최근 휴대 전화의 IoT (C-의 IoT) 생태계, 특히 3GPP 표준화는 같은 물 미터, 소 모니터링, 스마트 주차 또는 자산 추적과 같은 애플리케이션을위한 대규모 시스템 유형 통신 (MMTC) 시장 활성화에 초점을 맞추고있다. 베이스 주변 기술의 협 대역 (NB-의 IoT)의 인터넷 (고양이-NB1 / 2) 향상된 기계 형 통신 (eMTC) (고양이-M)는 REL 개발되었다. 매우 낮은 (불연속 수신 (eDRX 확장), 전원 모듈 (PSM)) 및 전력 소모에 따르면 향상 (CE 모드)를위한 전용 기능 13/14. 한편, 전세계 약 140 이동 통신 사업자는 LTE M 또는 NB-의 IoT 네트워크 및 GSA (글로벌 모바일 공급자 협회) 배포 한 고양이-M1, 고양이-NB1 또는 고양이-NB2를 모두 지원하는 500 개 이상의 장치를 계산했다.
2G 및 3G 네트워크에서의 IoT의 여러 산업 분야에서 응용 프로그램뿐만 아니라 글로벌 위상을 신흥 더 많은 응용 프로그램 별 확장의 필요성을 구동한다. 따라서, 3GPP는 계속해서 특정 애플리케이션 요구 (도 1)을 커버하도록 NB-의 IoT 및 eMTC의 개선에 노력하고있다. REL로 도입 예는 웨이크 업 신호 또는 초기 데이터 전송이다. 15. 최적화 전력 소비 및 반응 시간에 모두 도움이됩니다. 그러나 장기적으로 5G의 시대에 원활한 전환이 필요하다.
5G 시대의 C-의 IoT
처음부터 설계된 최초의 모바일 네트워크 세대뿐만 아니라 모바일 광대역 시장 (eMBB)를 지원하기 위해, 또한 성장의 IoT 시장은 5 세대였다. 이미 제 5G 릴리스 재단은, 예를 들면, 공장 자동화에 의해 요구 5G에 4G에서 MMTC (NB-의 IoT / eMTC)의 전환을 놓고 소위 울트라 신뢰성, 낮은 레이턴시 통신 (URLLC) 용 하였다. 유연한 수비학, 넓은 주파수 등과 같은 몇몇 5G 새로운 무선 (NR)의 특성, 기본 보안 가상화 여러 층 eMBB, MMTC 및 URLLC 에센셜 5G 유즈 케이스를지지하는베이스를 생성한다.
두 요소는 5G 시대 MMTC의 미래에 필수적인 : 인해 무선 자원의 유연한 사용에 5G에서 NB-의 IoT 및 eMTC의 공존; 및 관련의 지원은 세대 코어가 있습니다. REL에 명시된 바와 같이 공존이 있습니다. 16 세대 가능한 NB-의 IoT 및 eMTC 장치 독립형 세대 네트워크에 연결할 수 있도록한다.
산업의 IoT
미래의 공장은 유비쿼터스으로 사용 가능 정보와 자동화의 긴밀한 통합에 의존합니다. 업계는 공장 바닥에 다른 응용 프로그램에 사용할 수있는 안정적이고 안전한 무선 통신 기술을 찾고있다. 이 서로 다른 경우를 해결하기위한 대안이 될,하지만 세대는 그들 모두를 해결할 수있는 잠재력을 가지고 있습니다.
5G MMTC 도구와 물품을 추적하거나, 센서가 접속에 사용할 수있는 장치에 대한 저전력 깊은 범위에 대해 최적화된다.
5G eMBB은 이동성과 높은 데이터 처리량에 최적화되어 있습니다. 그것은 가상 현실 안경과 공장 현장 주위에 사용되는 휴대용 장치를 연결에서 사용하기에 적합합니다.
Rel.16 / 17에서 개발 된 5 세대 URLLC의 새로운 기능은 로봇이나 무인 차량을 제어하기위한 완전 자동화를 가능하게 할 것이다.
URLLC는 대기 시간, 타이밍 및 신뢰성에 관한 명시적인 요구 사항과의 셀룰러 통신을위한 새로운 응용 프로그램 영역입니다. 3GPP는 이러한 요구 사항을 해결하기위한 합리적인 노력을 맡았으며 이제는 포괄적 인 URLLC 도구 세트를 제공합니다. 짧은 기호 시간과 미니 슬롯과 같은 기능을 사용하여 라디오 인터페이스의 대기 시간을 최적화하는 데 도움이 될 것입니다. 빠르고 유연한 반복 프로세스 또는 그랜트 프리 업 링크 전송과 같은 향상된 기능이 있습니다. 네트워크 가상화, 트래픽 우선 순위 및 다중 액세스 에지 컴퓨팅은 엔드 투 엔드 대기 시간을 크게 향상시킵니다. 통신 신뢰성은 강력한 코딩 체계, 패킷 복제 및 반복 및 이중 연결 방식을 적용하여 향상 될 수 있습니다. 이 도구 세트에는 5G를 통해 시간에 민감한 네트워크 또는 LAN 유형 서비스의 지원이 포함되어 있으며 주로 REL.16에서 개발되었습니다. 비인가 환경에서의 시간 동기화 또는 운영을위한 추가 개선은 REL.17에서 개발 중입니다.
대기 시간 및 통신 신뢰성 외에도 네트워크 가용성 및 보안은 산업 환경에서의 임무 및 업무 - 중요한 응용 프로그램에 중요합니다. 따라서 업계는 REL.16에 명시된 네트워크 가상화를 사용하여 개인 스펙트럼 또는 공용 네트워크 통합 NPN을 사용하여 독립형 비 공용 네트워크 (NPN)로 배포 할 수있는 개인 5G 네트워크를 운영하려고했습니다.
NR Light를 소개합니다
5G의 포괄적 인 기능 세트는 예를 들어 극단적 인 저비용, 극한 저전력 및 NB-IOT로 제한된 이동성을위한 다양한 IoT 응용 프로그램을 적절하게 다룹니다. 그러나, 예를 들어 긴 배터리 수명, 완전한 이동성 및 합리적인 데이터 속도가 필요하고, 예를 들어 장거리가 좋고, 합리적인 데이터 속도가 필요하다는 IoT 응용 프로그램, 어린이 안전 웨어레이즈가 많이 있습니다. 다른 예로는 극단적 인 적용 범위가 필요한 비상 센서이지만 대기 시간 및 저전력 소비가 매우 낮습니다. 이러한 중간 범위 IoT 응용 프로그램을 해결하려면 3GPP가 NR Light라는 이름으로 응용 프로그램 요구 사항을 연구하기 시작했습니다. rel. 17 산업 센서, 스마트 웨어러블 및 감시 캠 (그림 2)의 전형적인 요구 사항에 초점을 맞춘 새로운 감소 기능 장치 유형을 표준화 할 것입니다.
비 지상파 네트워크
오늘날 모바일 네트워크는 세계 인구의 80 % 이상이지만 육상 표면의 40 %와 지구 표면의 20 % 미만을 다룰 수 있습니다. 글로벌 감지, 추적 및 모니터링의 IoT 응용 프로그램을 해결하는 유일한 대안은 작은 낮은 지구 궤도 위성을 사용하여 비 지상파 네트워크의 사용입니다. rel. 17, 3GPP는 일반적으로 5G NR 아키텍처에서 위성 구성 요소의 통합을 위해 노력하고 있습니다. 처음에는 비 지상파 네트워크를 통해 장기간 진화 기반 NB-IOT 및 EMTC의 사용을 연구합니다.
테스트의 힘
3GPP는 IoT 생태계에 대한 현재 및 미래의 요구 사항을 충족시키기 위해 지속적으로 표준화를 주도하고 있습니다. 다양한 기능 및 네트워크 시나리오의 다양성은 매우 특정 IoT 응용 프로그램 요구 사항과 함께 장치 및 네트워크 구성 요소의 수명주기를 통해 테스트 및 인증에 대한 수요를 가속화합니다.
대기 시간, 신뢰성 및 전력 소비가 점차 중요 해지고 네트워크의 지속적인 모니터링이 필수적입니다. 결과적으로 넓은 IoT 테스트는 준수 및 제조 테스트, 배포 및 서비스 및 서비스 수리에 대한 배포 및 운영을 통해 전력 소비 및 배터리 수명과 같은 성능 측정에서 광범위한 도전 과제에 직면 해 있습니다.
10 년 이상의 배터리 수명 요건과 분량에서 마이크로 초까지의 대기 시간 요구 사항이 관련됩니다. 글로벌 적용 및 이동성이 필요한 일부 응용 프로그램은 LTE-M 및 NB-IOT와 같은 휴대 전화에 중점을 둡니다. 그러나 대부분의 장치는 Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, 스레드, Enocean, Sigfox 및 Lora와 같은 비 셀룰러 무선 기술을 사용합니다. 무면허 산업, 과학 및 의료 / 단거리 TBands.
RF 설계의 테스트 문제점
IoT 장치의 전반적인 통신 동작을 테스트하는 것은 제품 수명주기의 모든 단계에서 중요한 주제입니다. RF 디자인에는 특별한주의가 필요합니다. IoT 장치 측정은 일반적으로 연결 모드에서 RF 전력, 스펙트럼 및 수신기 감도 측정을 시작합니다. S- 파라미터는 IoT 장치의 안테나 성능을 검증하고 조정하기 위해 측정됩니다.
그 후, 총 방사능의 총 방출력을 지나치게 측정하고 최종 디자인의 총 등방성 감도가 권장됩니다. 또한 특정 페이딩 조건 하에서 측정을 수행하거나 NB-IOT 및 LTE-M 장치에 사용되는 것과 같은 적용 범위 향상 기술을 적용하는 것과 관련이 있습니다.
적절한 하드웨어 및 소프트웨어를 설계하는 것은 저전력 장치에 특히 중요합니다 (예 : 활성 모드에서 최적의 전력 소비가 최적의 전력 소비를 구현하지만 딥 슬립 모드 또는 짧은 시동 / 종료 단계가 있습니다. LTE-M 또는 NB-IOT와 같은 무선 저전력 기술 (LP-WAN)을 사용하는 IOT 장치는 PSM, EDRX 또는 CE와 같은 작동 모드 및 기능의 모든 측면을 고려해야합니다.
장치 제조업체, 운영자 및 인프라 제조업체는 IoT 애플리케이션 및 서비스의 도입을 가속화하기 위해 포괄적 인 테스트 포트폴리오가 필요합니다. 규제, 운영자 및 표준 요구 사항을 사용하여 IoT 장치의 적합성을 검증하지 않고도이 작업을 수행 할 수 없습니다.
잘 정의 된 프로세스가 있더라도 첫 번째 시도에서 IoT 장치의 많은 새로운 디자인이 여전히 실패합니다. 레귤레이터는 동일한 주파수 대역에서 작동하는 무선 기술에 대한 공존 및 네트워크 친화적 인 작업을 보장하기 위해 테스트 사례를 정의했습니다. Bluetooth, Wi-Fi 및 ZigBee는 모두 동일한 2.4GHz ISM 밴드에서 작동합니다. 그들의 인증은 상호 운용성과 고성능을 보장하기 위해 RF 및 프로토콜 적합성 주제에 중점을 둡니다. 운영자는 네트워크에 대한 IoT 장치를 인증하는 추가 테스트를 요청할 수 있습니다.
저자 소개
Jörg Köpp는 시장 세그먼트 관리자 - IoT, Rohde & Schwarz
