Nylig den cellulære IOT (C-IOT) økosystemet, og spesielt 3GPP-standardiseringen, har fokusert på å aktivere det massive Machine Type Communication (MMTC) markedet for applikasjoner som vannmåling, kuovervåking, smart parkering eller aktivsporing. Basisteknologien Nabrowband Internet av ting (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) og forbedret maskintype Kommunikasjon (EMTC) (CAT-M) ble utviklet i REL. 13/14, med dedikerte funksjoner for svært lavt strømforbruk (utvidet diskontinuerlig mottak (EDRX), strømforsyningsmodul (PSM)) og dekningsforbedringer (CE-modus). I mellomtiden har rundt 140 mobiloperatører rundt om i verden distribuert LTE M eller NB-IOT-nettverk, og GSA (Global Mobile Suppliers Association) har talt mer enn 500 enheter som støtter enten CAT-M1, CAT-NB1 eller CAT-NB2.
Emerging IOT-applikasjoner i flere bransjer, samt den globale fasen ut av 2G og 3G-nettverk, kjør behovet for flere applikasjonsspesifikke utvidelser. Derfor jobber 3GPP kontinuerlig med forbedringer for NB-IOT og EMTC for å dekke spesifikke bruksbehov (Figur 1). Eksempler er våkne signaler eller tidlig dataoverføring, som introdusert i REL. 15. Begge bidrar til å optimalisere strømforbruket og reaksjonstider. På lang sikt er det imidlertid behov for en jevn overgang til epoken på 5G.
C-iot i æra på 5g
Den første mobilnettverkgenerasjonen designet fra starten for å støtte ikke bare det mobile bredbåndsmarkedet (embb), men også det voksende IOT-markedet var 5G. Allerede i den første 5G-frigjøringen ble grunnlaget lagt for overgangen av MMTC (NB-IOT / EMTC) fra 4G til 5G og for såkalt ultra pålitelig, lav latenskommunikasjon (urllc) som for eksempel krevde, for eksempel fabrikkautomatisering. Noen 5g nye radio (NR) egenskaper som fleksibel numerologi, bredfrekvensstøtte, innebygd sikkerhet og flere lag av virtualisering skaper basen for å støtte essensielle 5G-bruksområdet scenarier av embb, mmtc og urllc.
To faktorer er avgjørende for fremtiden for MMTC i 5G-epoken: sameksistensen av NB-IOT og EMTC i 5g på grunn av fleksibel bruk av radio ressurser; og støtten til relaterte funksjoner av 5G-kjernen. Sameksistensegenskaper som angitt i REL. 16 vil tillate 5G-kompatible NB-IOT og EMTC-enheter for å koble til et frittstående 5G-nettverk.
Industrial Iot.
Fabrikkene i fremtiden vil stole på dyp integrering av informasjon og automatisering, aktivert av allestedsnærværende tilkobling. Næringen er på utkikk etter en pålitelig og sikker trådløs kommunikasjonsteknologi som kan brukes til forskjellige applikasjoner på fabrikkgulvet. Det kan være alternativer for å løse forskjellige tilfeller, men bare 5G har potensial til å adressere dem alle.
5G MMTC er optimalisert for lav effekt og dyp dekning for enheter som sporer verktøy og varer, eller det kan brukes til tilkoblingssensorer.
5G-emb er optimalisert for mobilitet og høy data gjennomstrømning. Den er egnet for bruk i tilkobling av virtuelle virkelighetsbriller og håndholdte enheter som brukes rundt fabrikkgulvet.
En ny funksjon i 5G urllc, utviklet i henhold til Rel.16 / 17, vil muliggjøre full automatisering for å kontrollere roboter eller automatiserte guidede kjøretøy.
Urlc er et nytt applikasjonsområde for cellulær kommunikasjon med eksplisitte krav til latens, timing og pålitelighet. 3GPP har brukt en rimelig innsats for å løse disse kravene, og gir nå en omfattende Urlc-verktøyset. Det vil bidra til å optimalisere latensen på radiolens grensesnitt, med funksjoner som kort symbolid og mini-spor, sammen med forbedringer som rask og fleksibel repetisjonsprosess eller gi-fri uplink-overføring. Nettverk Virtualisering, Trafikkprioritering og Multi-Access Edge Computing vil i stor grad forbedre end-to-end latens. Kommunikasjonssikkerhet kan forbedres ved å anvende robuste kodingsordninger, pakke duplisering og repetisjon, samt to tilkoblingsordninger. Dette verktøyet inneholder støtte av tidsfølsomme nettverk eller LAN-type-tjenester via 5G, som hovedsakelig utviklet i henhold til rel.16. Ytterligere forbedringer for tidssynkronisering eller drift i ulisensierte miljøer er i utvikling i henhold til Rel.17.
I tillegg til ventetid og kommunikasjon pålitelighet er nettverk tilgjengelighet og sikkerhet kritisk for misjons- og forretningskritiske applikasjoner i industriell miljø. Næringen har derfor vært ute etter å drive private 5G-nettverk som kan distribueres som frittstående ikke-offentlige nettverk (NPNS) ved hjelp av Private Spectrum eller Public Network Integrated NPNs ved hjelp av Network Virtualisering som angitt i Rel.16.
Introdusere NR Light.
Det omfattende funksjonssettet på 5G tilstrekkelig adresserer et bredt spekter av IOT-applikasjoner, for eksempel de for ekstreme lavpris, ekstrem lavkraft og begrenset mobilitet med NB-IOT. Det er imidlertid mange IOT-applikasjoner, for eksempel barnas sikkerhetsbredder, for eksempel som trenger lang batteriets levetid, veldig god dekning, samt full mobilitet og rimelige datahastigheter. Andre eksempler er nødsensorer som trenger ekstrem dekning, men også svært lav ventetid og lavt strømforbruk. For å løse disse mid-range iot-applikasjonene, begynte 3GPP å studere søknadskravene under navnet NR Light. I rel. 17 Det skal standardisere en ny redusert kapasitetsenhetstype med fokus på de typiske kravene til industrielle sensorer, smarte wearables og overvåkingskameraer (figur 2).
Ikke-terrestriske nettverk
I dag kan mobilnettverk dekke mer enn 80% av den globale befolkningen, men bare 40% av landoverflaten og mindre enn 20% av jordens overflate. Det eneste verdige alternativet til å adressere IOT-applikasjoner om global sensing, sporing og overvåking er bruken av ikke-terrestriske nettverk ved å bruke, små lave jordens bane-satellitter. I rel. 17, 3GPP jobber med integrering av satellittkomponenter i 5G NR-arkitekturen generelt. I utgangspunktet studerer det bruken av langsiktig evolusjonsbasert NB-IOT og EMTC via ikke-terrestriske nettverk.
Kraften i testing
3GPP kjører kontinuerlig standardisering for å møte nåværende og fremtidige krav til IOT-økosystemet. Det store mangfoldet av funksjoner og nettverksscenarier, sammen med svært spesifikke IOT-applikasjonskrav, vil akselerere etterspørselen etter test og sertifisering over livssyklusen til enheter og nettverkskomponenter.
Latency, pålitelighet og strømforbruk blir stadig viktigere og kontinuerlig overvåkning av nettverk vil bli avgjørende. Som et resultat ansetter bredere IOT-testing et bredt spekter av utfordringer fra ytelsesmålinger, for eksempel strømforbruk og batterilevetid, gjennom overholdelse og produksjonsprøve, distribusjon og drift til service og reparasjon.
Det følger at batterilevetidskravene på mer enn 10 år og latensbehov fra minutter til mikrosekunder blir relevante. Noen programmer som krever global dekning og mobilitet, vil fokusere på cellulære teknologier som LTE-M og NB-IOT, men de fleste enheter vil bruke ikke-cellulære trådløse teknologier som Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, tråd, enocean, Sigfox og Lora i Unlicensed Industrial, Scientific and Medical / Short Range Tbands.
Test utfordringer i RF-design
Testing av den samlede kommunikasjonsadferdigheten til IOT-enheter er et viktig tema i alle faser av produktets livssyklus. RF-design krever spesiell oppmerksomhet. IOT-enhetsmålinger starter vanligvis med RF-effekt, spektrum- og mottakerens følsomhetsmålinger i tilkoblet modus. S-parametere måles for å verifisere og justere antenneytelsen til IOT-enheten.
Etter dette anbefales over-luftmåling av den totale utstrålede kraften og total isotropisk følsomhet for sluttdesignet. Det kan også være aktuelt å utføre målinger under visse fadingforhold eller bruke dekningsteknikksteknikker som de som brukes til NB-IOT og LTE-M-enheter.
Å designe passende maskinvare og programvare er spesielt viktig for lav effekt enheter, for eksempel implementering av optimal strømforbruk i aktiv modus, men også dyp-søvnmoduser eller korte oppstart / avstengningsfaser. IOT-enheter som bruker trådløst lav effektteknologi (LP-WAN), for eksempel LTE-M eller NB-IOT, må vurdere alle aspekter av driftsmodusene og funksjonene som PSM, EDRX eller CE.
Enhets beslutningstakere, operatører og infrastrukturprodusenter krever en omfattende testportefølje for å akselerere introduksjonen av IOT-applikasjoner og -tjenester. Dette kan ikke oppnås uten å verifisere konformance av IOT-enheter med regulatoriske, operatør- og standardkrav.
Selv med veldefinerte prosesser, mislykkes mange nye design av IOT-enheter fortsatt sertifisering ved første forsøk. Regulatorer har definerte testvesker for å sikre sameksistens og nettverksvennlige operasjoner for trådløs teknologi som opererer i samme frekvensbånd. Bluetooth, Wi-Fi og Zigbee, for eksempel, alle opererer i samme 2.4 GHz ISM-bånd. Sertifiseringen fokuserer på RF- og protokolls konformitetsemner for å sikre interoperabilitet og høy ytelse. Operatører kan be om ytterligere tester som godkjenner IOT-enheter for deres nettverk.
Om forfatteren
Jörg Köpp er markedssegment manager - Iot, Rohde & Schwarz
