Baru-baru ini ekosistem selular IOT (C-IOT), dan terutamanya standardisasi 3GPP, memberi tumpuan kepada membolehkan pasaran komunikasi jenis mesin (MMTC) yang besar untuk aplikasi seperti pemeteran air, pemantauan lembu, tempat letak kereta pintar atau penjejakan aset. Teknologi asas sempit Internet dari perkara (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) dan komunikasi jenis mesin yang dipertingkatkan (EMTC) (CAT-M) telah dibangunkan dalam Rel. 13/14, dengan ciri khusus untuk penggunaan kuasa yang sangat rendah (penerimaan yang tidak berterusan (EDRX), modul bekalan kuasa (PSM) dan peningkatan liputan (mod CE). Dalam pada itu, sekitar 140 pengendali mudah alih di seluruh dunia telah mengerahkan rangkaian LTE M atau NB-IOT, dan GSA (Persatuan Pembekal Bergerak Global) telah menghitung lebih daripada 500 peranti yang menyokong sama ada CAT-M1, CAT-NB1 atau CAT-NB2.
Aplikasi IOT yang muncul dalam beberapa industri, serta fasa global daripada rangkaian 2G dan 3G, memacu keperluan untuk lebih banyak sambungan spesifik. Oleh itu, 3GPP terus mengusahakan penambahbaikan untuk NB-ioT dan EMTC untuk menampung permintaan permohonan tertentu (Rajah 1). Contohnya adalah isyarat bangun atau penghantaran data awal, seperti yang diperkenalkan dalam Rel. 15. Kedua-duanya membantu mengoptimumkan penggunaan kuasa dan masa tindak balas. Walau bagaimanapun, dalam jangka panjang, terdapat keperluan untuk peralihan yang lancar ke era 5G.
C-iot dalam era 5g
Generasi rangkaian mudah alih pertama yang direka dari awal untuk menyokong bukan sahaja pasaran jalur lebar mudah alih (EmbB), tetapi juga pasaran IOT yang semakin meningkat adalah 5g. Sudah dalam pelepasan pertama 5G, Yayasan telah dibentangkan untuk peralihan MMTC (NB-IOT / EMTC) dari 4G hingga 5G dan untuk apa yang dipanggil ultra yang boleh dipercayai, komunikasi latensi yang rendah (URLLC) yang dituntut oleh, sebagai contoh, automasi kilang. Sesetengah ciri-ciri radio baru 5G (NR) seperti numerologi yang fleksibel, sokongan frekuensi yang luas, keselamatan terbina dalam dan beberapa lapisan virtualisasi mewujudkan asas untuk menyokong senario kes penggunaan 5G yang penting dari EBB, MMTC dan URLLC.
Dua faktor adalah penting untuk masa depan MMTC dalam ERA 5G: kewujudan NB-IOT dan EMTC dalam 5g kerana penggunaan sumber radio yang fleksibel; dan sokongan ciri yang berkaitan dengan teras 5G. Ciri-ciri kewujudan bersama seperti yang dinyatakan dalam Rel. 16 akan membolehkan peranti NB-IOT dan EMTC yang berkebolehan 5G untuk menyambung ke rangkaian 5G yang berdiri sendiri.
Iot Industri
Kilang-kilang di masa depan akan bergantung kepada integrasi maklumat dan automasi yang mendalam, didayakan oleh kesambungan di mana-mana. Industri ini sedang mencari teknologi komunikasi tanpa wayar yang boleh dipercayai dan selamat yang boleh digunakan untuk aplikasi yang berlainan di tingkat kilang. Mungkin ada alternatif untuk menangani kes-kes yang berbeza, tetapi hanya 5g berpotensi untuk menangani mereka semua.
5G MMTC dioptimumkan untuk kuasa rendah dan liputan yang mendalam untuk peranti yang mengesan alat dan barangan atau ia boleh digunakan untuk menghubungkan sensor.
Embb 5G dioptimumkan untuk mobiliti dan penghantaran data yang tinggi. Ia sesuai untuk digunakan dalam menyambungkan cermin realiti maya dan peranti pegang tangan yang digunakan di sekitar lantai kilang.
Ciri baru dalam 5G URLLC, yang dibangunkan dalam Rel.16 / 17, akan membolehkan automasi penuh untuk mengawal robot atau kenderaan berpandu automatik.
Urllc adalah kawasan aplikasi baru untuk komunikasi selular dengan keperluan yang jelas mengenai latensi, masa dan kebolehpercayaan. 3GPP telah membelanjakan usaha yang munasabah untuk menangani keperluan ini dan kini menyediakan alat URLLC yang komprehensif. Ia akan membantu mengoptimumkan kependaman di antara muka radio, dengan ciri-ciri seperti masa simbol pendek dan slot mini, bersama-sama dengan peningkatan seperti proses pengulangan yang cepat dan fleksibel atau penghantaran uplink bebas. Virtualisasi rangkaian, keutamaan lalu lintas dan pengkomputeran kelebihan pelbagai akses akan meningkatkan latensi akhir-ke-akhir. Kebolehpercayaan komunikasi boleh diperbaiki dengan menggunakan skim pengekodan yang mantap, duplikasi paket dan pengulangan serta skim sambungan dwi. Alat ini termasuk sokongan rangkaian sensitif masa atau perkhidmatan jenis LAN melalui 5G, seperti yang dibangunkan terutamanya dalam Rel.16. Penambahbaikan selanjutnya untuk penyegerakan masa atau operasi dalam persekitaran yang tidak berlesen sedang dalam pembangunan rel.17.
Selain kebolehpercayaan latensi dan komunikasi, ketersediaan dan keselamatan rangkaian adalah penting untuk aplikasi misi dan perniagaan dalam persekitaran perindustrian. Oleh itu, industri telah berusaha untuk mengendalikan rangkaian 5G swasta yang boleh digunakan sebagai rangkaian bukan awam yang tersendiri menggunakan spektrum swasta atau NPN bersepadu rangkaian yang menggunakan rangkaian rangkaian seperti yang dinyatakan dalam Rel.16.
Memperkenalkan NR Light.
Set ciri komprehensif 5G dengan mencukupi menangani pelbagai aplikasi IOT, sebagai contoh, yang untuk kos rendah yang melampau, kuasa rendah dan mobiliti terhad dengan NB-ioT. Walau bagaimanapun, terdapat banyak aplikasi IOT, pemakaian keselamatan kanak-kanak, contohnya, yang memerlukan jangka hayat bateri yang panjang, liputan yang sangat baik, serta mobiliti penuh dan kadar data yang munasabah. Contoh lain adalah sensor kecemasan yang memerlukan liputan melampau, tetapi juga kependaman yang sangat rendah dan penggunaan kuasa yang rendah. Untuk menangani aplikasi IOT pertengahan ini, 3GPP mula mengkaji keperluan aplikasi di bawah nama NR Light. Dalam rel. 17 Ia akan menyeragamkan jenis peranti keupayaan yang dikurangkan baru dengan fokus pada keperluan khas sensor perindustrian, wearables pintar dan kamera pengawasan (Rajah 2).
Rangkaian Bukan Terrestrial
Hari ini, rangkaian mudah alih boleh meliputi lebih daripada 80% penduduk global tetapi hanya 40% daripada permukaan tanah dan kurang daripada 20% permukaan bumi. Satu-satunya alternatif yang layak untuk menangani aplikasi IOT penginderaan global, pengesanan dan pemantauan adalah penggunaan rangkaian bukan daratan dengan menggunakan, satelit orbit bumi yang rendah. Dalam rel. 17, 3GPP sedang mengusahakan integrasi komponen satelit dalam seni bina 5G NR secara umum. Pada mulanya, ia mengkaji penggunaan Evolusi jangka panjang yang berpangkalan di NB-IOT dan EMTC melalui rangkaian bukan daratan.
Kuasa ujian
3GPP terus memacu standardisasi untuk memenuhi keperluan masa kini dan masa depan untuk ekosistem IOT. Kepelbagaian ciri dan senario rangkaian yang besar, bersama-sama dengan keperluan aplikasi IOT yang sangat spesifik, akan mempercepatkan permintaan untuk ujian dan pensijilan ke atas kitaran peranti dan komponen rangkaian.
Latihan, kebolehpercayaan dan penggunaan kuasa menjadi semakin penting dan berterusan pemantauan rangkaian akan menjadi penting. Akibatnya, ujian IOT yang lebih luas menghadapi pelbagai cabaran dari pengukuran prestasi, seperti penggunaan kuasa dan hayat bateri, melalui pematuhan dan ujian pembuatan, penggunaan dan operasi ke perkhidmatan servis dan dalam perkhidmatan.
Ia mengikuti keperluan hayat bateri lebih daripada 10 tahun dan keperluan latency dari minit ke mikrosecond menjadi relevan. Sesetengah aplikasi yang memerlukan liputan dan mobiliti global akan memberi tumpuan kepada teknologi selular seperti LTE-M dan NB-IOT, tetapi kebanyakan peranti akan menggunakan teknologi tanpa wayar bukan selular seperti Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Thread, Enocean, SigFox dan Lora Perindustrian yang tidak berlesen, saintifik dan perubatan / pendek TBTUs.
Cabaran ujian dalam reka bentuk RF
Ujian Perilaku komunikasi keseluruhan peranti IoT adalah topik penting dalam semua fasa kitaran hayat produk. Reka bentuk RF memerlukan perhatian khusus. Pengukuran peranti IOT biasanya bermula dengan kuasa RF, spektrum dan pengukuran sensitiviti penerima dalam mod yang bersambung. S-Parameter diukur untuk mengesahkan dan menyesuaikan prestasi antena peranti IoT.
Selepas ini, pengukuran over-the-air dari jumlah kuasa yang dipancarkan dan kepekaan isotropik jumlah reka bentuk akhir adalah disyorkan. Ia juga mungkin relevan untuk melakukan pengukuran di bawah keadaan pudar tertentu atau menggunakan teknik peningkatan liputan seperti yang digunakan untuk peranti NB-iot dan LTE-M.
Merancang perkakasan dan perisian yang sesuai adalah sangat penting untuk peranti kuasa yang rendah, contohnya melaksanakan penggunaan kuasa yang optimum dalam mod aktif, tetapi juga mod tidur yang mendalam atau fasa permulaan / penutupan pendek. Peranti IOT yang menggunakan teknologi rendah tanpa wayar (LP-WAN) seperti LTE-M atau NB-IOT perlu mempertimbangkan semua aspek mod dan ciri operasi seperti PSM, EDRX atau CE.
Pembuat peranti, pengendali dan pengeluar infrastruktur memerlukan portfolio ujian komprehensif untuk mempercepatkan pengenalan aplikasi dan perkhidmatan IOT. Ini tidak dapat dicapai tanpa mengesahkan pematuhan peranti IOT dengan keperluan pengawalseliaan, pengendali dan piawaian.
Walaupun dengan proses yang jelas, banyak reka bentuk baru peranti IOT masih gagal dalam percubaan pertama. Pengawal selia telah menentukan kes ujian untuk memastikan kewujudan bersama dan operasi mesra rangkaian untuk teknologi tanpa wayar yang beroperasi dalam jalur frekuensi yang sama. Bluetooth, Wi-Fi dan Zigbee, sebagai contoh, semua beroperasi dalam band ISM 2.4GHz yang sama. Pensijilan mereka memberi tumpuan kepada topik pematuhan RF dan Protokol untuk memastikan kebolehoperasian dan prestasi tinggi. Pengendali boleh meminta ujian tambahan yang membenarkan peranti IoT untuk rangkaian mereka.
Mengenai Pengarang
Jörg Köpp adalah Pengurus Segmen Pasaran - IoT, Rohde & Schwarz
