Nedávno buněčný IOT (C-IOT) ekosystém, a zejména standardizace 3GPP, se zaměřil na umožnění masivního trhu typu stroje (MMTC) pro aplikace, jako je měření vody, monitorování krav, inteligentní parkoviště nebo sledování aktiv. Základní technologie úzké připojení k internetu (NB-IOT) (CAT-IOT) (CAT-NB1 / 2) a rozšířené komunikace typu stroje (EMTC) (CAT-M) byly vyvinuty v rel. 13/14, s vyhrazenými funkcemi pro velmi nízkou spotřebu energie (rozšířený diskontinuální recepce (EDRX), modul napájení (PSM)) a vylepšení pokrytí (režimy CE). Mezitím se kolem 140 mobilních operátorů po celém světě nasadíte sítí LTE M nebo NB-IOT sítí a GSA (Global Mobile Dodavatele Association) počítal více než 500 zařízení podporujících buď CAT-M1, CAT-NB1 nebo CAT-NB2.
Vznikající aplikace IOT v několika odvětvích, stejně jako globální fáze z 2G a 3G sítí, řídit potřebu více rozšíření specifických pro aplikaci. Proto 3GPP neustále pracuje na vylepšení pro NB-IOT a EMTC na pokrytí specifických žádostí o aplikace (obrázek 1). Příklady jsou probuzení signály nebo předčasný přenos dat, jak je zavedeno v rel. 15. Obě pomáhají optimalizovat spotřebu energie a reakční časy. V dlouhodobém horizontu však existuje potřeba hladkého přechodu na éru 5G.
C-IOT v éře 5g
První generace mobilní sítě navržená od začátku na podporu nejen mobilního širokopásmového trhu (EMBB), ale také rostoucí IOT trh byl 5G. Již v prvních 5g vydání byla základem pro přechod MMTC (NB-IOT / EMTC) od 4 g až 5 g a pro tzv. Ultra spolehlivou komunikaci s nízkou latencí (URLLC) požadovanou například tovární automatizací. Některé 5G nové rádio (NR) charakteristiky, jako je flexibilní numerologie, široká frekvenční podpora, vestavěná bezpečnost a několik vrstev virtualizace vytvářejí základnu pro podporu základních scénářů pro použití 5g použití EMBBBB, MMTC a URLLC.
Pro budoucnost MMTC jsou nezbytné pro budoucnost MMTC v 5G éře: koexistence NB-IOT a EMTC v 5G v důsledku flexibilního využívání rádiových zdrojů; a podpora souvisejících rysů 5G jádrem. Koexistenční funkce, jak je uvedeno v rel. 16 umožňuje připojení 5G schopných zařízení NB-IOT a EMTC připojení k samostatné síti 5G.
Průmyslový Iot.
Továrny v budoucnu se budou spoléhat na hlubokou integraci informací a automatizace, umožňující všudypřítomnou konektivitou. Průmysl hledá spolehlivou a bezpečnou bezdrátovou komunikační technologii, kterou lze použít pro různé aplikace v továrně. Mohou existovat alternativy pro řešení různých případů, ale pouze 5G má možnost řešit je všechny.
5G MMTC je optimalizován pro nízkou výkonu a hluboké pokrytí zařízení, které sledují nástroje a zboží nebo mohou být použity pro připojení senzorů.
5G EMBB je optimalizován pro mobilitu a vysokou propustnost dat. Je vhodný pro použití v propojení brýlí virtuální reality a ručních zařízení používaných kolem továrně.
Nová funkce v 5G urllc vyvinuté v rel.16 / 17, umožní plnou automatizaci řízení robotů nebo automatizovaných vozidel s průvodcem.
Urllc je nová oblast aplikace pro buněčnou komunikaci s explicitními požadavky týkajícími se latence, načasování a spolehlivosti. 3GPP strávil rozumné úsilí o řešení těchto požadavků a nyní poskytuje komplexní sadu nástrojů URLLLC. Pomůže optimalizovat latenci na rádiovém rozhraní, s vlastnostmi, jako je krátký symbolický čas a mini sloty, spolu s vylepšeními, jako je rychlý a flexibilní opakování procesu nebo grantového uplinkového přenosu. Virtualizace sítě, provozu priorit provozu a výpočetní techniky více přístupů bude do značné míry zlepšovat latenci konce konce. Spolehlivost komunikace lze zlepšit použitím robustních schémat kódování, duplikace paketů a opakování, stejně jako schémata duální připojení. Tento nástroj obsahuje podporu časově citlivých sítí nebo služeb typu LAN přes 5G, jak je vyvinuty v rel.16. Další vylepšení pro synchronizaci času nebo provozu v nelicencovaných prostředích je ve vývoji v rel.17.
Kromě latence a spolehlivosti komunikace jsou dostupnost sítě a zabezpečení kritická pro mise a obchodní kritické aplikace v průmyslovém prostředí. Průmysl se proto snaží provozovat soukromé 5G sítí, které by mohly být nasazeny jako samostatné neveřejné sítě (NPN) pomocí soukromých spektra nebo veřejné sítě integrované npns pomocí virtualizace sítě, jak je uvedeno v rel.16.
Zavedení NR Light.
Komplexní sada funkcí 5G adekvátně řeší širokou škálu aplikací IOT, například těch, kteří mají extrémní nízkonákladové, extrémní nízkoenergetické a omezené mobility s NB-IOT. Existují však spousta aplikací IOt, například bezpečnost dětí, které potřebují dlouhou životnost baterie, velmi dobré pokrytí, stejně jako plná mobilita a přiměřená data dat. Další příklady jsou nouzové senzory, které vyžadují extrémní pokrytí, ale také velmi nízkou latenci a nízkou spotřebu energie. Pro řešení těchto aplikací MID-range IOT začala 3GPP studovat požadavky na aplikaci pod názvem NR Light. V rel. 17 Bude standardizovat nový typ zařízení Snížená schopnost se zaměřením na typické požadavky průmyslových senzorů, inteligentních nosných nosných a dohledových vaček (obrázek 2).
Ne-suchozemské sítě
Dnes mobilní sítě mohou pokrýt více než 80% globální populace, ale pouze 40% povrchu půdy a méně než 20% zemského povrchu. Jediná vhodná alternativa k řešení IOT aplikací globálního snímání, sledování a monitorování je použití non-pozemských sítí pomocí drobných satelitů nízkých zemních orbitu. V rel. 17, 3GPP pracuje na integraci satelitních komponent v architektuře 5G NR obecně. Zpočátku studuje využívání dlouhodobého evoluce založeného NB-IOT a EMTC prostřednictvím non-pozemských sítí.
Síla testování
3GPP je nepřetržitě stálá standardizace pro splnění přítomných a budoucích požadavků pro ekosystém IOT. Velká rozmanitost funkcí a síťových scénářů, spolu s velmi specifickými požadavky aplikace IOT, bude urychlit poptávku po zkoušce a certifikaci přes životní cyklus zařízení a síťových komponent.
Latence, spolehlivost a spotřeba energie se stále více důležitým a nepřetržitým monitorováním sítí bude nezbytné. V důsledku toho širší testování IOT čelí širokému rozsahu výzev z měření výkonnosti, jako je spotřeba energie a životnost baterie, prostřednictvím souladu a výrobního testu, nasazení a operací pro servis a opravy provozu.
Z toho vyplývá, že požadavky na životnost baterie více než 10 let a požadavky na latence v rozsahu od minut do mikrosekund se stávají relevantní. Některé aplikace vyžadující globální pokrytí a mobilitu se zaměří na mobilní technologie, jako je LTE-M a NB-IOT, ale většina zařízení bude používat neměnné bezdrátové technologie, jako je Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, vlákno, Endoan, SIGFOX a LORA IN nelicencované průmyslové, vědecké a lékařské / krátké řady Tbands.
Testovací výzvy v RF designu
Testování celkového komunikačního chování zařízení IOT je důležitým tématem ve všech fázích životního cyklu produktu. Design RF vyžaduje zvláštní pozornost. Měření zařízení IOT obvykle začínají měřením RF, spektra, spektrum a měřením citlivosti přijímače v připojeném režimu. S-parametry se měří pro ověření a naladění anténního výkonu zařízení IOT.
Po tomto se doporučuje měření vzduchu měření celkového vyzařovaného výkonu a celkové izotropní citlivosti konečného provedení. Může být také relevantní pro provádění měření za určitých podmínek mizejících nebo aplikovat techniky vylepšení pokrytí, jako jsou ty, které se používají pro přístroje NB-IOT a LTE-M.
Navrhování vhodného hardwaru a softwaru je zvláště důležitý pro nízkoenergetické zařízení, například implementaci optimální spotřeby energie v aktivním režimu, ale také režimy spánku nebo krátkých spuštění / vypínání fází. Zařízení IOT, která používají bezdrátové technologie s nízkými výkony (LP-WAN), jako je LTE-M nebo NB-IOT, musí zvážit všechny aspekty provozních režimů a funkcí, jako je PSM, EDRX nebo CE.
Výrobci zařízení, operátoři a výrobci infrastruktury vyžadují komplexní zkušební portfolio pro urychlení zavedení aplikací a služeb IOT. Toho nelze dosáhnout bez ověření shody zařízení IOT s regulačními, provozovatelem a normami.
Dokonce i s dobře definovanými procesy, mnoho nových návrhů zařízení IOT stále selže certifikace při prvním pokusu. Regulátoři definovali testovací případy, aby zajistily koexistenci a operace přátelské k síti pro bezdrátové technologie pracující ve stejném frekvenčním pásmu. Bluetooth, Wi-Fi a ZigBee, například, všichni pracují ve stejném 2.4GHz ISM pásmu. Jejich certifikace se zaměřuje na témata shody RF a protokolu, aby byla zajištěna interoperabilita a vysoký výkon. Operátoři mohou požádat o další testy autorizujících zařízení IOT pro jejich sítě.
O autorovi
Jörg Köpp je Segment Segment Segment - IOT, Rohde & Schwarz
