Recentemente l'ecosistema di IoT cellulare (C-IOT) e, in particolare la standardizzazione 3GPP, si è concentrata sull'a consortando il mercato massiccio della comunicazione di tipo macchina (MMTC) per applicazioni come la misurazione dell'acqua, il monitoraggio della mucca, il parcheggio intelligente o il monitoraggio delle risorse. Le tecnologie di base a banda larga Internet of Things (NB-IOT) (Cat-NB1 / 2) e la comunicazione avanzata del tipo di macchina (EMTC) (CAT-M) sono state sviluppate in REL. 13/14, con caratteristiche dedicate per un consumo energetico molto basso (reception discontinua estesa (EDRX), Modulo di alimentazione (PSM)) e miglioramenti della copertura (modalità CE). Nel frattempo, circa 140 operatori mobili in tutto il mondo hanno schierato reti LTE M o NB-IOT e GSA (Global Mobile Fornitor Association) ha contato più di 500 dispositivi a supporto di cat-m1, cat-NB1 o Cat-NB2.
Le applicazioni IoT emergenti in diverse industrie, nonché la fase globale su reti 2G e 3G, guidano la necessità di ulteriori estensioni specifiche dell'applicazione. Pertanto, 3GPP sta lavorando continuamente su miglioramenti per NB-IOT e EMTC per coprire richieste di applicazioni specifiche (figura 1). Gli esempi sono segnali sveglia o trasmissione di dati precoci, come introdotto in REL. 15. Entrambi aiutano a ottimizzare il consumo di energia e i tempi di reazione. A lungo termine, tuttavia, c'è bisogno di una transizione liscia all'era di 5G.
C-IOT nell'era di 5G
La prima generazione di rete mobile progettata dall'inizio per supportare non solo il mercato mobile a banda larga (EMBB), ma anche il crescente mercato IOT era 5G. Già nella prima versione 5G, la Fondazione è stata posata per la transizione di MMTC (NB-IOT / EMTC) da 4G a 5G e per la cosiddetta comunicazione ultra affidabile, bassa latenza (URLLC) richiesta da, ad esempio, l'automazione della fabbrica. Alcune nuove nuove nuove caratteristiche radio (NR) come la numeri flessibili, il supporto a base di frequenza ampio, la sicurezza integrata e diversi livelli di virtualizzazione creano la base per supportare gli scenari essenziali di custodia da 5G di utilizzo di EMBB, MMTC e URLLC.
Due fattori sono essenziali per il futuro della MMTC nell'era 5G: la coesistenza di NB-IOT e EMTC in 5G a causa dell'uso flessibile delle risorse radio; e il supporto delle caratteristiche correlate del core 5G. Caratteristiche della coesistenza come specificato in REL. 16 consentirà a 5 g di dispositivi NB-IOT e EMTC in grado di connettersi a una rete standalone 5G.
IOT industriale
Le fabbriche in futuro si affiderà a un'integrazione profonda dell'informazione e dell'automazione, abilitata dalla connettività onnipresente. L'industria è alla ricerca di una tecnologia di comunicazione wireless affidabile e sicura che può essere utilizzata per applicazioni diverse sul pavimento della fabbrica. Potrebbero esserci alternative per affrontare casi diversi, ma solo 5G ha il potenziale per affrontarli tutti.
5G MMTC è ottimizzato per bassa potenza e copertura profonda per dispositivi che tracciano strumenti e merci o può essere utilizzato per il collegamento dei sensori.
5G EmB è ottimizzato per la mobilità e l'elevato throughput di dati. È adatto per l'uso nel collegamento di occhiali di realtà virtuale e dispositivi portatili utilizzati intorno al pavimento della fabbrica.
Una nuova funzionalità in 5G URLLC, sviluppata in REL.16 / 17, consentirà l'automazione completa per il controllo di robot o veicoli guidati automatizzati.
URLLC è una nuova area di applicazione per la comunicazione cellulare con requisiti espliciti in materia di latenza, temporizzazione e affidabilità. 3GPP ha speso sforzi ragionevoli per affrontare questi requisiti e ora fornisce un set di strumenti URLC completo. Aiuterà a ottimizzare la latenza sull'interfaccia radio, con funzionalità come tempi di simbolo corta e mini slot, unitamente a miglioramenti come il processo di ripetizione rapido e flessibile o la trasmissione di uplink senza concessione. La virtualizzazione della rete, la priorità del traffico e il calcolo del bordo multi-accesso miglioreranno in gran parte della latenza end-to-end. L'affidabilità delle comunicazioni può essere migliorata applicando robusti schemi di codifica, duplicazione di pacchetti e ripetizione nonché schemi di doppia connettività. Questo set di strumenti include il supporto di reti sensibili al tempo o servizi di tipo LAN tramite 5G, come principalmente sviluppato in REL.16. Ulteriori miglioramenti per la sincronizzazione del tempo o il funzionamento in ambienti senza licenza sono in sviluppo in REL.17.
Oltre alla latenza e all'affidabilità della comunicazione, la disponibilità di rete e la sicurezza sono fondamentali per applicazioni mission-e business-critical nell'ambiente industriale. L'industria ha quindi cercato di utilizzare reti private 5G che potrebbero essere distribuite come reti indipendenti (NPN) in standalone (NPN) utilizzando Spectrum private o NPN integrati di rete pubblica che utilizzano la virtualizzazione della rete come specificato in Rel.16.
Introducendo NR Light.
Il set di caratteristiche completi di 5G affronta adeguatamente una vasta gamma di applicazioni IoT, ad esempio quelle per estrema a basso costo, estrema bassa potenza e mobilità limitata con NB-IoT. Ci sono, tuttavia, molte applicazioni IOT, le indossabili per la sicurezza dei bambini, ad esempio, che necessitano di una lunga durata della batteria, una copertura molto buona, nonché la piena mobilità e le tariffe dei dati ragionevoli. Altri esempi sono sensori di emergenza che necessitano di copertura estrema, ma anche latezza molto bassa e basso consumo energetico. Per affrontare queste applicazioni IOT di media raggio, 3GPP ha iniziato a studiare i requisiti dell'applicazione sotto il nome NR Light. In rel. 17 Sta standardizzerà un nuovo tipo di dispositivo di capacità ridotto con il focus sui requisiti tipici dei sensori industriali, le indossabili intelligenti e le camme di sorveglianza (figura 2).
Reti non terrestri
Oggi, le reti mobili possono coprire più dell'80% della popolazione globale, ma solo il 40% della superficie del terreno e meno del 20% della superficie terrestre. L'unica alternativa degna di rivolgersi alle applicazioni IoT del rilevamento globale, il monitoraggio e il monitoraggio è l'uso di reti non terrestri utilizzando i minuscoli satelliti orbita a bassa terra. In rel. 17, 3GPP sta lavorando all'integrazione di componenti satellitari nell'architettura 5G NR in generale. Inizialmente, studia l'uso di NB-IOT basato su evoluzione a lungo termine e EMTC tramite reti non terrestri.
Il potere del test
3GPP sta continuamente guidando la standardizzazione per soddisfare i requisiti presenti e futuri per l'ecosistema IoT. La grande varietà di caratteristiche e scenari di rete, insieme a requisiti di applicazione IoT molto specifici, accelereranno la domanda di test e certificazione sul ciclo di vita dei dispositivi e dei componenti di rete.
Latenza, affidabilità e consumo energetico diventano sempre più importanti e il monitoraggio continuo delle reti diventerà essenziale. Di conseguenza, il test di IoT più ampio affronta una vasta gamma di sfide dalle misurazioni delle prestazioni, come il consumo energetico e la durata della batteria, attraverso la conformità e il test di produzione, la distribuzione e le operazioni per la manutenzione e la riparazione in servizio.
Ne consegue che i requisiti della durata della batteria di oltre 10 anni e requisiti di latenza che vanno da minuti a microsecondi sono pertinenti. Alcune applicazioni che richiedono una copertura globale e la mobilità si concentreranno sulle tecnologie cellulari come LTE-M e NB-IOT, ma la maggior parte dei dispositivi utilizzerà tecnologie wireless non cellulari come Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Thread, Enocean, Sigfox e Lora in Tands industriale, scientifico e medico / corto senza licenza.
Test sfide nel design RF
Test Il comportamento generale della comunicazione dei dispositivi IOT è un argomento importante in tutte le fasi del ciclo di vita del prodotto. Il design RF richiede un'attenzione particolare. Le misurazioni del dispositivo IoT sono in genere iniziate con potenza RF, spettro e misurazione della sensibilità del ricevitore in modalità collegata. I parametri S sono misurati per verificare e sintonizzare le prestazioni dell'antenna del dispositivo IoT.
Successivamente, è raccomandata la misurazione eccessiva della potenza irradiata del totale e la sensibilità totale isotropica del design finale. Può anche essere rilevante per eseguire misurazioni in determinate condizioni di sbiadimento o applicare tecniche di miglioramento della copertura come quelle utilizzate per dispositivi NB-IOT e LTE-M.
La progettazione di hardware e software appropriati è particolarmente importante per i dispositivi a bassa potenza, ad esempio l'implementazione di un consumo energetico ottimale in modalità attiva, ma anche modalità di sospensione profonda o brevi fasi di avvio / spegnimento. IOT I dispositivi che utilizzano tecnologie wireless a bassa potenza (LP-WAN) come LTE-M o NB-IOT devono considerare tutti gli aspetti delle modalità operative e delle funzioni come PSM, EDRX o CE.
I produttori di dispositivi, operatori e produttori di infrastrutture richiedono un portfolio di prova completo per accelerare l'introduzione di applicazioni e servizi IOT. Questo non può essere raggiunto senza verificare la conformità dei dispositivi IOT con requisiti normativi, operatori e standard.
Anche con processi ben definiti, molti nuovi progetti di dispositivi IOT non riescono ancora alla certificazione al primo tentativo. I regolatori hanno definito casi di test per garantire la coesistenza e le operazioni di rete per le tecnologie wireless che operano nella stessa banda di frequenza. Bluetooth, Wi-Fi e Zigbee, ad esempio, tutti funzionano nella stessa banda ISM 2.4GHz. La loro certificazione si concentra su argomenti di conformità RF e protocollo per garantire l'interoperabilità e le alte prestazioni. Gli operatori possono richiedere ulteriori test che autorizzano i dispositivi IOT per le loro reti.
Circa l'autore
Jörg Köpp è il gestore del segmento di mercato - IoT, Rohde & Schwarz
