Recentemente, o ecossistema Celular IOT (C-IOT), e especialmente a padronização 3GPP, concentrou-se em permitir o mercado maciço de comunicação de tipo de máquina (MMTC) para aplicações como medição de água, monitoramento de vaca, estacionamento inteligente ou rastreamento de ativos. A Base Technologies Estreito da Internet das Coisas (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) e comunicação de tipo de máquina aprimorada (EMTC) (CAT-M) foram desenvolvidas em rel. 13/14, com recursos dedicados para consumo de energia muito baixo (Recepção descontínua estendida (EDRX), módulo de alimentação (PSM)) e aprimoramentos de cobertura (modos CE). Nesse meio tempo, cerca de 140 operadores móveis em todo o mundo implantaram redes LTE M ou NB-Iot, e a GSA (Associação Global de Fornecedores Móveis) contou mais de 500 dispositivos que suportam CAT-M1, CAT-NB1 ou CAT-NB2.
Aplicativos emergentes de IOT em várias indústrias, bem como a fase global das redes 2G e 3G, impulsionam a necessidade de mais extensões específicas de aplicativos. Portanto, o 3GPP está continuamente trabalhando em melhorias para NB-IOT e EMTC para cobrir demandas específicas de aplicação (Figura 1). Exemplos são sinais de despertar ou transmissão de dados antecipados, conforme introduzido em rel. 15. Ambos ajudam a otimizar o consumo de energia e os tempos de reação. A longo prazo, no entanto, há uma necessidade de uma transição suave para a era de 5g.
C-IOT na era de 5g
A primeira geração de rede móvel projetada desde o início para suportar não apenas o mercado de banda larga móvel (embeb), mas também o crescente mercado de IOT foi 5G. Já na primeira versão 5g, a fundação foi estabelecida para a transição do MMTC (NB-IOT / EMTC) de 4G a 5G e para a chamada comunicação ultra confiável e baixa latência (URLLC) exigida por exemplo, automação de fábrica. Algumas características de Rádio (NR) de 5g, tais como numerologia flexível, suporte de larga frequência, segurança integrada e várias camadas de virtualização criam a base para suportar cenários essenciais de casos de uso de 5g de AMBB, MMTC e URLLC.
Dois fatores são essenciais para o futuro da MMT na era 5G: a coexistência de NB-IOT e EMTC em 5G devido ao uso flexível de recursos de rádio; e o apoio de características relacionadas pelo núcleo 5g. CO-existência características conforme especificado em rel. 16 permitirá que dispositivos NB-IOT e EMTC capazes 5G sejam conectados a uma rede 5G independente.
IOT industrial
Fábricas no futuro dependerão da profunda integração de informações e automação, ativadas pela conectividade onipresente. A indústria está à procura de uma tecnologia de comunicação sem fio confiável e segura que pode ser usada para diferentes aplicações no chão de fábrica. Pode haver alternativas para resolver diferentes casos, mas apenas 5g tem o potencial de abordar todos eles.
O MMTC 5G é otimizado para baixa potência e cobertura profunda para dispositivos que rastreiam ferramentas e bens ou podem ser usados para conectar sensores.
O 5G PORP é otimizado para mobilidade e alta taxa de transferência de dados. É adequado para uso na conexão de óculos de realidade virtual e dispositivos portáteis usados em torno do chão de fábrica.
Um novo recurso no URLLC 5G, desenvolvido em rel.16 / 17, permitirá a automação completa para controlar robôs ou veículos guiados automatizados.
O UrllC é uma nova área de aplicação para a comunicação celular com requisitos explícitos em relação à latência, tempo e confiabilidade. O 3GPP gastou esforços razoáveis para resolver esses requisitos e agora fornece um conjunto abrangente de ferramentas de URLC. Ajudará a otimizar a latência na interface de rádio, com recursos como tempo de símbolos curtos e mini slots, juntamente com aprimoramentos como processo de repetição rápida e flexível ou transmissão de uplink gratuito. Virtualização de rede, priorização de tráfego e computação de borda multi-acesso melhorarão em grande parte a latência de ponta a ponta. A confiabilidade das comunicações pode ser melhorada aplicando esquemas de codificação robustos, duplicação de pacotes e repetição, bem como esquemas de conectividade dupla. Este conjunto de ferramentas inclui o suporte de redes sensíveis ao tempo ou serviços do tipo LAN via 5G, conforme desenvolvido principalmente em rel.16. Outras melhorias para a sincronização ou operação de tempo em ambientes não licenciados estão em desenvolvimento em rel.17.
Além da confiabilidade de latência e comunicação, disponibilidade de rede e segurança são críticos para aplicativos de missão e negócios-críticos no ambiente industrial. Portanto, a indústria operou para operar redes de 5G privadas que poderiam ser implantadas como redes não públicas autônomas (NPNs) usando espectro privado ou NPNs integrados de rede pública usando a virtualização de rede, conforme especificado em REL.16.
Apresentando a luz NR.
O conjunto de recursos abrangente de 5G liga adequadamente uma ampla gama de aplicativos IOT, por exemplo, aqueles para extrema baixa potência, extrema baixa potência e mobilidade limitada com NB-IOT. Há, no entanto, muitas aplicações IOT, wearables de segurança das crianças, por exemplo, que precisam de longa duração da bateria, cobertura muito boa, bem como total mobilidade e taxas de dados razoáveis. Outros exemplos são sensores de emergência que precisam de cobertura extrema, mas também latência muito baixa e baixo consumo de energia. Para resolver esses aplicativos IOT de médio alcance, o 3GPP começou a estudar os requisitos do aplicativo sob a luz NR NR. Em rel. 17 Vai padronizar um novo tipo de dispositivo de capacidade reduzido com o foco nos requisitos típicos de sensores industriais, wearables inteligentes e câmeras de vigilância (Figura 2).
Redes não terrestres
Hoje, as redes móveis podem cobrir mais de 80% da população global, mas apenas 40% da superfície da terra e menos de 20% da superfície da Terra. A única alternativa digna para abordar as aplicações IOT de detecção global, rastreamento e monitoramento é o uso de redes não terrestres usando, pequenos satélites de órbita de baixa terra. Em rel. 17, 3GPP está trabalhando na integração de componentes de satélite na arquitetura 5G NR em geral. Inicialmente, estuda a utilização de evolução de longo prazo NB-IOT e EMTC através de redes não terrestres.
O poder do teste
A 3GPP está continuamente condução de padronização para atender aos requisitos presentes e futuros para o ecossistema IOT. A grande diversidade de recursos e cenários de rede, juntamente com requisitos de aplicativos muito específicos, acelerará a demanda por teste e certificação durante o ciclo de vida de dispositivos e componentes de rede.
Latência, confiabilidade e consumo de energia tornam-se cada vez mais importante e o monitoramento contínuo das redes se tornará essencial. Como resultado, o teste de IOT mais amplo enfrenta uma ampla gama de desafios de medições de desempenho, como consumo de energia e duração da bateria, através de conformidade e teste de fabricação, implantação e operações para reparação de serviços e serviços em serviço.
Segue-se que os requisitos de vida da bateria de mais de 10 anos e os requisitos de latência que variam de minutos a microssegundos se tornam relevantes. Algumas aplicações que requerem cobertura global e mobilidade se concentrarão em tecnologias celulares, como LTE-M e NB-IOT, mas a maioria dos dispositivos usará tecnologias sem fio não celular, como Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Thread, Enocean, Sigfox e Lora em Não licenciado industrial, científico e médio / curto alcance TBANDS.
Desafios de teste no projeto RF
O teste do comportamento geral da comunicação dos dispositivos IOT é um tópico importante em todas as fases do ciclo de vida do produto. O projeto RF requer atenção especial. As medições do dispositivo IOT normalmente começam com medições de sensibilidade de energia, espectro e receptor no modo conectado. Os parâmetros S são medidos para verificar e ajustar o desempenho da antena do dispositivo IOT.
Depois disso, a medição ao ar do total da potência irradiada e a sensibilidade total isotrópica do design final é recomendada. Também pode ser relevante realizar medições sob certas condições de desbotamento ou aplicar técnicas de aprimoramento de cobertura, como os usados para dispositivos NB-IOT e LTE-M.
Projetar hardware e software apropriados é especialmente importante para dispositivos de baixa potência, por exemplo, implementar o consumo de energia ideal no modo ativo, mas também modos de sono profundo ou fases de inicialização / desligamento curtas. Os dispositivos IOT que usam tecnologias sem fio de baixa potência (LP-WAN), como LTE-M ou NB-IOT, precisam considerar todos os aspectos dos modos operacionais e recursos, como PSM, EDRX ou CE.
Os fabricantes de dispositivos, operadores e fabricantes de infraestrutura exigem uma carteira de teste abrangente para acelerar a introdução de aplicativos e serviços IOT. Isso não pode ser alcançado sem verificar a conformidade dos dispositivos IOT com os requisitos de regulamentação, do operador e dos padrões.
Mesmo com processos bem definidos, muitos novos designs de dispositivos IOT ainda falham certificação na primeira tentativa. Os reguladores definiram casos de teste para garantir uma coexistência e operações amigáveis à rede para tecnologias sem fio operando na mesma faixa de freqüência. Bluetooth, Wi-Fi e Zigbee, por exemplo, todos operam na mesma faixa ISM de 2.4GHz. Sua certificação se concentra em tópicos de conformidade com RF e protocolo para garantir a interoperabilidade e alto desempenho. Os operadores podem solicitar testes adicionais autorizando dispositivos IOT para suas redes.
Sobre o autor
Jörg Köpp é Gerente de Segmento de Mercado - IOT, Rohde & Schwarz
