Nedávno sa ekosystém bunkového iot (C-iOT) a najmä štandardizácia 3GPP zamerala na to, aby umožňoval trh s masívnym trhom typu stroja (MMTC) pre aplikácie, ako je meranie vody, monitorovanie kravy, inteligentné parkovanie alebo sledovanie aktív. Základné technológie úzkopásmové internet vecí (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) a zvýšená komunikácia typu stroja (EMTC) (CAT-M) boli vyvinuté v REL. 13/14, s vyhradenými funkciami pre veľmi nízku spotrebu energie (rozšírený diskontinuálny príjem (EDRX), napájací zdroj (PSM)) a vylepšenia pokrytia (režimy CE). Medzitým, približne 140 mobilných operátorov po celom svete nasadené siete LTE M alebo NB-IOT a GSA (Global Association Mobile Dodávatelia) počítali viac ako 500 zariadení podporujúcich buď CAT-M1, CAT-NB1 alebo CAT-NB2.
Vynikajúce aplikácie IOT v niekoľkých odvetviach, ako aj globálnej fázy z 2G a 3G sietí, riadia potrebu väčšieho rozšírenia špecifických pre aplikáciu. Preto 3GPP neustále pracuje na vylepšení pre NB-IOT a EMTC na pokrytie osobitných požiadaviek aplikácie (obrázok 1). Príkladmi sú prebudenie signálov alebo včasného prenosu dát, ako je zavedené v rel. 15. Obe pomáhajú optimalizovať spotrebu energie a reakčných časov. Z dlhodobého hľadiska však existuje potreba hladkého prechodu do éry 5 g.
C-iot v ére 5g
Prvá generácia mobilných sietí určená od začiatku podpory nielen mobilného širokopásmového trhu (EmB), ale aj rastúcim trhom IOT bol 5 g. Už v prvom vydaní 5G bol základom pre prechod MMTC (NB-IOT / EMTC) od 4 g na 5 g a pre tzv. Ultra spoľahlivú, nízku latenciu komunikáciu (URLLC) požadovanú napríklad z výrobnej automatizácie. Charakteristiky 5 g nových rádio (NR), ako je flexibilná numerológia, široká frekvenčná podpora, vstavaná bezpečnosť a niekoľko vrstiev virtualizácie vytvárajú základňu na podporu esenciálnych scenárov použitia 5 g použitia EmbB, MMTC a URLLC.
Dva faktory sú nevyhnutné pre budúcnosť MMTC v ERA 5G: koexistencia NB-IOT a EMTC v 5G v dôsledku flexibilného využívania rádiových zdrojov; a podpora súvisiacich znakov 5G jadrom. Funkcie koexistencie, ako je uvedené v rel. 16 umožní 5G schopným NB-IOT a EMTC zariadenia pripojiť sa k samostatnej 5G sieti.
Priemyselný iot
Továrne v budúcnosti sa budú spoliehať na hlbokú integráciu informácií a automatizácie, ktoré umožňujú všadeprítomné pripojenie. Priemysel hľadá spoľahlivú a bezpečnú bezdrôtovú komunikačnú technológiu, ktorá môže byť použitá pre rôzne aplikácie v továrni. Môžu existovať alternatívy na riešenie rôznych prípadov, ale len 5G má potenciál, aby ich všetko oslovil.
5G MMTC je optimalizované pre nízke napájanie a hlboké pokrytie zariadení, ktoré sledujú nástroje a tovar alebo ho možno použiť na pripojenie snímačov.
5G EmbB je optimalizované pre mobilitu a vysokú priepustnosť údajov. Je vhodný na použitie pri pripájaní pohárov virtuálnej reality a vreckových zariadení používaných okolo továrne.
Nová funkcia v 5G URLLC, vyvinutá v Rel.16 / 17, umožní úplnú automatizáciu pre riadenie robotov alebo automatizovaných vedení riadenia.
URLLC je nová oblasť aplikácie pre bunkovú komunikáciu s explicitnými požiadavkami týkajúcimi sa latencie, načasovania a spoľahlivosti. 3GPP vynaložil primerané úsilie na riešenie týchto požiadaviek a teraz poskytuje komplexný nástroj nástrojov URLLC. Pomôže to optimalizovať latenciu na rádiovom rozhraní, s funkciami, ako je napríklad krátky čas symbolu a mini štrbiny, spolu s vylepšeniami, ako je rýchly a flexibilný proces opakovania alebo bezplatného uplinkového prenosu. Virtualizácia siete, prioritizácia prevádzky a multi-prístup EDGE Computing bude do značnej miery zlepšiť latenciu end-to-end. Spoľahlivosť komunikácie možno zlepšiť použitím robustných schém kódovania, duplikáciou a opakovaním paketov, ako aj režimy dvojitého pripojenia. Tento nástrojový program zahŕňa podporu časovo citlivých sietí alebo služieb typu LAN cez 5G, ako sa vyvíjali najmä v REL.16. Ďalšie zlepšenia časovej synchronizácie alebo prevádzky v nelicencovaných prostrediach sú vo vývoji v Rel.17.
Okrem latentnej a komunikačnej spoľahlivosti sú dostupnosť a bezpečnosť siete kritická pre misie a podnikateľské aplikácie v priemyselnom prostredí. Priemysel sa preto snažil prevádzkovať súkromné 5G sietí, ktoré by mohli byť nasadené ako samostatné neverejné siete (NPN) využívajúce súkromné spektrum alebo verejné siete integrované NPN pomocou sieťovej virtualizácie, ako je špecifikované v REL.16.
Predstavujeme NR svetlo
Komplexná sada funkcií 5G primerane rieši širokú škálu aplikácií IOT, napríklad tie, ktoré pre extrémne nízke náklady, extrémne nízko výkonu a obmedzenú mobilitu s NB-IOT. Existujú však množstvo aplikácií IOT, bezpečnosť detí, napríklad, ktoré potrebujú dlhú životnosť batérie, veľmi dobré pokrytie, ako aj plnú mobilitu a rozumné dátové sadzby. Ďalšími príkladmi sú núdzové snímače, ktoré potrebujú extrémne pokrytie, ale aj veľmi nízku latenciu a nízku spotrebu energie. Na riešenie týchto aplikácií Stredného rozsahu IOT, 3GPP začal študovať požiadavky na použitie pod názvom NR svetlo. V rel. 17 Bude štandardizovať nový typ zariadenia so zníženým schopnostným zariadením so zameraním na typické požiadavky priemyselných senzorov, inteligentných nositeľov a monitorovacích vačiek (obrázok 2).
Nedodržaté siete
Mobilné siete dnes môžu pokryť viac ako 80% globálnej populácie, ale len 40% plochy pozemku a menej ako 20% povrchu Zeme. Jediná hodná alternatíva k riešeniu IOT aplikácií globálneho snímania, sledovania a monitorovania je využívanie nebytových sietí pomocou drobných satelitov s nízkymi zemskými orbátmi. V rel. 17, 3GPP pracuje na integrácii satelitných komponentov v architektúre 5G NR všeobecne. Spočiatku študuje použitie dlhodobého vývoja NB-IOT a EMTC prostredníctvom nečistôt.
Sila testovania
3GPP neustále riadenie normalizácie na splnenie súčasných a budúcich požiadaviek pre ekosystém IOT. Veľká rôznorodosť funkcií a sieťových scenárov, spolu s veľmi špecifickými požiadavkami na aplikáciu IOT, urýchľuje požiadavku na testovanie a certifikáciu cez životný cyklus zariadení a sieťových komponentov.
Nestranné a nepretržité monitorovanie sietí sa stávajú čoraz dôležitejším a nepretržitým monitorovaním sietí. V dôsledku toho širšie testovanie IOT čelí širokému spektru výziev z meraní výkonnosti, ako je napríklad spotreba energie a životnosť batérie, prostredníctvom zhody a výrobného testu, nasadenia a operácií na servis a servisnú opravu.
Z toho vyplýva, že požiadavky na životnosť batérie viac ako 10 rokov a latentné požiadavky od minút po mikrosekundách sa stávajú relevantnými. Niektoré aplikácie vyžadujúce globálne pokrytie a mobilitu sa zameriajú na mobilné technológie, ako je LTE-M a NB-IOT, ale väčšina zariadení bude používať nelepiérne bezdrôtové technológie, ako je Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, vlákno, ENOCEAN, SIGFOX A LORA nelicencovaný priemyselný, vedecký a lekársky / krátky rozsah tands.
Skúšobné výzvy v RF dizajne
Testovanie celkového komunikačného správania zariadení IOT je dôležitou témou vo všetkých fázach životného cyklu produktu. RF dizajn si vyžaduje osobitnú pozornosť. Merania zariadenia IOT typicky spustia s meraniami citlivosti RF, spektra a receivement v pripojenom režime. S-parametre sa merajú na overenie a naladenie výkonu antény zariadenia IOT.
Po tomto sa odporúča meranie celkového vyžarovaného výkonu a celkovej izotropnej citlivosti konečného dizajnu. Môže byť tiež relevantné vykonávať merania za určitých podmienok vyblednutia alebo aplikovať techniky vylepšenia pokrytia, ako sú tie, ktoré sa používajú na zariadenia NB-IOT a LTE-M zariadenia.
Projektovanie vhodného hardvéru a softvéru je dôležité pre nízke výkonové zariadenia, napríklad implementáciu optimálnej spotreby energie v aktívnom režime, ale aj režimy hlbokého spánku alebo krátke spustenie / vypnutie fázy. IOT zariadenia, ktoré používajú bezdrôtové technológie s nízkym výkonom (LP-WAN), ako je LTE-M alebo NB-IOT, musia zvážiť všetky aspekty prevádzkových režimov a funkcií, ako je PSM, EDRX alebo CE.
Výrobcovia zariadení, operátori a výrobcovia infraštruktúry vyžadujú komplexné testovacie portfólio na urýchlenie zavedenia aplikácií a služieb IOT. Toto nie je možné dosiahnuť bez overenia zhody zariadení IOT s požiadavkami regulačného, prevádzkovateľa a noriem.
Dokonca aj s dobre definovanými procesmi, mnoho nových návrhov zariadení IOT stále zlyháva certifikáciu na prvý pokus. Regulátory definovali skúšobné prípady na zabezpečenie spoločnej existencie a operácie priaznivé pre sieť pre bezdrôtové technológie pôsobiace v rovnakom frekvenčnom pásme. Bluetooth, Wi-Fi a ZigBee, napríklad, všetci pracujú v rovnakom pásme 2,4GHz ISM. Ich certifikácia sa zameriava na témy zhody RF a protokolu, aby sa zabezpečila interoperabilita a vysoký výkon. Operátori môžu požiadať o ďalšie testy, ktoré povoľujú zariadenia IOT pre svoje siete.
O Autorovi
Jörg Köpp je manažér trhu - IOT, ROHDE & SCHWARZ
