtualització de la xarxa, la priorització de trànsit i la computació de vora de múltiples accés milloraran la latència final a l'extrem. La fiabilitat de les comunicacions es pot millorar aplicant programes de codificació robusta, duplicació de paquets i repetició, així com esquemes de connectivitat dual. Aquesta botiga d'eines inclou el suport de xarxes sensibles al temps o serveis de tipus LAN a través de 5G, com es desenvolupen principalment en REL.16. Millores addicionals per a la sincronització o l'operació de temps en entorns sense llicència estan en desenvolupament en REL.17.
A més de la fiabilitat de la latència i la comunicació, la disponibilitat de la xarxa i la seguretat són fonamentals per a aplicacions de missió i empresarial-crítica en l'entorn industrial. Per tant, la indústria ha estat buscant operar xarxes privades de 5G que es podrien implementar com a xarxes no públiques independents (NPN) mitjançant espectre privat o NPN integrat de xarxa pública mitjançant virtualització de la xarxa tal com s'especifica a REL.16.
Presentació de la llum NR
El conjunt de característiques integrals de 5G aborda adequadament una àmplia gamma d'aplicacions d'iTo, per exemple, aquelles de baixa potència de baix cost, de baixa potència i mobilitat limitada amb NB-IOT. Hi ha, però, un munt d'aplicacions IOs, les tovalloles de seguretat dels nens, per exemple, que necessiten una llarga vida útil de la bateria, una cobertura molt bona, així com la mobilitat completa i les taxes de dades raonables. Altres exemples són sensors d'emergència que necessiten una cobertura extrema, però també la latència molt baixa i baix consum d'energia. Per fer front a aquestes aplicacions de rang mitjà, 3GPP va començar a estudiar els requisits de l'aplicació sota el nom de NR Light. En rel. 17 Estandarditzarà un nou tipus de dispositiu de capacitat reduït amb l'enfocament en els requisits típics dels sensors industrials, les xarxes intel·ligents i les càmeres de vigilància (figura 2).
Xarxes no terrestres
Avui, les xarxes mòbils poden cobrir més del 80% de la població global, però només el 40% de la superfície terrestre i inferior al 20% de la superfície de la Terra. L'única alternativa digna per abordar les aplicacions IOT de la detecció global, el seguiment i el seguiment és l'ús de xarxes no terrestres mitjançant l'ús de satèl·lits d'òrbita terrestres petits. En rel. 17, 3GPP està treballant en la integració dels components de satèl·lits a l'arquitectura NR 5G en general. Inicialment, estudia l'ús d'evolució a llarg termini NB-IOT i EMTC a través de xarxes no terrestres.
El poder de les proves
3GPP condueix contínuament la normalització per satisfer els requisits actuals i futurs per a l'ecosistema IO. La gran diversitat de característiques i escenaris de xarxa, juntament amb els requisits d'aplicació de l'iot molt específics, acceleraran la demanda de proves i certificacions sobre el cicle de vida dels dispositius i components de xarxa.
La latència, la fiabilitat i el consum d'energia esdevenen cada vegada més importants i el seguiment continu de les xarxes es farà essencial. Com a resultat, les proves més àmplies de l'iot s'enfronta a un ampli ventall de reptes de les mesures de rendiment, com ara el consum d'energia i la durada de la bateria, mitjançant el compliment i la prova de fabricació, desplegament i operacions de servei i reparació en servei.
Segueix que les necessitats de vida de la bateria de més de 10 anys i requisits de latència que van des de minuts a microsegons es fan rellevants. Algunes aplicacions que requereixen cobertura global i mobilitat se centraran en les tecnologies cel·lulars, com ara LTE-M i NB-IOT, però la majoria de dispositius utilitzaran tecnologies sense fils no cel·lulars com Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, Fil, Enocean, Sigfox i Lora tòbums industrials, científics i mèdics / de curt abast.
Reptes de proves en disseny RF
Provar el comportament global de la comunicació dels dispositius IOT és un tema important en totes les fases del cicle de vida del producte. El disseny de RF requereix una atenció especial. Les mesures de dispositius IOT solen començar amb les mesures de potència, espectre i receptor de RF en mode connectat. Els paràmetres S es mesuren per verificar i sintonitzar el rendiment de l'antena del dispositiu IO.
Després d'això, es recomana mesurar l'aire lliure de la potència radiada total i la sensibilitat total isotròpica del disseny final. També pot ser rellevant realitzar mesures sota certes condicions de decoloració o aplicar tècniques de millora de cobertura, com ara les que s'utilitzen per a dispositius NB-IOT i LTE-M.
El disseny de maquinari i programari adequat és especialment important per a dispositius de baixa potència, per exemple, implementar un consum d'energia òptim en mode actiu, però també modes de son profund o fases curtes d'arrencada / apagat. Els dispositius IOT que utilitzen tecnologies sense fils de baixa potència (LP-WAN), com ara LTE-M o NB-IOT, han de tenir en compte tots els aspectes dels modes operacionals i funcions com ara PSM, EDRX o CE.
Els fabricants de dispositius, operadors i fabricants d'infraestructures requereixen una cartera de proves exhaustives per accelerar la introducció d'aplicacions i serveis de l'iot. Això no es pot aconseguir sense verificar la conformitat dels dispositius IOT amb requisits reguladors, operadors i normes.
Fins i tot amb processos ben definits, molts dissenys nous de dispositius IOT encara fallen la certificació en el primer intent. Els reguladors han definit casos de prova per garantir la convivència i les operacions de xarxa per a tecnologies sense fils que operen en la mateixa banda de freqüència. Bluetooth, Wi-Fi i Zigbee, per exemple, tots operen a la mateixa banda ISM de 2.4GHz. La seva certificació se centra en temes de conformitat de RF i Protocol per garantir la interoperabilitat i el alt rendiment. Els operadors poden sol·licitar proves addicionals que autoritzin dispositius IOT per a les seves xarxes.
Sobre l'autor
Jörg Köpp és el gestor de segments de mercat - IoT, Rohde & Schwarz
