最近、セルラーIOT（C-IOT）生態系、特に3GPP標準化は、水道計装、牛の監視、スマートパーキング、または資産追跡などのアプリケーションの大規模な機械式通信（MMTC）市場を可能にすることに注力しています。基本技術（NB-IOT）（CAT-NB1 / 2）および強化された機械式通信（CAT-M）（CAT-M）がRELで開発されました。 13/14は、非常に低い消費電力（拡張不連続受信（EDRX）、電源モジュール（PSM））およびカバレッジの機能強化（CEモード）の専用機能を備えています。その間、世界中の約140のモバイル事業者がLTE MまたはNB-IOTネットワークを展開しており、GSA（Global Mobile Supporter Associatier）がCAT-M1、CAT-NB1またはCAT-NB2のいずれかをサポートする500以上のデバイスをカウントしました。
いくつかの産業の新たなIoTアプリケーション、および2Gネットワークと3Gネットワークのうちグローバルフェーズで、より多くのアプリケーション固有の拡張の必要性を推進します。したがって、3GPPは、特定のアプリケーションの要求をカバーするためのNB-IOTおよびEMTCの改善に継続的に取り組んでいます（図1）。 RELで導入されているように、例はウェイクアップ信号または初期データ送信です。両方とも、消費電力と反応時間を最適化するのに役立ちます。しかしながら、長期的には、5gの時代への滑らかな移行が必要とされている。
5Gの時代のC-IOT
最初から設計された最初のモバイルネットワーク生成は、モバイルブロードバンド市場（EMB）だけでなく、IOT市場の増加も5Gでした。すでに最初の5Gリリースでは、ファンダーは、4Gから5GまでのMMTC（NB-IOT / EMTC）の遷移、例えばファクトリオートメーションによって要求される、いわゆる超信頼性の低い低遅延通信（URLLC）の推移を築きました。柔軟な数論、広い周波数サポート、内蔵のセキュリティ、およびいくつかの仮想化の層などの5G新しいラジオ（NR）特性、EMBB、MMTC、URLLCのUsential 5gユースケースシナリオをサポートするための基本を作成します。
2 g時代のMMTCの将来には2つの要因が不可欠です。無線リソースの柔軟な使用による5GのNB-IOTとEMTCの共存。 5Gコアによる関連機能のサポート。 RELで指定されている共存機能16は、5G対応NB-IOTおよびEMTCデバイスがスタンドアロン5Gネットワークに接続できるようにします。
産業用イート
将来の工場は、ユビキタス接続により有効にされた、情報と自動化の深い統合に依存しています。業界は、工場の床でさまざまなアプリケーションに使用できる信頼性の高い安全な無線通信技術を探しています。さまざまなケースに対処するための代替案があるかもしれませんが、5Gだけがそれらすべてに対処する可能性があります。
5G MMTCは、ツールや商品を追跡する、またはセンサーを接続するために使用できる機器のための低消費電力および深いカバレッジに最適化されています。
5G EMBBは、モビリティと高いデータスループットのために最適化されています。工場床の周りに使用される仮想リアリティメガネとハンドヘルドデバイスの接続に使用するのに適しています。
REL.16 / 17で開発された5G URLLCの新機能は、ロボットや自動ガイド式車両を制御するためのフルオートメーションを可能にします。
URLLCは、待ち時間、タイミング、および信頼性に関する明示的な要件を持つセルラコミュニケーションのための新しいアプリケーション領域です。 3GPPはこれらの要件に対処するために合理的な努力を費やし、今や包括的なURLLCツールセットを提供しています。それは、無線インターフェースの待ち時間を最適化するのに役立ちます。ネットワーク仮想化、トラフィックの優先順位付けおよびマルチアクセスエッジコンピューティングは、エンドツーエンドの待ち時間を大幅に向上させます。コミュニケーション信頼性は、堅牢な符号化方式、パケットの重複および繰り返し、ならびにデュアル接続方式を適用することによって改善することができる。このツールセットには、主にREL.16で開発された、5Gを介した時間依存ネットワークまたはLAN型サービスのサポートが含まれています。許可されていない環境における時間同期または運用のさらなる改善は、Rel.17で開発中です。
待ち時間と通信の信頼性の他に、ネットワークの可用性とセキュリティは、産業環境におけるミッションおよびビジネスクリティカルなアプリケーションにとって重要です。したがって、業界は、REL.16で指定されているネットワーク仮想化を使用して、プライベートスペクトルまたはパブリックネットワーク統合NPNを使用して、スタンドアロン非公開ネットワーク（NPNS）として展開できるプライベート5Gネットワutを操作しています。
NRライトを導入する
5Gの包括的な特徴セットは、幅広いIoTアプリケーション、例えば、極端な低コスト、極端な低消費電力、およびNb-IoTを備えた制限された移動性を適切に取り組む。しかし、たとえば、長いバッテリーの寿命、非常に良いカバレッジ、および完全な移動性と合理的なデータレートが必要とされている、たくさんのIoTアプリケーション、子供の安全ウェアラブルがたくさんあります。他の例は、極端なカバレッジを必要とする緊急センサーですが、非常に低い待ち時間と低消費電力です。これらの中規模のIoTアプリケーションに対処するために、3GPPはNRライトの名称の下でのアプリケーション要件を研究し始めました。 rel。 17産業用センサー、スマートウェアラブル、監視カムの典型的な要件に焦点を当てて、新しい減少した能力デバイスタイプを標準化する予定です（図2）。
非地上ネットワーク
今日、モバイルネットワークは世界的な人口の80％以上をカバーすることができますが、土地表面の40％、地球の表面の20％未満だけをカバーすることができます。グローバルセンシング、追跡、監視のIOTアプリケーションに対処するための唯一の価値のある代替案は、小さな低地球軌道衛星を使用することによって、非地上ネットワークの使用です。 rel。 17、3GPPは、一般的な5G NRアーキテクチャにおける衛星コンポーネントの統合に取り組んでいます。当初、非地上ネットワークによる長期進化に基づくNB-IOTおよびEMTCの使用を研究しています。
テストの力
3GPPは、IOTエコシステムの現在および将来の要件を満たすために標準化を継続的に運転しています。非常に特別なIoTアプリケーション要件とともに、大きな多様性の機能とネットワークシナリオは、デバイスとネットワークコンポーネントのライフサイクルを介したテストと認証の需要を高速化します。
待ち時間、信頼性、消費電力がますます重要になり、ネットワークの継続的な監視が不可欠になります。その結果、より広いIOTテストは、コンプライアンスと製造テスト、展開、およびサービス内修理への展開および操作など、電力消費やバッテリ寿命など、幅広い課題に直面しています。
10年以上のバッテリ寿命要件と数分からマイクロ秒までの遅延要件が関連しています。グローバルなカバレッジとモビリティを必要とするアプリケーションによっては、LTE-MやNB-IOTなどの携帯技術に焦点を当てますが、ほとんどのデバイスはBluetooth、Wi-Fi、Zigbee、スレッド、enocean、Sigfox、Loraなどの非セルラーワイヤレステクノロジを使用します。無認可産業、科学的および医療/短距離Tangs。
RFデザインにおけるテストの課題
IOTデバイスの全体的な通信動作をテストすることは、製品ライフサイクルのすべての段階で重要なトピックです。 RFデザインは特別な注意を必要とします。 IOTデバイス測定は通常、接続モードでのRF電力、スペクトルおよび受信機感度測定から始まります。 Sパラメータは、IOTデバイスのアンテナ性能を検証および調整するために測定されます。
その後、全放射電力の全空気測定および最終設計の全等方性感度を推奨する。特定のフェージング条件下で測定を実行すること、またはNB-IOTデバイスおよびLTE-Mデバイスに使用されるもののようなカバレッジ強調技術を適用することもまた関連している可能性があります。
適切なハードウェアとソフトウェアを設計することは、低電力デバイス、例えばアクティブモードでは最適な電力消費を実装するためには特に重要ですが、深いスリープモードや短い起動/シャットダウンフェーズも実装されています。 LTE-MまたはNB-IOTなどのワイヤレス低電力技術（LP-WAN）を使用するIOTデバイスは、PSM、EDRX、またはCEなどの動作モードのすべての側面を考慮する必要があります。
デバイスメーカー、オペレータ、およびインフラストラクチャメーカーは、IOTアプリケーションやサービスの導入を加速するために包括的なテストポートフォリオを必要とします。規制、オペレータ、および標準の要件を備えたIOTデバイスの適合性を検証せずにこれを達成することはできません。
明確に定義されたプロセスでさえ、最初の試みでは、IOTデバイスの多くの新しいデザインがまだ認証に失敗します。レギュレータは、同じ周波数帯で動作するワイヤレステクノロジの共存およびネットワークに優しい操作を保証するためのテストケースを定義しています。たとえば、Bluetooth、Wi-FiとZigBeeはすべて同じ2.4GHzのISMバンドで動作します。彼らの認定は、相互運用性と高性能を確実にするために、RFとプロトコルの適合性のトピックに焦点を当てています。オペレータは、ネットワークのIOTデバイスを認証する追加のテストを要求することがあります。
著者について
JörgKöppはマーケットセグメントマネージャーです - IoT、Rohde＆Schwarz
