For nylig har cellulær IOT (C-IOT) økosystemet og især 3GPP-standardiseringen fokuseret på at muliggøre MMTC-markedets massive maskintype for applikationer som vandmåling, koovervågning, smart parkering eller aktivsporing. Base Technologies smalbåndsinternet af ting (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) og forbedret maskin type kommunikation (EMTC) (CAT-M) blev udviklet i rel. 13/14, med dedikerede træk til meget lavt strømforbrug (udvidet diskontinuerlig modtagelse (EDRX), strømforsyningsmodul (PSM)) og dækningsforbedringer (CE-tilstande). I mellemtiden har omkring 140 mobiloperatører rundt om i verden implementeret LTE M eller NB-IOT-netværk, og GSA (Global Mobile Suppliers Association) har talt mere end 500 enheder, der understøtter enten CAT-M1, CAT-NB1 eller CAT-NB2.
Emerging IOT-applikationer i flere brancher, samt den globale fase ud af 2G og 3G-netværk, driver behovet for flere applikationsspecifikke udvidelser. Derfor arbejder 3GPP løbende på forbedringer for NB-IOT og EMTC for at dække specifikke ansøgningskrav (figur 1). Eksempler er vågne opsignaler eller tidlig dataoverførsel, som introduceret i rel. 15. Begge hjælper med at optimere strømforbruget og reaktionstiderne. På lang sigt er der imidlertid et behov for en jævn overgang til ERA på 5 g.
C-IOT i ERA på 5G
Den første mobilnetværk, der er designet fra starten til at understøtte ikke kun det mobile bredbåndsmarked (EMBB), men også det voksende IOT-marked var 5 g. Allerede i den første 5G-frigivelse blev fundamentet lagt til overgangen af MMTC (NB-IOT / EMTC) fra 4G til 5G og for såkaldt Ultra pålidelig, lav latens kommunikation (Urllc) krævet af for eksempel fabriksautomatisering. Nogle 5G nye radio (NR) egenskaber som fleksibel numerologi, bred frekvensstøtte, indbygget sikkerhed og flere lag virtualisering skaber bunden for at understøtte essentielle 5G-brugsscenarier af EMBB, MMTC og URLLC.
To faktorer er afgørende for fremtiden for MMTC i 5G-æra: sameksistensen af NB-IOT og EMTC i 5G på grund af fleksibel brug af radioessourcer; og understøttelsen af beslægtede funktioner af 5G-kerne. Sameksistensfunktioner som angivet i rel. 16 Tillader 5G-kompatible NB-IOT- og EMTC-enheder til at oprette forbindelse til et frittstående 5G-netværk.
Industrial Iot.
Fabrikker i fremtiden vil stole på dyb integration af information og automatisering, aktiveret af allestedsnærværende forbindelse. Industrien søger en pålidelig og sikker trådløs kommunikationsteknologi, der kan bruges til forskellige applikationer på fabriksgulvet. Der kan være alternativer til at løse forskellige tilfælde, men kun 5g har potentialet til at adressere dem alle.
5G MMTC er optimeret til lav effekt og dyb dækning for enheder, der sporer værktøjer og varer, eller det kan bruges til tilslutning af sensorer.
5G EMBB er optimeret til mobilitet og høj data gennemstrømning. Det er velegnet til at forbinde virtuelle virkelighedsbriller og håndholdte enheder, der anvendes omkring fabriksgulvet.
En ny funktion i 5G URLLC, udviklet i REL.16 / 17, vil muliggøre fuld automatisering til styring af robotter eller automatiserede guidede køretøjer.
Urllc er et nyt applikationsområde til cellulær kommunikation med eksplicitte krav til latens, timing og pålidelighed. 3GPP har brugt rimelig indsats for at løse disse krav og giver nu et omfattende Urllc-værktøjssæt. Det vil medvirke til at optimere latensen på radiointerface, med funktioner som kort symbol tid og mini-slots sammen med forbedringer som hurtig og fleksibel gentagelsesproces eller tildelingsfri uplink-transmission. Netværks virtualisering, trafik prioritering og multi-access kant computing vil i vid udstrækning forbedre end-to-end latensen. Kommunikation pålidelighed kan forbedres ved at anvende robuste kodningsordninger, pakke dobbeltarbejde og gentagelse samt dobbelt tilslutningskilder. Dette værktøjssæt indeholder støtte fra tidsfølsomme netværk eller LAN-type tjenester via 5G, som hovedsagelig udviklet i REL.16. Yderligere forbedringer for tidssynkronisering eller drift i ulicenserede miljøer er i udvikling i REL.17.
Udover latens- og kommunikationssikkerhed er netværks tilgængelighed og sikkerhed afgørende for mission- og forretningskritiske applikationer i industrimiljøet. Industrien har derfor været på udkig efter at drive private 5G-netværk, der kunne implementeres som standalone ikke-offentlige netværk (NPNS) ved hjælp af private spektrum eller offentlige netværk integrerede NPN'er ved hjælp af netværks virtualisering som angivet i REL.16.
Introduktion til Nr Light.
Det omfattende funktionssæt på 5G omhandler tilstrækkeligt en bred vifte af IOT-applikationer, for eksempel dem til ekstrem billig, ekstrem lavkraft og begrænset mobilitet med NB-IOT. Der er dog masser af IOT-applikationer, børns sikkerhedsudstyr, for eksempel, der kræver lang batterilevetid, meget god dækning, samt fuld mobilitet og rimelige datahastigheder. Andre eksempler er beredskabssensorer, der har brug for ekstrem dækning, men også meget lavt latens og lavt strømforbrug. For at løse disse Mid-range IOT-applikationer begyndte 3GPP at studere applikationskravene under navnet nr. Light. I rel. 17 Det vil standardisere en ny reduceret kapacitetsanordningstype med fokus på de typiske krav til industrielle sensorer, smarte slidbaserede og overvågningskameraer (Figur 2).
Ikke-jordbaserede netværk
I dag kan mobilnetværk dække mere end 80% af den globale befolkning, men kun 40% af jordoverfladen og mindre end 20% af jordens overflade. Det eneste værdige alternativ til at tage fat på IOT-applikationer af global sensing, sporing og overvågning er brugen af ikke-jordbaserede netværk ved hjælp af små jordbit-satellitter. I rel. 17, 3GPP arbejder på integrationen af satellitkomponenter i 5G NR-arkitekturen generelt. I første omgang studerer det brugen af langsigtet evolution baseret NB-IOT og EMTC via ikke-jordbaserede netværk.
Testens kraft
3GPP kører løbende standardisering for at opfylde nuværende og fremtidige krav til IOT-økosystemet. Den store mangfoldighed af funktioner og netværksscenarier, sammen med meget specifikke IOT-applikationskrav, vil fremskynde efterspørgslen efter test og certificering over livscyklusen for enheder og netværkskomponenter.
Latens, pålidelighed og strømforbrug bliver stadig vigtigere, og kontinuerlig overvågning af netværk bliver væsentlige. Som følge heraf står en bred vifte af udfordringer fra præstationsmålinger, såsom strømforbrug og batterilevetid, gennem overholdelse og fremstillingstest, implementering og drift til service og reparation af service.
Det følger heraf, at batterilevetidskrav på mere end 10 år og latenskrav, der spænder fra få minutter til mikrosekunder, bliver relevante. Nogle applikationer, der kræver global dækning og mobilitet, vil fokusere på cellulære teknologier som LTE-M og NB-IOT, men de fleste enheder vil bruge ikke-cellulære trådløse teknologier som Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, tråd, Encean, Sigfox og Lora i Ulicenseret industrielle, videnskabelige og medicinske / korte rækkevidde tbands.
Test udfordringer i RF Design
Testning af den overordnede kommunikationsadfærd hos IOT-enheder er et vigtigt emne i alle faser af produktets livscyklus. RF design kræver særlig opmærksomhed. IOT-enhedsmålinger starter typisk med RF-strøm, spektrum og modtagerens følsomhedsmålinger i tilsluttet tilstand. S-parametre måles for at verificere og tune antennens ydeevne af IOT-enheden.
Herefter anbefales over-the-luftmåling af den samlede udstrålede effekt og den samlede isotrope følsomhed af det endelige design. Det kan også være relevant at udføre målinger under visse fadingforhold eller anvende dækningsforbedrende teknikker, såsom dem, der anvendes til NB-IOT- og LTE-M-enheder.
Design af passende hardware og software er især vigtigt for lavt strømforsyning, for eksempel at implementere optimalt strømforbrug i aktiv tilstand, men også dybdestemetoder eller korte opstarts- / nedlukningsfaser. IOT-enheder, der bruger trådløse lavtkraftteknologier (LP-WAN), såsom LTE-M eller NB-IOT, skal overveje alle aspekter af driftsformer og funktioner som PSM, EDRX eller CE.
Enhedsproducenter, operatører og infrastrukturproducenter kræver en omfattende testportefølje for at fremskynde indførelsen af IOT-applikationer og -tjenester. Dette kan ikke opnås uden at verificere overensstemmelsen af IOT-enheder med regulerings-, operatør- og standarderkrav.
Selv med veldefinerede processer fejler mange nye designs af IOT-enheder stadig certificering ved første forsøg. Tilsynsmyndigheder har definerede testsager for at sikre sameksistens og netværksvenlige operationer til trådløse teknologier, der opererer i samme frekvensbånd. Bluetooth, Wi-Fi og ZigBee, for eksempel, opererer alle i samme 2.4GHz ISM band. Deres certificering fokuserer på RF- og protokolomformationsemner for at sikre interoperabilitet og høj ydeevne. Operatører kan anmode om yderligere tests, der tillader IOT-enheder til deres netværk.
Om forfatteren
Jörg Köpp er Market Segment Manager - Iot, Rohde & Schwarz
