Nesen šūnu IoT (C-IOS) ekosistēma, un jo īpaši 3GPP standartizācija, ir vērsta uz ļaujot masveida mašīnu tipa komunikācijas (MMTC) tirgus lietojumprogrammām, piemēram, ūdens mērīšana, govs monitorings, viedkaršu autostāvvieta vai aktīvu izsekošana. Bāzes tehnoloģijas šaurjoslas internets (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) un uzlabota mašīnu tipa komunikācija (EMTC) (CAT-M) tika izstrādātas Rel. 13/14 ar īpašām funkcijām ļoti zemu enerģijas patēriņu (paplašināta pārtraukta uztveršana (EDRX), barošanas modulis (PSM)) un pārklājuma uzlabojumi (CE režīmi). Pa to laiku ap 140 mobilo sakaru operatoriem visā pasaulē ir izvietoti LTE M vai NB-IoT tīkliem, un GSA (Global Mobile piegādātāju asociācija) ir skaitījusi vairāk nekā 500 ierīces, kas atbalsta vai nu Cat-M1, Cat-NB1 vai CAT-NB2.
Jaunās IoT lietojumprogrammas vairākās nozarēs, kā arī globālā fāze no 2G un 3G tīkliem, vadīt nepieciešamību pēc vairāk pieteikumu specifiskiem paplašinājumiem. Tāpēc 3GPP nepārtraukti strādā pie NB-IoT un EMTC uzlabojumiem, lai aptvertu īpašas lietojumprogrammas prasības (1. attēls). Piemēri ir modināšanas signāli vai agrīna datu pārraide, kā ieviests rel. 15. Abi palīdz optimizēt enerģijas patēriņu un reakcijas laiku. Tomēr ilgtermiņā ir nepieciešams vienmērīgi pāreja uz 5G laikmetu.
C-IOS 5G laikmetā
Pirmā mobilā tīkla paaudze, kas paredzēta no sākuma, lai atbalstītu ne tikai mobilo platjoslas tirgu (EMBB), bet arī pieaugošo IoT tirgus bija 5G. Jau pirmajā 5G versijā tika likts fonds, lai pārejotu MMTC (NB-IOT / EMTC) no 4G līdz 5g un tā saukto Ultra uzticamu, zemu latentuma komunikāciju (urllc), ko pieprasa, piemēram, rūpnīcas automatizācija. Daži 5G jauni radio (NR) raksturlielumi, piemēram, elastīga numeroloģija, plaša frekvences atbalsts, iebūvēts drošība un vairāki virtualizācijas slāņi rada pamatu, lai atbalstītu būtiskus 5G lietošanas gadījuma scenārijus EMBB, MMTC un Urllc.
5G laikmetā ir būtiski divi faktori MMTC nākotnei: NB-IOS un EMTC līdzāspastāvēšana 5G radio resursu elastīgā izmantošana; un ar 5G kodola saistīto iezīmju atbalsts. Līdzāspastāvēšanas funkcijas, kā norādīts REL. 16 ļaus 5G spēj NB-IoT un EMTC ierīcēm, lai izveidotu savienojumu ar atsevišķu 5G tīklu.
Rūpnieciskais iot
Rūpnīcas nākotnē paļaujas uz dziļu integrāciju informācijas un automatizācijas, kas ļāva ar visuresošo savienojumu. Nozare meklē uzticamu un drošu bezvadu sakaru tehnoloģiju, ko var izmantot dažādām lietojumprogrammām rūpnīcas grīdā. Varētu būt alternatīvas, lai risinātu dažādus gadījumus, bet tikai 5g ir potenciāls tos visus risināt.
5G MMTC ir optimizēts zemas jaudas un dziļa pārklājuma ierīcēm, kuras izseko instrumentus un preces vai to var izmantot sensoru savienošanai.
5G EMBB ir optimizēts mobilitātei un augstam datu caurlaidībai. Tas ir piemērots izmantošanai virtuālo realitātes brilles un rokas ierīces, ko izmanto ap rūpnīcas grīdu.
Jauna iezīme 5G urllc, kas izstrādāta REL.16 / 17, ļaus pilnu automatizāciju robotu vai automatizētu vadošo transportlīdzekļu kontrolei.
URLLC ir jauna šūnu komunikācijas lietojumprogrammu teritorija ar skaidriem prasībām attiecībā uz latentumu, laiku un uzticamību. 3GPP ir iztērējis saprātīgus centienus risināt šīs prasības, un tagad nodrošina visaptverošu urllc rīku komplektu. Tas palīdzēs optimizēt latentumu radio saskarnē ar tādām funkcijām kā īss simbolu laiks un mini laika nišas, kopā ar uzlabojumiem, piemēram, ātru un elastīgu atkārtošanās procesu vai bez maksas. Tīkla virtualizācija, satiksmes prioritātes un daudzcenu piekļuves malu skaitļošana lielā mērā uzlabos gala gala latentumu. Komunikāciju uzticamību var uzlabot, piemērojot spēcīgus kodēšanas shēmas, pakešu dublēšanos un atkārtošanos, kā arī divkāršu savienojamības shēmas. Šis rīku komplekts ietver laika jutīgu tīklu vai LAN tipa pakalpojumu atbalstu caur 5G, kā galvenokārt izstrādāts REG.16. Turpmāki uzlabojumi laika sinhronizācijai vai darbībai nelicencētā vidē ir attīstās Rel.17.
Papildus latentuma un komunikācijas uzticamībai tīkla pieejamība un drošība ir būtiska misijas un biznesa kritiskām lietojumprogrammām rūpnieciskajā vidē. Tāpēc nozare ir vērsta uz privāto 5G tīklu darbību, ko varētu izvietot kā atsevišķus publiskus tīklus (NPN), izmantojot privātu spektru vai publisko tīklu integrētu NPN, izmantojot tīkla virtualizāciju, kā norādīts REL.16.
Ieviest NR gaismu
Visaptveroša funkciju komplekts 5G pienācīgi risina plašu IoT lietojumprogrammu klāstu, piemēram, tiem, kas ir ārkārtīgi zemas izmaksas, ārkārtīgi zemas jaudas un ierobežotas mobilitātes ar NB-IoT. Tomēr ir daudz IoT lietojumprogrammu, piemēram, bērnu drošības valkā, kurai ir nepieciešams ilgs akumulatora kalpošanas laiks, ļoti labs pārklājums, kā arī pilnīga mobilitāte un saprātīgi datu pārraides ātrumi. Citi piemēri ir avārijas sensori, kuriem nepieciešams ekstrēms pārklājums, bet arī ļoti zems latentums un zems enerģijas patēriņš. Lai risinātu šos vidēja diapazona IoT pieteikumus, 3GPP sāka izpētīt pieteikuma prasības saskaņā ar nosaukumu Nr. NR gaismu. In rel. 17 Tā gatavojas standartizēt jaunu samazinātu spēju ierīces veidu, koncentrējoties uz rūpniecisko sensoru tipiskajām prasībām, gudriem valkātiem un novērošanas kamerām (2. attēls).
Non-sauszemes tīkli
Šodien mobilie tīkli var aptvert vairāk nekā 80% no pasaules iedzīvotāju, bet tikai 40% no zemes virsmas un mazāk nekā 20% no Zemes virsmas. Vienīgā cienīga alternatīva, lai risinātu Global Sensing, izsekošana un uzraudzība, ir ne-sauszemes tīklu izmantošana, izmantojot tiny zemas zemes orbītā satelītus. In rel. 17, 3GPP strādā pie satelītu komponentu integrācijas 5G NR arhitektūrā kopumā. Sākotnēji tā pētījumi izmanto ilgtermiņa evolūcijas NB-INT un EMTC, izmantojot ne-sauszemes tīklus.
Testēšanas jauda
3GPP nepārtraukti vada standartizāciju, lai apmierinātu pašreizējās un nākotnes prasības IoT ekosistēmai. Liela funkciju un tīkla scenāriju daudzveidība kopā ar ļoti specifiskām Io lietojumprogrammu prasībām paātrinās pieprasījumu pēc testa un sertifikācijas ierīču un tīkla komponentu dzīves ciklā.
Latentums, uzticamība un enerģijas patēriņš kļūst arvien svarīgāka un nepārtraukta tīklu uzraudzība kļūs būtiska. Rezultātā plašāka IoT testēšana saskaras ar plašu problēmu klāstu no veiktspējas mērījumiem, piemēram, enerģijas patēriņu un akumulatora darbības laiku, izmantojot atbilstības un ražošanas pārbaudi, izvietošanu un darbības apkalpošanu un ekspluatācijas remontu.
No tā izriet, ka akumulatora darbības laiks ir vairāk nekā 10 gadu un latentuma prasības, sākot no minūtēm līdz mikrosekundēm. Dažas lietojumprogrammas, kas prasa globālu pārklājumu un mobilitāti, koncentrēsies uz šūnu tehnoloģijām, piemēram, LTE-M un NB-IoT, bet lielākā daļa ierīču izmantos bezvadu bezvadu tehnoloģijas, piemēram, Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, pavedienu, ENOCEAN, SIGFOX un LORA nelicencētas rūpniecības, zinātnes un medicīnas / īsās diapazona Tbands.
Testa izaicinājumi RF dizainā
Testēšana Kopējā sakaru uzvedība IoT ierīcēm ir svarīgs temats visos posmos produkta dzīves cikla. RF dizains prasa īpašu uzmanību. IoT ierīces mērījumi parasti sākas ar RF jaudu, spektra un uztvērēja jutības mērījumiem savienotā režīmā. S-parametri tiek mērīti, lai pārbaudītu un noregulētu ioT ierīces antenas veiktspēju.
Pēc tam ieteicams izmantot kopējo izstaroto jaudu un kopējo izotropo jutību gala dizainu. Tas var būt būtiski arī veikt mērījumus noteiktos izbalēšanas apstākļos vai piemērot pārklājuma uzlabošanas metodes, piemēram, tās, ko izmanto NB-IoT un LTE-M ierīcēm.
Piemērotas aparatūras un programmatūras izstrāde ir īpaši svarīga zemas jaudas ierīcēm, piemēram, optimāla enerģijas patēriņa ieviešana aktīvajā režīmā, bet arī dziļi miega režīmi vai īsi starta / izslēgšanas fāzes. IoT ierīces, kas izmanto bezvadu mazjaudas tehnoloģijas (LP-WAN), piemēram, LTE-M vai NB-IOT, ir jāapsver visi darbības režīmu un funkciju aspekti, piemēram, PSM, EDRX vai CE.
Ierīces veidotājiem, operatoriem un infrastruktūras ražotājiem ir nepieciešams visaptverošs testa portfelis, lai paātrinātu IoT lietojumprogrammu un pakalpojumu ieviešanu. To nevar panākt, nepārbaudot IoT ierīču atbilstību normatīvo, operatora un standartu prasībām.
Pat ar labi definētiem procesiem, daudzi jauni io ierīču dizaini joprojām neizdodas sertifikātu pirmajā mēģinājumā. Regulatori ir noteikuši testa gadījumus, lai nodrošinātu līdzāspastāvēšanas un tīklu draudzīgas darbības bezvadu tehnoloģijām, kas darbojas tajā pašā frekvenču joslā. Bluetooth, Wi-Fi un ZigBee, piemēram, visi darbojas tajā pašā 2.4GHz ISM joslā. To sertifikācija ir vērsta uz RF un protokola atbilstības tēmām, lai nodrošinātu savstarpēju izmantojamību un augstu veiktspēju. Operatori var pieprasīt papildu testus, kas atļauj ioT ierīces saviem tīkliem.
Par autoru
Jörg Köpp ir tirgus segmenta vadītājs - IoT, Rohde & Schwarz
