เมื่อเร็ว ๆ นี้ระบบนิเวศ Cellular IoT (C-IoT) และโดยเฉพาะอย่างยิ่งมาตรฐาน 3GPP ได้มุ่งเน้นไปที่การเปิดใช้งานการเปิดใช้งานตลาดการสื่อสารประเภทเครื่องขนาดใหญ่ (MMTC) สำหรับการใช้งานเช่นการวัดแสง, การตรวจสอบวัว, ที่จอดรถที่ชาญฉลาดหรือการติดตามสินทรัพย์ เทคโนโลยีพื้นฐาน Craftband Internet of Things (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) และการสื่อสารประเภทเครื่องขั้นสูง (EMTC) (CAT-M) ได้รับการพัฒนาใน REL 13/14 ด้วยคุณสมบัติเฉพาะสำหรับการใช้พลังงานที่ต่ำมาก (การรับสัญญาณที่ไม่ต่อเนื่อง (EDRX), โมดูลแหล่งจ่ายไฟ (PSM)) และการปรับปรุงความคุ้มครอง (โหมด CE) ในระหว่างนี้ผู้ให้บริการโทรศัพท์มือถือประมาณ 140 รายทั่วโลกได้ปรับใช้เครือข่าย LTE M หรือ NB-IoT และ GSA (ซัพพลายเออร์มือถือทั่วโลก) ได้นับมากกว่า 500 อุปกรณ์ที่รองรับ CAT-M1, CAT-NB1 หรือ CAT-NB2
แอปพลิเคชั่น IoT ที่เกิดขึ้นใหม่ในหลายอุตสาหกรรมรวมถึงเฟสระดับโลกจากเครือข่าย 2G และ 3G ขับเคลื่อนความต้องการส่วนขยายเฉพาะแอปพลิเคชันเพิ่มเติม ดังนั้น 3GPP จะทำงานอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับการปรับปรุงสำหรับ NB-IOT และ EMTC เพื่อครอบคลุมความต้องการของแอปพลิเคชันเฉพาะ (รูปที่ 1) ตัวอย่างคือสัญญาณปลุกหรือการส่งข้อมูลต้นตามที่เปิดตัวใน REL 15. ทั้งสองช่วยในการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานและเวลาตอบสนอง อย่างไรก็ตามในระยะยาวอย่างไรก็ตามมีความต้องการการเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่นในยุค 5G
C-IoT ในยุค 5G
การสร้างเครือข่ายมือถือครั้งแรกที่ออกแบบมาตั้งแต่เริ่มต้นเพื่อสนับสนุนไม่เพียง แต่ตลาดบรอดแบนด์มือถือ (EMBB) แต่ยังตลาด IoT ที่กำลังเติบโตคือ 5G แล้วในการเปิดตัว 5G แรกมูลนิธิถูกวางไว้สำหรับการเปลี่ยนแปลงของ MMTC (NB-IOT / EMTC) จาก 4G เป็น 5G และที่เรียกว่าการสื่อสารความล่าช้าต่ำพิเศษ (URLLC) ที่เรียกร้องโดยตัวอย่างเช่นระบบอัตโนมัติจากโรงงาน ลักษณะวิทยุใหม่ 5G (NR) บางอย่างเช่นตัวเลขที่ยืดหยุ่นการสนับสนุนความถี่กว้างความปลอดภัยในตัวและการจำลองเสมือนหลายชั้นสร้างฐานเพื่อสนับสนุนสถานการณ์กรณีการใช้งาน 5G ที่จำเป็นของ EMBB, MMTC และ URLLC
ปัจจัยสองประการเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอนาคตของ MMTC ในยุค 5G: การดำรงอยู่ของ NB-IoT และ EMTC ใน 5G เนื่องจากการใช้ทรัพยากรวิทยุที่ยืดหยุ่น และการสนับสนุนคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องโดยแกนกลาง 5G คุณสมบัติร่วมอยู่ตามที่ระบุใน rel 16 จะอนุญาตให้ใช้อุปกรณ์ NB-IOT และ EMTC 5G ที่มีความสามารถในการเชื่อมต่อกับเครือข่าย 5G แบบสแตนด์อโลน
IoT อุตสาหกรรม
โรงงานในอนาคตจะขึ้นอยู่กับการรวมข้อมูลและระบบอัตโนมัติอย่างลึกซึ้งเปิดใช้งานโดยการเชื่อมต่อที่แพร่หลาย อุตสาหกรรมกำลังมองหาเทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายที่เชื่อถือได้และปลอดภัยที่สามารถใช้สำหรับการใช้งานที่แตกต่างกันบนพื้นโรงงาน อาจมีทางเลือกในการแก้ไขปัญหาต่าง ๆ แต่มีเพียง 5G เท่านั้นที่มีศักยภาพในการจัดการกับพวกเขาทั้งหมด
5G MMTC ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับพลังงานต่ำและความครอบคลุมลึกสำหรับอุปกรณ์ที่ติดตามเครื่องมือและสินค้าหรือสามารถใช้สำหรับการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์
5G embb ได้รับการปรับให้เหมาะกับการเคลื่อนย้ายและปริมาณข้อมูลสูง เหมาะสำหรับใช้ในการเชื่อมต่อแว่นตาเสมือนจริงและอุปกรณ์มือถือที่ใช้กับพื้นโรงงาน
คุณสมบัติใหม่ใน 5G Urllc พัฒนาขึ้นใน Rel.16 / 17 จะช่วยให้ระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบสำหรับการควบคุมหุ่นยนต์หรือยานพาหนะนำทางอัตโนมัติ
URLLC เป็นพื้นที่แอปพลิเคชันใหม่สำหรับการสื่อสารเซลลูล่าร์พร้อมข้อกำหนดที่ชัดเจนเกี่ยวกับเวลาแฝงเวลาและความน่าเชื่อถือ 3GPP ใช้ความพยายามอย่างสมเหตุสมผลในการแก้ไขข้อกำหนดเหล่านี้และตอนนี้ให้ชุดเครื่องมือ urllc ที่ครอบคลุม มันจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการแฝงในอินเทอร์เฟซวิทยุด้วยคุณสมบัติเช่นเวลาสัญลักษณ์สั้นและมินิสล็อตพร้อมกับการปรับปรุงเช่นกระบวนการทำซ้ำที่รวดเร็วและยืดหยุ่นหรือการส่งสัญญาณอัปลิงค์ฟรี Virtualisation เครือข่ายการจัดลำดับความสำคัญของการจราจรและการคำนวณ Edge Multi-Access จะช่วยปรับปรุงเวลาแฝงแบบ end-to-end ความน่าเชื่อถือของการสื่อสารสามารถปรับปรุงได้โดยใช้โครงร่างการเข้ารหัสที่แข็งแกร่งการทำสำเนาแพ็คเก็ตและการทำซ้ำรวมถึงแผนการเชื่อมต่อคู่ ชุดเครื่องมือนี้รวมถึงการสนับสนุนเครือข่ายที่ไวต่อเวลาหรือบริการประเภท LAN ผ่าน 5G ตามที่พัฒนาขึ้นเป็นหลักใน REL.16 การปรับปรุงเพิ่มเติมสำหรับการซิงโครไนซ์เวลาหรือการดำเนินงานในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีใบอนุญาตอยู่ในการพัฒนาใน REL.17
นอกจากความน่าเชื่อถือของเวลาแฝงและการสื่อสารความพร้อมใช้งานของเครือข่ายและความปลอดภัยมีความสำคัญต่อการประยุกต์ใช้ภารกิจและธุรกิจที่สำคัญในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม ดังนั้นอุตสาหกรรมจึงต้องการใช้งานเครือข่าย 5G ส่วนตัวที่สามารถปรับใช้เป็นเครือข่ายที่ไม่ใช่เครือข่ายสาธารณะแบบสแตนด์อโลน (NPNS) โดยใช้สเปกตรัมส่วนตัวหรือเครือข่ายสาธารณะแบบบูรณาการ NPN โดยใช้เครือข่าย Virtualisation ตามที่ระบุไว้ใน REL.16
แนะนำแสง NR
ชุดคุณสมบัติที่ครอบคลุมของ 5G จัดการกับแอปพลิเคชั่น IoT ที่หลากหลายเช่นที่มีค่าใช้จ่ายต่ำสุดพลังงานต่ำสุดขั้วและการเคลื่อนย้ายที่ จำกัด ด้วย NB-IoT อย่างไรก็ตามมีแอปพลิเคชัน IoT จำนวนมากสวมใส่ความปลอดภัยของเด็ก ๆ เช่นที่ต้องการอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานความครอบคลุมที่ดีมากรวมถึงการเคลื่อนไหวเต็มรูปแบบและอัตราข้อมูลที่เหมาะสม ตัวอย่างอื่น ๆ เป็นเซ็นเซอร์ฉุกเฉินที่ต้องการความคุ้มครองอย่างมาก แต่ยังมีเวลาแฝงต่ำมากและการใช้พลังงานต่ำ เพื่อแก้ไขแอปพลิเคชัน IOT ระดับกลางเหล่านี้ 3GPP เริ่มศึกษาข้อกำหนดของแอปพลิเคชันภายใต้ชื่อ NR NR ใน rel. 17 มันจะเป็นมาตรฐานประเภทอุปกรณ์ความสามารถที่ลดลงใหม่ด้วยการมุ่งเน้นไปที่ความต้องการทั่วไปของเซ็นเซอร์อุตสาหกรรมอุปกรณ์สวมใส่สมาร์ทและกล้องวงจรปิด (รูปที่ 2)
เครือข่ายที่ไม่ใช่ภาคพื้นดิน
วันนี้เครือข่ายมือถือสามารถครอบคลุมมากกว่า 80% ของประชากรโลก แต่เพียง 40% ของพื้นผิวดินและน้อยกว่า 20% ของพื้นผิวโลก ทางเลือกที่มีค่าเพียงอย่างเดียวในการจัดการกับการประยุกต์ใช้ IoT ของการตรวจจับทั่วโลกการติดตามและการตรวจสอบคือการใช้เครือข่ายที่ไม่ใช่ภาคพื้นดินโดยใช้ดาวเทียมวงโคจรรอบโลกเล็ก ๆ ใน rel. 17, 3GPP กำลังทำงานกับการรวมองค์ประกอบดาวเทียมในสถาปัตยกรรม 5G NR โดยทั่วไป ในขั้นต้นมันศึกษาการใช้วิวัฒนาการในระยะยาวตาม NB-IOT และ EMTC ผ่านเครือข่ายที่ไม่ใช่ภาคพื้นดิน
พลังของการทดสอบ
3GPP กำลังขับตามมาตรฐานอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการในปัจจุบันและอนาคตสำหรับระบบนิเวศของ IoT ความหลากหลายของคุณสมบัติและสถานการณ์เครือข่ายที่หลากหลายพร้อมกับข้อกำหนดการใช้งาน IOT ที่เฉพาะเจาะจงมากจะเร่งความต้องการสำหรับการทดสอบและการรับรองตลอดวงจรชีวิตของอุปกรณ์และส่วนประกอบเครือข่าย
เวลาแฝงความน่าเชื่อถือและการใช้พลังงานกลายเป็นสิ่งสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ และการตรวจสอบเครือข่ายอย่างต่อเนื่องจะกลายเป็นสิ่งจำเป็น เป็นผลให้การทดสอบ IOT ที่กว้างขึ้นต้องเผชิญกับความท้าทายที่หลากหลายจากการวัดประสิทธิภาพเช่นการใช้พลังงานและอายุการใช้งานแบตเตอรี่ผ่านการปฏิบัติตามกฎระเบียบและการผลิตการปรับใช้และการดำเนินงานในการให้บริการและซ่อมแซมในบริการ
ตามความต้องการอายุการใช้งานแบตเตอรี่มากกว่า 10 ปีและข้อกำหนดเวลาแฝงตั้งแต่นาทีถึงไมโครวินาทีมีความเกี่ยวข้อง แอปพลิเคชั่นบางอย่างที่ต้องการความคุ้มครองทั่วโลกและความคล่องตัวจะมุ่งเน้นไปที่เทคโนโลยีเซลลูลาร์เช่น LTE-M และ NB-IOT แต่อุปกรณ์ส่วนใหญ่จะใช้เทคโนโลยีไร้สายที่ไม่ใช่มือถือเช่น Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Thread, EnoCean, Sigfox และ Lora TBANS อุตสาหกรรมที่ไม่มีใบอนุญาตอุตสาหกรรมวิทยาศาสตร์และการแพทย์ / ระยะสั้น
ทดสอบความท้าทายในการออกแบบ RF
การทดสอบพฤติกรรมการสื่อสารโดยรวมของอุปกรณ์ IoT เป็นหัวข้อสำคัญในทุกขั้นตอนของวงจรชีวิตของผลิตภัณฑ์ การออกแบบ RF ต้องการความสนใจเป็นพิเศษ การวัดอุปกรณ์ IOT มักเริ่มต้นด้วยการวัดความไว RF Power, Spectrum และตัวรับสัญญาณในโหมดที่เชื่อมต่อ S-parameters วัดเพื่อตรวจสอบและปรับแต่งประสิทธิภาพของเสาอากาศของอุปกรณ์ IOT
หลังจากนี้การวัดทางอากาศของพลังงานที่เปล่งปลั่งทั้งหมดและความไวของ ISOTROPIC ทั้งหมดแนะนำให้ใช้การออกแบบขั้นสุดท้าย อาจเกี่ยวข้องกับการวัดภายใต้เงื่อนไขการซีดจางบางอย่างหรือใช้เทคนิคการเพิ่มความคุ้มครองเช่นที่ใช้สำหรับอุปกรณ์ NB-IOT และ LTE-M
การออกแบบฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่เหมาะสมมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์พลังงานต่ำเช่นการใช้พลังงานที่เหมาะสมในโหมดใช้งาน แต่ยังมีโหมดการนอนหลับลึกหรือขั้นตอนการเริ่มต้น / ปิดสั้นสั้น อุปกรณ์ IOT ที่ใช้เทคโนโลยีพลังงานต่ำแบบไร้สาย (LP-WAN) เช่น LTE-M หรือ NB-IOT จำเป็นต้องพิจารณาทุกด้านของโหมดการทำงานและคุณสมบัติเช่น PSM, EDRX หรือ CE
ผู้ผลิตอุปกรณ์ผู้ประกอบการและผู้ผลิตโครงสร้างพื้นฐานต้องใช้พอร์ตการทดสอบที่ครอบคลุมเพื่อเร่งการเปิดตัวแอปพลิเคชันและบริการของ IoT สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้โดยไม่ต้องตรวจสอบความสอดคล้องของอุปกรณ์ IOT ที่มีข้อกำหนดด้านกฎระเบียบผู้ประกอบการและมาตรฐาน
แม้จะมีกระบวนการที่กำหนดไว้อย่างดีการออกแบบใหม่ของอุปกรณ์ IOT จำนวนมากยังคงล้มเหลวในการพยายามครั้งแรก หน่วยงานกำกับดูแลได้กำหนดกรณีการทดสอบเพื่อให้แน่ใจว่าการอยู่ร่วมอยู่และการดำเนินงานที่เป็นมิตรกับเครือข่ายสำหรับเทคโนโลยีไร้สายที่ทำงานในแถบความถี่เดียวกัน ยกตัวอย่างเช่นบลูทู ธ , Wi-Fi และ ZigBee ทั้งหมดทำงานในแถบ ISM 2.4GHz เดียวกัน การรับรองของพวกเขามุ่งเน้นไปที่หัวข้อความสอดคล้อง RF และโปรโตคอลเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานร่วมกันและประสิทธิภาพสูง ผู้ประกอบการอาจร้องขอการทดสอบเพิ่มเติมอนุญาตอุปกรณ์ IoT สำหรับเครือข่ายของพวกเขา
เกี่ยวกับผู้แต่ง
JörgKöppเป็นผู้จัดการส่วนงานตลาด - IoT, Rohde & Schwarz
