Ostatnio Ekosystem Ekosystem IOT (C-IOT), a zwłaszcza standaryzacja 3GPP, koncentruje się na włączeniu rynku komunikacji masywnej maszyny (MMTC) do zastosowań, takich jak pomiar wody, monitoring krów, inteligentny parking lub śledzenie zasobów. Technologie bazowe wąskopasmowe Internet rzeczy (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) i ulepszona komunikacja typu maszyny (EMTC) (CAT-M) została opracowana w rel. 13/14, z dedykowanymi cechami do bardzo niskiego zużycia mocy (rozszerzona recepcja nieciągła (EDRX), moduł zasilania (PSM)) i ulepszenia zasilania (tryby CE). W międzyczasie, około 140 operatorów telefonii komórkowych na całym świecie wdrożyli LTE M lub NB-IOT Networks, a GSA (Association Global Mobile Dostawcy) liczyło więcej niż 500 urządzeń obsługujących CAT-M1, CAT-NB1 lub CAT-NB2.
Wschodzące aplikacje IOT w kilku branżach, a także globalnej fazie z sieci 2G i 3G, napędzają potrzebę większej liczby rozszerzeń specyficznych dla aplikacji. Dlatego 3GPP nieustannie pracuje nad ulepszeniami dla NB-IOT i EMTC do pokrycia określonych wymagań aplikacji (Figura 1). Przykładami są sygnały budzenia lub wczesna transmisja danych, jak wprowadzono w rel. 15. Oba pomagają optymalizować zużycie energii i czasy reakcji. Jednak w dłuższej perspektywie istnieje potrzeba płynnego przejścia do ery 5g.
C-IOT w ery 5g
Pierwsza generacja sieci komórkowej zaprojektowana od początku do wspierania nie tylko mobilnego rynku szerokopasmowego (EBBB), ale także rosnący rynek IOT był 5g. Już w pierwszej wersji 5G Fundacja została złożona do przejścia MMTC (NB-IOT / EMTC) od 4 g do 5g i do tak zwanego ultra wiarygodnej, niskiej komunikacji opóźnienia (URLLC) wymagane przez, na przykład automatyzacji fabryki. Niektóre 5g New Radio (NR) Charakterystyki, takie jak elastyczna numerologia, szeroką obsługę częstotliwości, wbudowane zabezpieczenia i kilka warstw wirtualizacji Utwórz podstawę do obsługi niezbędnych scenariuszy Case 5G EBBB, MMTC i URLLC.
Dwa czynniki są niezbędne dla przyszłości MMTC w ERa 5G: współistnienie NB-IOT i EMTC w 5g z powodu elastycznego wykorzystania zasobów radiowych; oraz wsparcie powiązanych funkcji przez rdzeń 5G. Cechy współistnienia określone w RL. 16 pozwoli 5g możliwych urządzeń NB-IOT i EMTC, aby połączyć się z samodzielną siecią 5G.
Przemysłowe IOT.
Fabryki w przyszłości polegają na głębokiej integracji informacji i automatyzacji, włączony przez wszechobecną łączność. Przemysł szuka niezawodnej i bezpiecznej technologii komunikacji bezprzewodowej, która może być używana do różnych aplikacji na podłodze fabryki. Może wystąpić alternatywy, aby rozwiązać różne przypadki, ale tylko 5g ma potencjał do ich rozwiązania.
5G MMTC jest zoptymalizowany dla niskiej mocy i głębokiego zasięgu dla urządzeń, które śledzą narzędzia i towary lub może być stosowany do podłączenia czujników.
5G EBB jest zoptymalizowany do mobilności i wysokiej przepustowości danych. Nadaje się do stosowania w łączeniu okularów wirtualnych i urządzeń przenośnych używanych wokół fabryki.
Nowa funkcja w 5G URLLC, opracowana w rel.16 / 17, umożliwi pełną automatyzację kontrolowania robotów lub zautomatyzowanych pojazdów z przewodnikiem.
Urllc to nowy obszar zastosowania w komunikacji komórkowej z wyraźnymi wymogami dotyczącymi opóźnień, czasów i niezawodności. 3GPP wydał rozsądne wysiłki w celu rozwiązania tych wymagań, a teraz zapewnia kompleksowy zestaw narzędzi URLLC. Pomoże to zoptymalizować opóźnienie interfejsu radiowego, z takimi funkcjami, takimi jak krótki czas symbolu i mini gniazda, wraz z ulepszeniami, takimi jak szybki i elastyczny proces powtarzania lub udzielaną transmisję uplink. Wirtualizacja sieci, priorytetyzacja ruchu i przetwarzanie wielokrotnego dostępu w dużej mierze poprawią opóźnienie końcowe. Niezawodność komunikacji można poprawić, stosując solidne schematy kodowania, powielanie pakietów i powtarzanie, a także schematy podwójnego łączności. Ten zestaw narzędzi obejmuje wsparcie wrażliwych sieci lub usługach typu LAN przez 5G, zgodnie z opracowanymi głównie w rel.16. Dalsze ulepszenia zsynchronizacji czasu lub działania w środowiskach nielicencjonowanych są w rozwoju w rel 17.
Oprócz opóźnienia i niezawodności komunikacyjnej, dostępność sieci i bezpieczeństwo mają kluczowe znaczenie dla zastosowań misji i biznesowych w środowisku przemysłowym. Przemysł poszukuje zatem obsługiwanych sieci prywatnych 5G, które mogą być wdrożone jako samodzielne sieci niepubliczne (NPNS) przy użyciu spektrum prywatnego lub zintegrowanych sieci publicznej NPN za pomocą wirtualizacji sieci, jak określono w rel.16.
Wprowadzenie światła NR.
Kompleksowy zestaw funkcji 5G odpowiednio odnosi się do szerokiej gamy aplikacji IOT, na przykład, dla ekstremalnych tanich, ekstremalnych niskiej mocy i ograniczonej mobilności z NB-IOT. Istnieje jednak mnóstwo aplikacji IOT, na przykład do noszenia bezpieczeństwa dla dzieci, które wymagają długiego życia baterii, bardzo dobry zasięg, a także pełną mobilność i rozsądne stawki transmisji danych. Inne przykłady to czujniki awaryjne, które wymagają skrajnego pokrycia, ale także bardzo niskie opóźnienie i niskie zużycie energii. Aby rozwiązać te aplikacje IOT w średnim zakresie, 3GPP zaczął studiować wymagania aplikacji pod nazwą Nr Light. W rel. 17 Unormalizuje nowy typ obniżonej funkcji urządzenia z koncentracją na typowych wymaganiach czujników przemysłowych, inteligentnych do noszeniach i krzywek nadzoru (Figura 2).
Sieci niewiściowe
Obecnie sieci komórkowe mogą obejmować ponad 80% ludności globalnej, ale tylko 40% powierzchni ziemi i mniej niż 20% powierzchni Ziemi. Jedyną alternatywą alternatywą do rozwiązania aplikacji IOT globalnego wykrywania, śledzenia i monitorowania jest stosowanie sieci nie-naziemnych za pomocą maleńkich satelitów orbity niskiej ziemi. W rel. 17, 3GPP pracuje nad integracją komponentów satelitarnych w ogóle architektury 5G NR. Początkowo studiuje stosowanie długoterminowej Ewolucji NB-IOT i EMTC poprzez sieci niewiściowe.
Moc testowania
3GPP stale prowadzi standaryzację w celu spełnienia obecnych i przyszłych wymagań dotyczących ekosystemu IOT. Duża różnorodność funkcji i scenariuszy sieci, wraz z bardzo specyficznymi wymaganiami aplikacji IOT, przyspieszy zapotrzebowanie na test i certyfikację na cyklu życia urządzeń i elementów sieciowych.
Opóźnienie, niezawodność i zużycie energii stają się coraz bardziej ważne i ciągłe monitorowanie sieci staną się niezbędne. W rezultacie szersze badanie IOT stoi szeroką gamę wyzwań z pomiarów wydajności, takich jak zużycie energii i żywotność baterii, poprzez przestrzeganie i test produkcyjny, wdrażanie i operacje do naprawy i naprawy w serwisach.
Wynika z tego, że wymagania dotyczące żywotności baterii powyżej 10 lat i wymogi opóźnienia w zakresie od minut do mikrosekund stają się istotne. Niektóre aplikacje wymagające globalnego pokrycia i mobilności skupią się na technologiach komórkowych, takich jak LTE-M i NB-IOT, ale większość urządzeń będzie korzystać z technologii bezprzewodowych niekomórkowych, takich jak Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, Nici, Enocean, SigFox i Lora w Nielicencjonowane towary przemysłowe, naukowe i medyczne / krótkie Tands.
Wyzwania testowe w projekcie RF
Testowanie ogólnego zachowania komunikacji urządzeń IOT jest ważnym tematem we wszystkich fazach cyklu życia produktu. Projekt RF wymaga szczególnej uwagi. Pomiary urządzenia IOT zwykle zaczynają się od pomiarów czułości RF, spektrum i odbiorcy w trybie podłączonym. Parametry S są mierzone w celu weryfikacji i dostrojenia wydajności anteny urządzenia IOT.
Po tym zaleca się pomiar nadmiernego powietrza całkowitej energii promieniowanej i całkowitej czułości izotropowej konstrukcji końcowej. Może być również istotne, aby wykonać pomiary w pewnych warunkach zanikających lub zastosować techniki wzmocnienia zasięgu, takie jak te używane dla urządzeń NB-IOT i LTE-M.
Projektowanie odpowiedniego sprzętu i oprogramowania jest szczególnie ważne dla urządzeń o niskiej mocy, na przykład implementację optymalnego zużycia energii w trybie aktywnym, ale także tryby głębokiego uśpienia lub krótkie fazy startowego / wyłączania. Urządzenia IOT, które korzystają z bezprzewodowych technologii niskiej mocy (LP-WAN), takich jak LTE-M lub NB-IOT muszą rozważyć wszystkie aspekty trybów operacyjnych i funkcji, takich jak PSM, EDRX lub CE.
Producenci urządzeń, operatorzy i producenci infrastruktury wymagają kompleksowego portfela testowego, aby przyspieszyć wprowadzenie aplikacji i usług. Nie można tego osiągnąć bez weryfikacji zgodności urządzeń IOT z wymaganiami regulacyjnymi, operatorowymi i normami.
Nawet z dobrze zdefiniowanymi procesami, wiele nowych projektów urządzeń IOT nadal nie zawiedzie certyfikacji przy pierwszej próbie. Regulatory określiły przypadki testowe, aby zapewnić współfinansowanie i operacje dla sieci dla technologii bezprzewodowych działających w tej samej pasma częstotliwości. Bluetooth, Wi-Fi i ZigBee, na przykład, wszystkie działają w tym samym zespole ISM 2.4 GHz. Ich certyfikacja koncentruje się na tematy zgodności RF i protokołu, aby zapewnić interoperacyjność i wysoką wydajność. Operatorzy mogą zażądać dodatkowych testów autoryzujących urządzenia IOT dla ich sieci.
O autorze
Jörg Köpp jest menedżerem segmentu rynku - IOT, ROHDE & SCHWASZ
