Recent, ecosistemul Celular IOT (C-IOT) și, în special, standardizarea 3GPP, sa concentrat pe piața de comunicare de tip masiv (MMTC) pentru aplicații, cum ar fi măsurarea apei, monitorizarea vacă, parcarea inteligentă sau urmărirea activelor. Tehnologiile de bază au fost dezvoltate internetul de bandă (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) și comunicarea tipului de mașină îmbunătățită (EMTC) (CAT-M). 13/14, cu caracteristici dedicate pentru consumul de energie foarte redus (recepție discontinuă extinsă (EDRX), modulul de alimentare (PSM)) și îmbunătățirile de acoperire (modurile CE). Între timp, aproximativ 140 de operatori de telefonie mobilă din întreaga lume au depus o rețea LTE M sau NB-IOT, iar GSA (Asociația Global Furnizori Mobile) a numărat mai mult de 500 de dispozitive care sprijină fie CAT-M1, CAT-NB1 sau CAT-NB2.
Aplicații IOT emergente în mai multe industrii, precum și faza globală din rețelele 2G și 3G, conduce necesitatea unor extensii specifice aplicațiilor. Prin urmare, 3GPP lucrează în mod continuu la îmbunătățiri pentru NB-IOT și EMTC pentru a acoperi cerințele specifice de aplicare (Figura 1). Exemple sunt semnale de trezire sau transmisie timpurie a datelor, așa cum este introdus în rel. 15. Ambele ajută la optimizarea consumului de energie și a timpurilor de reacție. Pe termen lung, totuși, este nevoie de o tranziție lină la epoca de 5g.
C-iot în epoca de 5g
Prima generație de rețea mobilă proiectată de la început pentru a sprijini nu numai piața de bandă largă mobilă (EMBB), dar și piața de creștere a IOT a fost de 5g. Deja în prima versiune 5G, Fundația a fost stabilită pentru tranziția MMTC (NB-IOT / EMTC) de la 4G la 5G și pentru așa-numitul comunicare ultra fiabilă, cu latență scăzută (URLLC) cerută de, de exemplu, automatizarea fabricii. Unele caracteristici noi de radio (NR), cum ar fi numerologia flexibilă, suport de frecvență largă, securitatea încorporată și mai multe straturi de virtualizare, creează baza pentru a susține scenariile esențiale de utilizare 5G de utilizare a EMBB, MMTC și URLLC.
Doi factori sunt esențiali pentru viitorul MMTC în ERA 5G: coexistența NB-IOT și EMTC în 5G datorită utilizării flexibile a resurselor radio; și sprijinul caracteristicilor conexe de miezul 5G. Caracteristicile de coexistență specificate în Rel. 16 va permite ca dispozitivele NB-IOT și EMTC capabile să se conecteze la o rețea independentă 5G.
Industrial Iot.
Fabricile în viitor se vor baza pe integrarea profundă a informațiilor și automatizării, activate de conectivitate omniprezentă. Industria caută o tehnologie de comunicații fără fir fiabilă și sigură care poate fi utilizată pentru diferite aplicații de pe podea din fabrică. S-ar putea să existe alternative pentru a aborda cazuri diferite, dar numai 5G are potențialul de a le aborda pe toate.
5G MMTC este optimizat pentru o putere redusă și o acoperire profundă pentru dispozitivele care se potrivesc cu instrumentele și bunurile sau pot fi utilizate pentru conectarea senzorilor.
5G EMBB este optimizat pentru mobilitate și de transfer de date ridicate. Este potrivit pentru utilizarea în conectarea ochelarilor de realitate virtuală și a dispozitivelor handheld utilizate în jurul podelei din fabrică.
O nouă caracteristică la 5G URLLC, dezvoltată în Rel.16 / 17, va permite automatizarea completă pentru controlul roboților sau vehiculelor ghidate automatizate.
URLLC este o nouă zonă de aplicare pentru comunicarea celulară cu cerințe explicite privind latența, calendarul și fiabilitatea. 3GPP a cheltuit eforturi rezonabile pentru a aborda aceste cerințe și oferă acum un instrument cuprinzător de instrumente URLLC. Acesta va ajuta la optimizarea latenței la interfața radio, cu caracteristici cum ar fi timp scurt simbol și sloturi mini, împreună cu îmbunătățiri precum procesul de repetare rapidă și flexibilă sau transmisia ascendentă fără grant. Virtualizarea rețelei, prioritizarea traficului și computerele de margine multi-acces vor îmbunătăți în mare măsură latența capătului la capăt. Fiabilitatea comunicațiilor poate fi îmbunătățită prin aplicarea unor scheme de codificare robuste, a duplicării pachetelor și a repetiției, precum și a schemelor de conectivitate duală. Acest set de instrumente include suportul rețelelor sensibile la timp sau al serviciilor de tip LAN prin 5G, dezvoltate în principal în Rel.16. Îmbunătățiri suplimentare pentru sincronizarea sau funcționarea timpului în medii fără licență sunt în curs de dezvoltare în Rel.17.
În afară de fiabilitatea de latență și de comunicare, disponibilitatea și securitatea rețelei sunt esențiale pentru aplicațiile critice ale misiunii și afacerilor din mediul industrial. Prin urmare, industria a fost în căutarea de a opera rețele private de 5G care ar putea fi desfășurate ca rețele non-publice independente (NPN) care utilizează Spectrul Privat sau NPN-uri integrate de rețea utilizând virtualizarea rețelei specificată în Rel.16.
Introducerea luminii nr
Setul de caracteristici cuprinzător de 5G abordează în mod adecvat o gamă largă de aplicații IOT, de exemplu, cele pentru extremitate extrem de low-cost, cu putere redusă și mobilitate limitată cu NB-IOT. Există totuși o mulțime de aplicații IOT, suferințele de siguranță pentru copii, de exemplu, care necesită o durată lungă de viață a bateriei, o acoperire foarte bună, precum și mobilitatea completă și ratele de date rezonabile. Alte exemple sunt senzorii de urgență care au nevoie de o acoperire extremă, dar și o latență foarte scăzută și un consum redus de energie. Pentru a aborda aceste aplicații IOT de mijloc, 3GPP a început să studieze cerințele aplicației sub numele NR NR. În rel. 17 Se va standardiza un nou tip de dispozitiv de capabilitate redusă, cu accent pe cerințele tipice ale senzorilor industriali, pastele inteligente și camele de supraveghere (Figura 2).
Rețele non-terestre
Astăzi, rețelele mobile pot acoperi mai mult de 80% din populația globală, dar numai 40% din suprafața terenului și mai mică de 20% din suprafața Pământului. Singura alternativă demnă de abordare a aplicațiilor IOT de detectare, urmărire și monitorizare globală este utilizarea rețelelor non-terestre prin utilizarea unor sateliți mici de orbită scăzută a pământului. În rel. 17, 3GPP lucrează la integrarea componentelor prin satelit în arhitectura 5G NR în general. Inițial, studiază utilizarea NB-IOT de evoluție pe termen lung și EMTC prin intermediul rețelelor non-terestre.
Puterea de testare
3GPP conduce continuu standardizarea pentru a satisface cerințele prezente și viitoare pentru ecosistemul IOT. Diversitatea mare a caracteristicilor și a scenariilor de rețea, împreună cu cerințele de aplicare foarte specifice ale IOT, va accelera cererea de testare și certificare față de ciclul de viață al dispozitivelor și al componentelor de rețea.
Latența, fiabilitatea și consumul de energie devin din ce în ce mai importante și monitorizarea continuă a rețelelor va deveni esențială. Ca urmare, testarea mai largă a IOT se confruntă cu o gamă largă de provocări din măsurători de performanță, cum ar fi consumul de energie și durata de viață a bateriei, prin testul de conformitate și de fabricație, implementare și operațiuni la repararea și repararea serviciilor.
Rezultă că cerințele privind durata de viață a bateriei de peste 10 ani și cerințele de latență variind de la câteva minute la microsecunde devin relevante. Unele aplicații care necesită acoperire și mobilitate globală se vor concentra asupra tehnologiilor celulare, cum ar fi LTE-M și NB-IOT, dar majoritatea dispozitivelor vor folosi tehnologii fără fir non-celulare, cum ar fi Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, fir, Enocean, Sigfox și Lora în Tlicens industrial, științific și medical / scurt.
Provocările de testare în designul RF
Testarea comportamentului global de comunicare al dispozitivelor IOT este un subiect important în toate fazele ciclului de viață al produsului. Designul RF necesită o atenție deosebită. Măsurătorile dispozitivului IOT încep de obicei cu măsurătorile de putere, spectru și sensibilitate la receptor în modul conectat. S-Parametrii sunt măsurați pentru a verifica și regla performanța antenei dispozitivului IOT.
După aceasta, se recomandă măsurarea excesivă a puterii radiate și a sensibilității izotropice totale a designului final. De asemenea, poate fi relevant să se efectueze măsurători în anumite condiții de estompare sau să aplice tehnici de îmbunătățire a acoperire, cum ar fi cele utilizate pentru dispozitivele NB-IOT și LTE-M.
Proiectarea hardware-ului și a software-ului adecvat este deosebit de importantă pentru dispozitivele cu putere redusă, de exemplu implementarea unui consum optim de energie în modul activ, dar și moduri de somn profund sau faze scurte de pornire / oprire. Dispozitivele IOT care utilizează tehnologii wireless cu putere redusă (LP-WAN), cum ar fi LTE-M sau NB-IOT, trebuie să ia în considerare toate aspectele modurilor și caracteristicilor operaționale, cum ar fi PSM, EDRX sau CE.
Producătorii de dispozitive, operatorii și producătorii de infrastructură necesită un portofoliu de testare cuprinzător pentru a accelera introducerea aplicațiilor și serviciilor IOT. Acest lucru nu poate fi realizat fără a verifica conformitatea dispozitivelor IOT cu cerințe de reglementare, operator și standarde.
Chiar și cu procese bine definite, multe modele noi de dispozitive IOT încă nu reușesc la prima încercare. Autoritățile de reglementare au definit cazuri de testare pentru a asigura coexistența și operațiunile de rețea pentru tehnologiile wireless care operează în aceeași bandă de frecvență. Bluetooth, Wi-Fi și Zigbee, de exemplu, toate funcționează în aceeași bandă ISM 2.4GHz. Certificarea lor se concentrează asupra subiectelor de conformitate RF și a protocolului pentru a asigura interoperabilitatea și performanța ridicată. Operatorii pot solicita teste suplimentare care autorizează dispozitive IOT pentru rețelele lor.
Despre autor
Jörg Köpp este managerul de segmente de piață - IOT, ROHDE & Schwarz
