V zadnjem času Cellular IOT (C-IOT) ekosistem, zlasti 3GPP standardizacije, se je osredotočil na omogočanje masivnega trga strojne komunikacije (MMTC) za aplikacije, kot so merjenje vode, kravje spremljanje, pametna parkiranje ali sledenje sredstev. Osnovne tehnologije ozkopasovni internet stvari (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) in izboljšana komunikacija tipa stroja (EMTC) (CAT-M) so bile razvite v REL. 13/14, z namenskimi funkcijami za zelo nizko porabo energije (razširjena diskontinuirana recepcija (EDRX), napajalni modul (PSM)) in dodatna oprema za pokritost (CE načine). Medtem je okoli 140 mobilnih operaterjev po vsem svetu uporabilo LTE M ali NB-IOT omrežja, GSA (Global Mobilni dobavitelji) pa je preštela več kot 500 naprav, ki podpirajo CAT-M1, CAT-NB1 ali CAT-NB2.
Nastajajoče aplikacije IOT v več industrijah, kot tudi globalna faza iz omrežij 2G in 3G, spodbujajo potrebo po več razširitve, specifičnih za uporabo. Zato 3GPP nenehno prizadeva za izboljšanje NB-IOT in EMTC za kritje posebnih zahtev zahtevkov (slika 1). Primeri so signali zbujenih ali predčasni prenos podatkov, kot je uveden v REL. 15. Tako pomagata optimizirati porabo energije in reakcijskih časov. Dolgoročno pa obstaja potreba po nemotenem prehodu na obdobje 5G.
C-IOT v obdobju 5G
Prvo generacijo mobilnega omrežja, ki je zasnovana od začetka, ki podpira ne samo mobilni trg širokopasovnih povezav (MSBB), ampak tudi na rastočem trgu IOT je bilo 5g. Že v prvem izdaji 5G, je bila fundacija položena za prehod MMTC (NB-IOT / EMTC) iz 4G na 5G in za tako imenovano Ultra zanesljivo, nizko latenco komunikacijo, na primer, na primer, tovarne avtomatizacijo. Nekateri 5G Novi radijski (NR) značilnosti, kot so fleksibilna numerologija, široka frekvenčna podpora, vgrajena varnost in več plasti virtualizacije ustvarjajo podlago za podporo bistvenega 5G uporabo primeru scenarijev ALLB, MMTC in URLLC.
Dva dejavnika sta bistvena za prihodnost MMTC v obdobju 5G: soobstoj NB-IOT in EMTC v 5G zaradi prilagodljive rabe radijskih virov; in podporo sorodnih funkcij s 5G jedrom. Značilnosti soobstoja, kot je določeno v REL. 16 bo omogočilo 5G sposobno NB-IOT in EMTC naprav za povezavo s samostojnim 5G omrežjem.
Industrijski IOT.
Tovarne v prihodnosti se bodo zanašale na globoko integracijo informacij in avtomatizacije, ki jih omogoča vseprisotna povezljivost. Industrija išče zanesljivo in varno brezžično komunikacijsko tehnologijo, ki se lahko uporablja za različne aplikacije v tovarni. Morda obstajajo alternative za obravnavo različnih primerov, vendar le 5G ima možnost, da jih obravnava vse.
5G MMTC je optimiziran za nizko moč in globoko pokritost za naprave, ki sledijo orodja in blago ali pa se lahko uporablja za povezovanje senzorjev.
5G EMBB je optimizirana za mobilnost in visoko prepustnost podatkov. Primerna je za uporabo pri povezovanju očal za virtualno resničnost in ročne naprave, ki se uporabljajo okoli tovarniške tal.
Nova značilnost v 5G URLLC, ki je bila razvita v rel.16 / 17, bo omogočila popolno avtomatizacijo za nadzor robotov ali avtomatiziranih vodenih vozil.
URLLC je novo področje uporabe za mobilno komunikacijo z izrecnimi zahtevami glede latence, časovne razporeditve in zanesljivosti. 3GPP je porabila razumna prizadevanja za obravnavo teh zahtev in zdaj zagotavlja celovito orodje URLLC. To bo pomagalo optimizirati latenco na radijskem vmesniku, s funkcijami, kot so kratek čas simbol in mini reže, skupaj z izboljšavami, kot so hiter in prilagodljiv proces ponavljanja ali posnatev brez posnami posredovanje uplink. Omrežna virtualizacija, prednosti prednosti prometa in računalništvo z največjim dostopom bo v veliki meri izboljšalo latenco od konca do konca. Zanesljivost komunikacije se lahko izboljša z uporabo robustnih shem kodiranja, paketne podvajanje in ponavljanja ter shem dvojnega povezljivosti. Ta orodjarstvo vključuje podporo časovno občutljivih omrežij ali storitev LAN-tipa preko 5G, kot je v glavnem razvit v rel.16. Nadaljnje izboljšave za časovno sinhronizacijo ali delovanje v nelicenciranih okoljih so v razvoju v rel.17.
Poleg latence in zanesljivosti komunikacije sta razpoložljivost in varnost omrežja ključnega pomena za poslanstvo in poslovne aplikacije v industrijskem okolju. Industrija je zato iskala upravljanje zasebnih omrežij 5G, ki bi se lahko uporabila kot samostojna nejavna omrežja (NPNS) z uporabo zasebnega spektra ali javnega omrežja integriranih NPN z uporabo omrežne virtualizacije, kot je določeno v rel.16.
Uvajanje NR Light.
Celovit nabor funkcij 5G ustrezno obravnava širok spekter aplikacij IOT, na primer, tisti za ekstremno poceni, ekstremno nizko moč in omejeno mobilnost z NB-IOT. Vendar pa obstajajo številne aplikacije IOT, otroške varnostne nos, na primer, ki potrebujejo dolgo življenjsko dobo baterije, zelo dobro pokritost, kot tudi polno mobilnost in razumne dajatve podatkov. Drugi primeri so senzorji za nujne primere, ki potrebujejo ekstremno pokritost, pa tudi zelo nizko latenco in nizko porabo energije. Za obravnavo teh aplikacij srednjega razreda IOT, je 3GPP začel preučiti zahtevne zahteve pod imenom NR LIGHT. V rel. 17 To bo standardiziralo novo vrsto naprave z zmanjšano zmogljivostjo s poudarkom na tipičnih zahtevah industrijskih senzorjev, pametnih nositi in nadzorne kamere (slika 2).
Ne-zemeljska omrežja
Danes lahko mobilna omrežja pokrivajo več kot 80% svetovnega prebivalstva, vendar le 40% površine kopenske in manj kot 20% zemeljske površine. Edina vredna alternativa za reševanje iOT aplikacij globalnega zaznavanja, sledenja in spremljanja je uporaba negerezijskih omrežij z uporabo, drobnimi sateliti orbiti z majhnimi zemljo. V rel. 17, 3GPP se ukvarja z integracijo satelitskih komponent v 5G NR arhitekture na splošno. Sprva študira uporabo dolgoročne evolucije, ki temelji na NB-IOT in EMTC prek neregerialnih omrežij.
Moč testiranja
3GPP nenehno odvija standardizacijo, da se zadovoljijo sedanje in prihodnje zahteve za ekosistem IOT. Velika raznolikost funkcij in omrežnih scenarijev, skupaj z zelo specifičnimi zahtevami IT aplikacije, bo pospešila povpraševanje po preskusu in certificiranju v življenjskem ciklu naprav in omrežnih komponent.
Latenca, zanesljivost in poraba energije postane vse pomembnejša in nenehno spremljanje omrežij bo postalo bistveno. Posledično, širše testiranje IOT se sooča široko paleto izzivov iz meritve zmogljivosti, kot so poraba energije in življenjska doba baterije, s pomočjo skladnosti in preskusa proizvodnje, uvajanje in operacije za servisiranje in popravilo v prometu.
Iz tega sledi, da so potrebne življenjske potrebe po baterije več kot 10 let in latence, ki segajo od minut do mikrocrovcev. Nekatere aplikacije, ki zahtevajo globalno pokritost in mobilnost, se bodo osredotočile na celične tehnologije, kot so LTE-M in NB-IOT, vendar bo večina naprav uporabljala ne-celične brezžične tehnologije, kot so Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Nit, Etocean, Sigfox in Lora Nelicencirani industrijski, znanstveni in medicinski / kratki razdalji Tpandes.
Preskusni izzivi pri oblikovanju RF
Testiranje celotnega komunikacijskega vedenja naprav IOT je pomembna tema v vseh fazah življenjskega cikla izdelka. Obliku RF zahteva posebno pozornost. Meritve naprave IOT se običajno začnejo z meritvami moči RF, spektra in sprejemnika v priključenem načinu. S-parametri merimo, da se preveri in nastavite delovanje antene naprave IT.
Po tem se priporoča merjenje prekoračitve celotne sevane moči in skupna izotropna občutljivost končne zasnove. Lahko je tudi relevantna za izvajanje meritev pod določenimi težavami za bledenje ali uporabijo tehnike izboljšanja pokritosti, kot so tiste, ki se uporabljajo za naprave NB-IOT in LTE-M.
Oblikovanje ustrezne strojne in programske opreme je še posebej pomembno za nizko električne naprave, na primer izvajanje optimalne porabe energije v aktivnem načinu, pa tudi globoko-spanja načine ali kratke faze zagona / zaustavitve. IOT naprave, ki uporabljajo brezžične tehnologije z nizko porabo (LP-WAN), kot je LTE-M ali NB-IOT, morajo upoštevati vse vidike operativnih načinov in funkcij, kot so PSM, EDRX ali CE.
Izdelovalci naprav, upravljavci in proizvajalci infrastrukture zahtevajo celovit preskusni portfelj za pospešitev uvajanja aplikacij in storitev IOT. Tega ni mogoče doseči brez preverjanja skladnosti naprav IOT z zahtevami regulativnih, operaterjev in standardov.
Tudi z dobro opredeljenimi procesi, številni novi modeli naprav IOT še vedno ne uspejo certificiranja pri prvem poskusu. Regulatorji so opredelili testne primere, da se zagotovijo soobstoja in prijazne operacije za brezžične tehnologije, ki delujejo v istem frekvenčnem pasu. Bluetooth, Wi-Fi in ZigBee, na primer, vsi delujejo v istem 2.4GHz ism pasu. Njihova certificiranje se osredotoča na teme skladnosti RF in protokola, da se zagotovi interoperabilnost in visoko zmogljivost. Operaterji lahko zahtevajo dodatne preskuse, ki dovoljujejo naprave IT za njihova omrežja.
O avtorju
Jörg Köpp je tržni segment Manager - IOT, Rohde & Schwarz
