اخیرا اکوسیستم IOT Cellular IOT (C-IOT) و به ویژه استاندارد سازی 3GPP، بر امکان فعال کردن بازار ارتباطی نوع ماشین (MMTC) برای برنامه های کاربردی مانند اندازه گیری آب، نظارت بر گاو، پارکینگ هوشمند یا ردیابی دارایی متمرکز شده است. فن آوری های پایه اینترنت باند فرودگاه (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) و افزایش ارتباط نوع دستگاه (EMTC) (CAT-M) در Rel توسعه یافتند. 13/14، با ویژگی های اختصاصی برای مصرف بسیار کم انرژی (پذیرش پذیرش قطع شده (EDRX)، ماژول منبع تغذیه (PSM)) و پیشرفت های پوشش (حالت های CE). در عین حال، حدود 140 اپراتور تلفن همراه در سراسر جهان شبکه های LTE M یا NB-IOT را مستقر کرده اند و GSA (انجمن جهانی تامین کنندگان تلفن همراه) بیش از 500 دستگاه را پشتیبانی می کند که از CAT-M1، CAT-NB1 یا CAT-NB2 پشتیبانی می کند.
در حال ظهور برنامه های کاربردی IoT در صنایع مختلف، و همچنین فاز جهانی از شبکه های 2G و 3G، نیاز به افزونه های خاص برنامه های کاربردی را در اختیار دارد. بنابراین، 3GPP به طور مداوم بر روی پیشرفت های NB-IOT و EMTC برای پوشش درخواست های کاربردی خاص (شکل 1) کار می کند. مثالها سیگنال های بیدار شدن یا انتقال داده های اولیه هستند، همانطور که در Rel معرفی شده است. 15. هر دو به منظور بهینه سازی مصرف برق و زمان واکنش کمک می کنند. با این حال، در دراز مدت، نیاز به انتقال صاف به دوران 5G وجود دارد.
C-IOT در دوران 5G
اولین نسل شبکه تلفن همراه که از ابتدا طراحی شده است، نه تنها بازار پهنای باند تلفن همراه (EMBB) را پشتیبانی می کند، بلکه بازار رشد IOT 5G نیز بود. در حال حاضر در اولین انتشار 5G، پایه برای انتقال MMTC (NB-IOT / EMTC) از 4G تا 5G گذاشته شد و به اصطلاح ارتباطی به اصطلاح فوق العاده قابل اعتماد و کم (URLLC) مورد نیاز، به عنوان مثال، اتوماسیون کارخانه. برخی از ویژگی های رادیویی جدید 5G (NR) مانند عددی انعطاف پذیر، پشتیبانی فرکانس گسترده، امنیت داخلی و چند لایه مجازی سازی، پایه را برای پشتیبانی از سناریوهای مورد استفاده ضروری 5G از EMBB، MMTC و URLLC ایجاد می کنند.
دو عامل برای آینده MMTC در دوران 5G ضروری است: همزیستی Nb-IoT و EMTC در 5G به دلیل استفاده انعطاف پذیر از منابع رادیویی؛ و پشتیبانی از ویژگی های مرتبط توسط هسته 5G. ویژگی های همکاری به عنوان مشخص شده در Rel. 16 اجازه می دهد دستگاه های NB-IOT و EMTC قادر به اتصال به یک شبکه مستقل 5G باشد.
IOT صنعتی
کارخانه ها در آینده به ادغام عمیق اطلاعات و اتوماسیون متکی هستند، که توسط اتصال همه جا فعال شده اند. این صنعت به دنبال یک تکنولوژی ارتباطی قابل اعتماد و مطمئن بی سیم است که می تواند برای برنامه های مختلف در طبقه کارخانه استفاده شود. ممکن است جایگزین هایی برای رسیدگی به موارد مختلف وجود داشته باشد، اما تنها 5G توان بالقوه برای همه آنها را دارد.
5G MMTC برای پوشش کم و پوشش عمیق برای دستگاه هایی که ابزار و کالا را دنبال می کنند بهینه شده اند یا می توانند برای اتصال سنسورها استفاده شوند.
5G EMBB برای تحرک و توانایی داده های بالا بهینه شده است. این مناسب برای استفاده در اتصال عینک واقعیت مجازی و دستگاه های دستی استفاده شده در اطراف طبقه کارخانه مناسب است.
یک ویژگی جدید در 5G URLLC، توسعه یافته در Rel.16 / 17، اتوماسیون کامل را برای کنترل روبات ها یا وسایل نقلیه هدایت خودکار فعال خواهد کرد.
Urllc یک منطقه کاربردی جدید برای ارتباطات سلولی با نیازهای صریح در مورد تاخیر، زمان بندی و قابلیت اطمینان است. 3GPP تلاش های معقول را برای رسیدگی به این الزامات صرف کرده است و در حال حاضر یک ابزار جامع URLLC را فراهم می کند. این به بهینه سازی تاخیر در رابط رادیویی کمک خواهد کرد، با ویژگی هایی مانند زمان کوتاه نماد کوتاه و اسلات های کوچک، همراه با پیشرفت هایی مانند فرآیند تکرار سریع و انعطاف پذیر یا انتقال بدون کمک هزینه. مجازی سازی شبکه، اولویت بندی ترافیک و محاسبات لبه چندگانه، تا حد زیادی تاخیر پایان به پایان را بهبود می بخشد. قابلیت اطمینان ارتباطات را می توان با استفاده از طرح های برنامه نویسی قوی، تکثیر بسته و تکرار و همچنین طرح های اتصال دوگانه بهبود بخشید. این مجموعه ابزار شامل پشتیبانی از شبکه های حساس به زمان یا خدمات شبکه LAN از طریق 5G، به طور عمده در Rel.16 توسعه یافته است. پیشرفت های بیشتر برای هماهنگ سازی یا عملیات زمان در محیط های بدون مجوز در توسعه در Rel.17 است.
علاوه بر قابلیت اطمینان و قابلیت اطمینان، دسترسی به شبکه و امنیت برای برنامه های مأموریت و کسب و کار حیاتی در محیط صنعتی حیاتی است. بنابراين صنعت به دنبال کارکردن شبکه های 5G خصوصی است که می تواند به عنوان شبکه های غیر عمومی غیر عمومی (NPNS) با استفاده از طیف خصوصی یا شبکه های عمومی شبکه های عمومی با استفاده از مجازی سازی شبکه به عنوان مشخص شده در Rel.16، مستقر شود.
معرفی نور NR
مجموعه ای از ویژگی های جامع از 5G به اندازه کافی به طیف گسترده ای از برنامه های IOT، به عنوان مثال، کسانی که برای کم هزینه کم هزینه، کم قدرت کم قدرت و تحرک محدود با NB-IoT است. با این حال، بسیاری از برنامه های کاربردی IOT، پوشیدنی های ایمنی کودکان، به عنوان مثال، نیاز به طول عمر طولانی مدت، پوشش بسیار خوبی، و همچنین تحرک کامل و نرخ های معقول داده ها وجود دارد. نمونه های دیگر سنسورهای اضطراری هستند که نیاز به پوشش شدید دارند، بلکه زمان تاخیر بسیار کم و مصرف کم مصرف می کنند. برای رسیدگی به این برنامه های IOT IOT، 3GPP شروع به مطالعه نیازهای برنامه تحت نور NR نام. در Rel 17 این است که یک نوع دستگاه جدید کاهش یافته را با تمرکز بر روی الزامات معمول سنسورهای صنعتی، پوشیدنی های هوشمند و دوربین های نظارت (شکل 2) استاندارد کنیم.
شبکه های غیر زمینی
امروزه شبکه های تلفن همراه می توانند بیش از 80 درصد جمعیت جهان را پوشش دهند، اما تنها 40 درصد از سطح زمین و کمتر از 20 درصد از سطح زمین را پوشش می دهند. تنها جایگزین ارزشمند برای رسیدگی به برنامه های کاربردی IOT از سنجش جهانی، ردیابی و نظارت استفاده از شبکه های غیر زمینی با استفاده از ماهواره های کوچک زمین کوچک است. در Rel 17، 3GPP در حال کار بر روی ادغام اجزای ماهواره ای در معماری 5G NR به طور کلی است. در ابتدا، استفاده از NB-IOT مبتنی بر تکامل طولانی مدت و EMTC از طریق شبکه های غیر زمینی را مطالعه می کند.
قدرت آزمایش
3GPP به طور مداوم رانندگی استاندارد برای دیدار با نیازهای فعلی و آینده برای اکوسیستم IoT. تنوع زیادی از ویژگی ها و سناریوهای شبکه، همراه با الزامات کاربردی بسیار خاص IoT، تقاضا را برای آزمون و صدور گواهینامه بر روی چرخه عمر دستگاه ها و اجزای شبکه تسریع می کند.
تأخیر، قابلیت اطمینان و مصرف برق به طور فزاینده ای مهم و نظارت مستمر شبکه ها ضروری است. به عنوان یک نتیجه، آزمایش گسترده تر IOT با طیف گسترده ای از چالش های اندازه گیری های عملکرد، مانند مصرف برق و عمر باتری، از طریق تطابق و تست تولید، استقرار و عملیات به منظور تعمیر و نگهداری خدمات و تعمیر خدمات مواجه است.
این به این معنی است که الزامات عمر باتری بیش از 10 سال و الزامات تاخیری از دقیقه تا میکرو ثانیه ها مربوط می شود. برخی از برنامه های کاربردی که نیاز به پوشش جهانی و تحرک بر تکنولوژی های سلولی مانند LTE-M و NB-IoT تمرکز می کنند، اما اکثر دستگاه ها از فن آوری های بی سیم غیر سلولی مانند بلوتوث، Wi-Fi، ZigBee، Thread، ENOCEAN، SIGFOX و LORA استفاده خواهند کرد غیر مجاز صنعتی، علمی و پزشکی / کوتاه مدت tbands.
چالش های تست در طراحی RF
تست رفتار کلی ارتباطات دستگاه های IOT یک موضوع مهم در تمام مراحل چرخه عمر محصول است. طراحی RF نیاز به توجه ویژه دارد. اندازه گیری های دستگاه IoT معمولا با اندازه گیری های حساسیت RF، طیف و حساسیت گیرنده در حالت متصل شروع می شود. پارامترهای S برای بررسی و تنظیم عملکرد آنتن دستگاه IoT اندازه گیری می شوند.
پس از این، اندازه گیری بیش از حد هوا از کل قدرت تابشی و حساسیت کامل ایزوتروپیک طراحی نهایی توصیه می شود. همچنین ممکن است مربوط به اندازه گیری های تحت شرایط خاصی محو شده باشد یا تکنیک های ارتقاء پوشش مانند موارد استفاده شده برای دستگاه های NB-IOT و LTE-M را اعمال کند.
طراحی سخت افزار و نرم افزار مناسب برای دستگاه های کم قدرت، به ویژه برای استفاده از مصرف انرژی بهینه در حالت فعال، اما همچنین حالت های عمیق خواب یا مراحل راه اندازی کوتاه / خاموش شدن، بسیار مهم است. دستگاه های IOT که از فن آوری های کم قدرت بی سیم (LP-WAN) مانند LTE-M یا NB-IOT استفاده می کنند، باید تمام جنبه های حالت های عملیاتی و ویژگی های مانند PSM، EDRX یا CE را در نظر بگیریم.
سازندگان دستگاه، اپراتورها و تولید کنندگان زیرساخت نیاز به نمونه کارهای جامع تست برای سرعت بخشیدن به معرفی برنامه های کاربردی و خدمات IoT دارند. این را نمی توان بدون تایید انطباق دستگاه های IOT با الزامات نظارتی، اپراتور و استانداردها به دست آورد.
حتی با فرایندهای به خوبی تعریف شده، بسیاری از طرح های جدید دستگاه های IOT هنوز صدور گواهینامه را در اولین تلاش انجام می دهند. تنظیم کننده ها موارد آزمون را برای اطمینان از وجود وجود و عملیات شبکه دوستانه برای فن آوری های بی سیم که در همان باند فرکانس عمل می کنند، تعریف کرده اند. برای مثال بلوتوث، Wi-Fi و ZigBee، همه در همان گروه ISM 2.4GHz عمل می کنند. گواهینامه آنها بر روی موضوعات سازگاری RF و پروتکل تمرکز دارد تا اطمینان حاصل شود قابلیت همکاری و عملکرد بالا. اپراتورها ممکن است تست های اضافی را مجاز به نوشتن دستگاه های IOT برای شبکه های خود درخواست کنند.
درباره نویسنده
Jörg Köpp مدیر بخش بازار است - IoT، Rohde & Schwarz
