Kürzlich hat das zellulare IOT (C-IOT) Ökosystem und insbesondere die 3GPP-Normung, konzentriert sich darauf, den Markt für massive Maschinenart (MMTC) für Anwendungen wie Wassermessung, Kuhüberwachung, Smart Parking oder Asset-Tracking zu ermöglichen. Die Basistechnologien schmalbandiges Internet der Dinge (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) und verbesserte Maschinentyp-Kommunikation (EMTC) (CAT-M) wurden in REL entwickelt. 13/14, mit dedizierten Merkmalen für einen sehr geringen Stromverbrauch (erweiterter diskontinuierlicher Empfang (EDRX), Netzteil (PSM)) und Abdeckungsverbesserungen (CE-Modi). Inzwischen haben rund 140 Mobile-Betreiber auf der ganzen Welt LTE M- oder NB-IOT-Netzwerke eingesetzt, und GSA (Global Mobile Fournisseurs Association) hat mehr als 500 Geräte gezählt, die entweder CAT-M1, CAT-NB1 oder CAT-NB2 unterstützen.
Emerging IOT-Anwendungen in mehreren Branchen sowie der globalen Phase aus 2G- und 3G-Netzwerken, treiben die Notwendigkeit mehr anwendungsspezifischer Erweiterungen. Daher arbeitet 3GPP kontinuierlich an Verbesserungen für NB-IOT und EMTC, um bestimmte Anwendungsanforderungen abzudecken (Abbildung 1). Beispiele sind Wecksignale oder eine frühe Datenübertragung, wie in REL eingeführt. 15. Beide helfen, den Stromverbrauch und die Reaktionszeiten zu optimieren. Langfristig besteht jedoch ein Bedarf an einem reibungslosen Übergang zur Ära von 5 g.
C-iot in der Ära von 5g
Die erste Mobilfunknetzgeneration, die von Anfang an entworfen wurde, um nicht nur den mobilen Breitbandmarkt (EMBB) zu unterstützen, sondern auch der wachsende IOT-Markt war 5g. Bereits in der ersten 5G-Freigabe wurde die Stiftung für den Übergang von MMTC (NB-IOT / EMTC) von 4 g bis 5 g gelegt, und für die sogenannte ultra-zuverlässige, geringe Latenzkommunikation (Urlc), die beispielsweise von der Fabrikautomation verlangt wurde. Einige 5G neue Radiosender (NR) -Anmerkmale wie flexible Numerologie, Weitfrequenzunterstützung, eingebaute Sicherheit und mehrere Virtualisierungsschichten erstellen die Basis, um essentiöse 5G-Anwendungsszenarien von BBB, MMTC und URLLC zu unterstützen.
Zwei Faktoren sind für die Zukunft von MMTC in der 5G-Zeit wichtig: das Koexistenz von NB-IOT und EMTC in 5G aufgrund der flexiblen Verwendung von Funkressourcen; und die Unterstützung verwandter Merkmale des 5G-Kerns. Koexistenzfunktionen wie in REL angegeben. 16 ermöglicht es 5g fähige NB-IOT- und EMTC-Geräte, mit einem Standalone 5G-Netzwerk herzustellen.
Industrielles iot.
Fabriken in der Zukunft werden auf die tiefe Integration von Informationen und Automatisierung angewiesen, die von allgegenwärtiger Konnektivität aktiviert sind. Die Branche sucht nach einer zuverlässigen und sicheren drahtlosen Kommunikationstechnologie, die für verschiedene Anwendungen im Fabrikboden verwendet werden kann. Es gibt möglicherweise Alternativen, um verschiedene Fälle anzusprechen, aber nur 5g hat das Potenzial, sie alle anzusprechen.
5G MMTC ist für geringe Leistung und tiefe Abdeckung für Geräte optimiert, die Werkzeuge und Güter verfolgen oder zum Anschließen von Sensoren verwendet werden können.
5G EMBB ist für Mobilität und hoher Datendurchsatz optimiert. Es eignet sich für den Anschluss in der Anschluss von Virtual Reality Gläsern und Handheld-Geräten, die in der Fabrikboden verwendet werden.
Eine neue Funktion in 5g Urlc, die in REL.16 / 17 entwickelt wurde, ermöglicht die vollständige Automatisierung für die Steuerung von Robotern oder automatisierten geführten Fahrzeugen.
Urlc ist ein neuer Anwendungsbereich für die zelluläre Kommunikation mit expliziten Anforderungen an Latenz, Timing und Zuverlässigkeit. 3GPP hat angemessene Anstrengungen verbracht, um diese Anforderungen anzusprechen, und bietet nun ein umfassendes Urlc-Toolset. Es wird dazu beitragen, die Latenzzeit der Funkschnittstelle zu optimieren, wobei Merkmale wie kurze Symbolzeit- und Mini-Slots zusammen mit Verbesserungen wie dem schnellen und flexiblen Wiederholungsprozess oder der gib-kostenlosen Uplink-Übertragung verbunden sind. Netzwerk-Virtualisierung, Verkehrspriorisierung und Rechenrechte mit mehreren Zugangskanten, verbessern die End-to-End-Latenzzeit weitgehend. Kommunikationssicherheit kann verbessert werden, indem robuste Codierungsschemata, Paketvervielfältigung und Wiederholung sowie doppelte Konnektivitätsschemata angewendet werden. Dieses Toolset umfasst die Unterstützung zeiterneller Netzwerke oder lan-Typ-Dienste über 5G, wie hauptsächlich in REL.16 entwickelt wurde. Weitere Verbesserungen für die Zeitsynchronisation oder den Betrieb in nicht lizenzierten Umgebungen sind in der Entwicklung in REL.17.
Neben Latenz- und Kommunikationssicherheit sind Netzwerkverfügbarkeit und -sicherheit für missions- und geschäftskritische Anwendungen im industriellen Umfeld kritisch. Die Branche hat daher auf der Suche nach privaten 5G-Netzwerken gesucht, die als Standalone-Nicht-öffentliche Netzwerke (NPNs) mithilfe von integrierten privaten Spektrum oder integrierten NPNs mit öffentlichen Netzen mit integrierter NPNs mit integrierter Netzwerkvirtualisierung eingesetzt werden können, wie in REL.16 angegeben.
Einführung von NR-Licht
Der umfassende Merkmalssatz von 5g spricht angemessen ein breites Spektrum von IoT-Anwendungen an, beispielsweise solche für extreme kostengünstige, extreme Niedrigleistung und begrenzte Mobilität mit NB-IOT. Es gibt jedoch viele IOT-Anwendungen, Kindersicherheits-Wearables, beispielsweise, die lange Lebensdauer der langen Batterie, sehr guter Abdeckung sowie vollständige Mobilität und angemessene Datenraten benötigen. Andere Beispiele sind Notfallsensoren, die eine extreme Abdeckung benötigen, aber auch sehr niedrige Latenzzeit und geringer Stromverbrauch. Um diese mittleren IOT-Anwendungen anzugehen, begann 3GPP, die Anwendungsanforderungen unter dem Namen NR-Licht zu studieren. In rel. 17 Es wird einen neuen Reduziergerät mit reduziertem Capability-Gerät vereinheitlicht, mit dem Fokus auf die typischen Anforderungen an Industriesensoren, intelligenten Wearables und Überwachungsnocken (Abbildung 2).
Nicht-terrestrische Netzwerke
Mobile Netzwerke können heute mehr als 80% der globalen Bevölkerung abdecken, sondern nur 40% der Landfläche und weniger als 20% der Erdoberfläche. Die einzige, die Alternative zur Ansprache von IoT-Anwendungen der globalen Sensation, des Trackings und der Überwachung ist die Verwendung von nicht-terrestrischen Netzwerken, indem sie winzige Satelliten mit niedrigem Erde verwenden. In rel. 17, 3GPP arbeitet im Allgemeinen an der Integration von Satellitenkomponenten in der 5G-NR-Architektur. Zunächst studiert es die Verwendung von langfristigen Evolutionsbasis NB-IOT und EMTC über nicht-terrestrische Netzwerke.
Die Kraft des Tests
3GPP fährt ständig die Normung an, um gegenwärtige und zukünftige Anforderungen an das IOT-Ökosystem zu erfüllen. Die große Vielfalt der Funktionen und Netzwerkszenarien zusammen mit sehr spezifischen IOT-Anwendungsanforderungen wird die Nachfrage nach Test und Zertifizierung über den Lebenszyklus von Geräten und Netzwerkkomponenten beschleunigen.
Latenz, Zuverlässigkeit und Stromverbrauch werden zunehmend wichtig und die kontinuierliche Überwachung von Netzwerken wird unerlässlich. Infolgedessen steht breitere IOT-Tests ein breites Spektrum von Herausforderungen aus Leistungsmessungen, wie dem Stromverbrauch und der Batterieleben, durch Compliance- und Fertigungstest, Bereitstellung und Vorgänge zur Wartung und In-Service-Reparatur.
Es folgt, dass die Lebensdauer der Akkulaufzeit von mehr als 10 Jahren und Latenzanforderungen von Minuten bis zu Mikrosekunden relevant werden. Einige Anwendungen, die eine globale Abdeckung und Mobilität erfordern, konzentrieren sich auf zelluläre Technologien wie LTE-M und NB-IOT, aber die meisten Geräte verwenden nicht zelluläre drahtlose Technologien wie Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Faden, Enocean, Sigfox und Lora in Unlizenzierte industrielle, wissenschaftliche und medizinische / kurzfristige T-Bands.
Testen Sie Herausforderungen im RF-Design
Das Testen des Gesamt-Kommunikationsverhaltens von IOT-Geräten ist ein wichtiges Thema in allen Phasen des Produktlebenszyklus. RF-Design erfordert besondere Aufmerksamkeit. IOT-Gerätemessungen starten typischerweise mit RF-Strom-, Spektrum- und Empfangsempfindlichkeitsmessungen im angeschlossenen Modus. S-Parameter werden gemessen, um die Antennenleistung des IOT-Geräts zu überprüfen und einzustellen.
Nach diesem wird die Übermessung der gesamten abgestrahlten Leistung und der totalen isotropen Sensibilität des endgültigen Designs empfohlen. Es kann auch relevant sein, Messungen unter bestimmten Abblendungsbedingungen durchzuführen oder Deckungsverbesserungstechniken anzuwenden, z. B. derjenigen, die für NB-IOT- und LTE-M-Geräte verwendet werden.
Die Gestaltung geeigneter Hardware und Software ist besonders wichtig für niedrige Stromgeräte, beispielsweise implementiert einen optimalen Stromverbrauch im aktiven Modus, aber auch Tiefschlafmodi oder kurze Start- / Herunterfahren-Phasen. IOT-Geräte, die drahtlose Niedergut-Technologien (LP-WAN) wie LTE-M oder NB-IOT verwenden, müssen alle Aspekte der Betriebsmodi und Merkmale wie PSM, EDRX oder CE berücksichtigen.
Gerätehersteller, Betreiber und Infrastrukturhersteller erfordern ein umfassendes Testportfolio, um die Einführung von IOT-Anwendungen und -Dienstleistungen zu beschleunigen. Dies kann nicht erreicht werden, ohne dass die Konformität von IOT-Geräten mit regulatorischen, Bedienungs- und Normenanforderungen überprüft werden kann.
Selbst mit klar definierten Prozessen fehlten viele neue Designs von IOT-Geräten zum ersten Mal die Zertifizierung. Die Regulierungsbehörden haben Testfälle definiert, um mit den in derselben Frequenzband arbeiten, um Koexistenz- und netzfreundliche Operationen für drahtlose Technologien zu gewährleisten. Bluetooth, Wi-Fi und Zigbee, zum Beispiel tätig in derselben 2,4-GHz-ISM-Band. Ihre Zertifizierung konzentriert sich auf RF- und Protokoll-Konformitätsthemen, um Interoperabilität und hohe Leistung sicherzustellen. Die Bediener können zusätzliche Tests anfordern, die IOT-Geräte für ihre Netzwerke autorisieren.
Über den Autor
Jörg Köpp ist Marktsegment-Manager - IOT, Rohde & Schwarz
