Недавно экосистема сотовой связи IOT (C-IOT), и особенно стандартизация 3GPP, была сосредоточена на том, чтобы включить рынок коммуникации типа Massive Type Machine (MMTC) для таких приложений, как дозирование воды, мониторинг коров, умная парковка или отслеживание активов. Базовые технологии узкополосный интернет вещей (NB-IoT) (CAT-NB1 / 2) и расширенный тип машины связи (EMTC) (CAT-M) были разработаны в REL. 13/14, с выделенными функциями для очень низкого энергопотребления (расширенный прерывистый прием (EDRX), модуль питания (PSM)) и улучшения освещения (режимы CE). Тем временем около 140 мобильных операторов по всему миру развернули сети LTE M или NB-IOT, а GSA (глобальные ассоциации мобильных поставщиков) подсчитывали более 500 устройств, поддерживающих либо CAT-M1, CAT-NB1 или CAT-NB2.
Выходящие приложения IoT в нескольких отраслях промышленности, а также глобальная фаза из сетей 2G и 3G, приводят необходимость в большей части нанесения расширений. Следовательно, 3GPP постоянно работает над улучшениями для NB-IoT и EMTC для покрытия конкретных требований приложений (рис. 1). Примеры являются сигналами для пробуждения или ранняя передача данных, как введены в REL. 15. Оба помогают оптимизировать энергопотребление и время реакции. В долгосрочной перспективе, однако, существует необходимость в плавном переходе в эру 5 г.
C-IOT в эпоху 5 г
Первое поколение мобильной сети, разработанное с самого начала поддерживать не только мобильный рынок широкополосного доступа (EUBB), но и растущий рынок IoT был 5г. Уже в первом выпуске 5G фундамент был уложен для перехода MMTC (NB-IOT / EMTC) с 4G до 5 г и для так называемой ультрадушной, низкой латентной связи (URLLC), требуемый, например, заводской автоматики. Некоторые 5 г новых характеристик радио (NR), такие как гибкая нумерология, широкая частотная поддержка, встроенная безопасность и несколько слоев виртуализации Создают основание для поддержки основных сценариев корпуса использования 5G EURMB, MMTC и URLLC.
Два фактора необходимы для будущего MMTC в ERA 5G: сосуществование NB-IoT и EMTC в 5 г из-за гибкого использования радиоресурсов; и поддержка связанных функций Core 5G. Особенности сосуществования, как указано в Rel. 16 позволит 5G, способные подключать устройства NB-IOT и EMTC для подключения к автономной сети 5G.
Промышленный IoT.
Фабрики в будущем полагаются на глубокую интеграцию информации и автоматизации, включенные по вездесущей связью. Промышленность ищет надежную и безопасную технологию беспроводной связи, которая может использоваться для различных приложений на заводском полу. Могут быть альтернативы для решения различных случаев, но только 5G может удовлетворить их все.
5G MMTC оптимизирован для низкой мощности и глубокого покрытия для устройств, которые отслеживают инструменты и товары или его можно использовать для подключения датчиков.
5G EURBB оптимизирована для мобильности и высокой пропускной способности. Он подходит для использования в соединении очков виртуальной реальности и портативными устройствами, используемыми вокруг заводского пола.
Новая функция в 5G URLLC, разработанная в REL.16 / 17, позволит полной автоматизации для управления роботами или автоматическими управляющими транспортными средствами.
URLLC - это новая область приложения для сотовой связи с явными требованиями относительно задержки, сроков и надежности. 3GPP провел разумные усилия по решению этих требований и теперь обеспечивает комплексную инструкцию URLLC. Это поможет оптимизировать задержку на радиоинтерфейсе с такими функциями, как короткое время символа и мини-слоты, вместе с улучшениями, такими как быстрый и гибкий процесс повторения, или передача без предоставления предотвращением. Сетевая виртуализация, приоритеты трафика и вычисления по краям трафика в значительной степени улучшат концептуальную задержку. Надежность связи может быть улучшена путем применения прочных схем кодирования, дублирования и повторения пакетов, а также схем двумя подключениями. Этот набор инструментов включает в себя поддержку сетевых сетей или сервисов типа LAN через 5G, так как в основном разработано в REL.16. Дальнейшие улучшения для синхронизации или эксплуатации времени в нелицензированных средах находятся в разработке в Rel.17.
Помимо задержки и надежности связи, доступность сети и безопасность имеют решающее значение для приложений в области промышленной среды. Таким образом, отрасль стремится работать частные сети 5G, которые могут быть развернуты как автономные непубличные сети (NPN) с использованием частного спектра или общедоступных сетей, интегрированных NPN, используя сетевую виртуализацию, как указано в REL.16.
Представляющий свет NR
Комплексный набор функций 5G адекватно обращается к широкому диапазону приложений IOT, например, для крайней недорогой, крайней низкой мощности и ограниченной мобильности с NB-IoT. Однако есть множество приложений IoT, для детей-безопасных напитков, например, что нуждается в длительный срок службы аккумулятора, очень хороший охват, а также полная мобильность и разумные скорости передачи данных. Другие примеры являются аварийными датчиками, которые нуждаются в экстремальном покрытии, но также очень низкая задержка и низкое энергопотребление. Чтобы решить эти приложения Mid-Range IoT, 3GPP начал изучать требования к применению под названием NR Light. В реле. 17 Он собирается стандартизировать новый тип устройства по сниженным возможностям с фокусом на типичные требования промышленных датчиков, смарт-носимых и кулачков наблюдения (рисунок 2).
Нерешительные сети
Сегодня мобильные сети могут охватывать более 80% глобального населения, но только 40% поверхности земли и менее 20% поверхности Земли. Единственная достойная альтернатива для решения IOT-приложений глобального зондирования, отслеживания и мониторинга является использование нерешеных сетей с использованием крошечных спутников орбиты с низким уровнем земли. В реле. 17, 3GPP работает над интеграцией спутниковых компонентов в архитектуре 5G NR в целом. Первоначально он изучает использование долгосрочной эволюции NB-IoT и EMTC через нерешенные сети.
Сила тестирования
3GPP постоянно регулируют стандартизацию для удовлетворения настоящих и будущих требований к экосистеме IOT. Большое разнообразие функций и сетевых сценариев вместе с очень специфическими требованиями к применению IOT, ускоряют спрос на тест и сертификацию на жизненном цикле устройств и сетевых компонентов.
Задержка, надежность и энергопотребление становится все более важным, а непрерывный мониторинг сетей станет необходимым. В результате более широкие тестирования IOT сталкиваются с широким спектром вызовов от измерений производительности, таких как энергопотребление и срок службы батареи, посредством теста на соблюдение и производство, развертывание и операции по обслуживанию и ремонту обслуживания.
Отсюда следует, что требования к жизни аккумулятора более 10 лет и требования к задержке, начиная от минут до микросекунды, становятся актуальными. Некоторые приложения, требующие глобального покрытия и мобильности, будут сосредоточены на сотовых технологиях, таких как LTE-M и NB-IOT, но большинство устройств будут использовать неклеточные беспроводные технологии, такие как Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Threade, Enocean, Sigfox и LORA в Нелицензированные промышленные, научные и медицинские / короткие диапазоны.
Испытание вызовов в РФ Дизайн
Тестирование общим поведением связи IOT-устройств является важным темой на всех этапах жизненного цикла продукта. РФ дизайн требует особого внимания. Измерения устройства IOT обычно начинаются с измерений радиочастотной мощности, спектра и чувствительности приемника в подключенном режиме. S-параметры измеряются для проверки и настройки антенны производительности устройства IOT.
После этого рекомендуется измерение из-за воздуха общей излучаемой мощности и полной изотропной чувствительности конечного дизайна. Он также может иметь отношение к выполнению измерений при определенных условиях выталкивания или применять методы улучшения покрытия, такие как те, которые используются для NB-IOT и устройств LTE-M.
Проектирование подходящего оборудования и программного обеспечения особенно важно для устройств с низким энергопотреблением, например, реализацию оптимальной потребляемой мощности в активном режиме, но и режимами глубокого сна или в кратких фазах запуска / выключения / отключения. Устройства IOT, которые используют беспроводные технологии с низким энергопотреблением (LP-WAN), такие как LTE-M или NB-IOT, должны учитывать все аспекты рабочих режимов и функций, таких как PSM, EDRX или CE.
Устройства, производители, операторы и производители инфраструктуры требуют комплексного тестового портфеля для ускорения внедрения приложений и услуг IOT. Это не может быть достигнуто без проверки соответствия устройств IoT с нормативными требованиями, операторами и стандартами.
Даже при четко определенных процессах многие новые конструкции устройств IoT по-прежнему не выполняют сертификацию при первой попытке. Регуляторы определили тестовые случаи для обеспечения совместной наличия и сетевых операций для беспроводных технологий, работающих в той же полосе частоты. Bluetooth, Wi-Fi и Zigbee, например, все работают в той же диапазоне 2,4 ГГц ISM. Их сертификация фокусируется на темах соответствия РФ и протокола для обеспечения совместимости и высокой производительности. Операторы могут запросить дополнительные тесты, разрешившие IOT-устройства для своих сетей.
Об авторе
Jörg Köpp - менеджер сегмента рынка - IOT, Rohde & Schwarz
