Останнім часом екосистема стільникового складу IOT (C-IOT), і особливо стандартизація 3GPP, зосереджена на забезпеченні масивної машини, що тип зв'язку (MMTC) для додатків, таких як вимірювання води, моніторинг корови, смарт-парковка або відстеження активів. Базові технології вузькосмугового Інтернету речей (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) та розширеного типу машини (EMTC) (CAT-M) були розроблені в Rel. 13/14, з виділеними функціями для дуже низького споживання електроенергії (розширений розривний прийом (EDRX), модуль живлення (PSM)) та вдосконалення покриття (режими CE). Тим часом близько 140 мобільних операторів по всьому світу розгорнули мережі LTE M або NB-IOT, а GSA (Global Mobile Associans) підраховувала більше 500 пристроїв, що підтримують або CAT-M1, CAT-NB1 або CAT-NB2.
Виникаючі програми IOT в декількох галузях промисловості, а також глобальна фаза з мереж 2G та 3G, керує необхідністю додаткових розширень. Тому 3GPP постійно працює над покращенням для NB-IOT та EMTC для покриття конкретних вимог до застосування (рис. 1). Прикладами є сигнали пробудження або ранній передача даних, як це введено в Rel. 15. Обидва допомагають оптимізувати споживання енергії та часи реакції. У довгостроковій перспективі, однак, існує потреба в плавному переході до епохи 5G.
C-IOT в епоху 5G
Перша мобільна мережа, розроблена з початку, щоб підтримати не тільки мобільний широкосмуговий ринок (EMBB), але і зростаючий ринок IOT був 5G. Вже в першому 5G випуску, фундамент був закладений для переходу MMTC (NB-IOT / EMTC) від 4G до 5G, а для так званої над надійної, низької латентності зв'язку (URLLC), наприклад, заводська автоматизація. Деякі характеристики 5G нового радіо (NR), такі як гнучка чисерологія, широка частотна підтримка, вбудована безпека та декілька шарів віртуалізації. Створити основу для підтримки суттєвих 5G.
Для майбутнього MMTC у епоху 5G є важливою для майбутнього MMTC у епоху 5G: спільне існування Nb-IOT та EMTC у 5G через гнучке використання радіоресурсів; та підтримка пов'язаних з ядром 5G. Особливості співіснування, як зазначено в REL. 16 дозволить 5G, здатним підключатися до NB-IOT та EMTC для підключення до автономної мережі 5G.
Промисловий іот
Фабрики в майбутньому покладаються на глибоку інтеграцію інформації та автоматизації, включену повсюдним зв'язком. Індустрія шукає надійну та безпечну технологію бездротового зв'язку, яка може бути використана для різних застосувань на заводському підлозі. Там можуть бути альтернативи для вирішення різних випадків, але лише 5G має потенціал для їх вирішення.
5G MMTC оптимізовано для низької потужності та глибокого покриття для пристроїв, які трекові інструменти та товари, або його можна використовувати для підключення датчиків.
5G EMBB оптимізовано для мобільності та високої пропускної спроможності. Він підходить для використання в підключенні віртуальних реальних окулярів та портативних пристроїв, що використовуються навколо заводського підлоги.
Нова функція у 5G Urllc, розроблена в Rel.16 / 17, дозволить повну автоматизацію для керування роботами або автоматизованими техніками.
Urllc - це нова область застосування для стільникового зв'язку з явним вимогам щодо затримки, термінів та надійності. 3GPP витратив розумні зусилля, спрямовані на вирішення цих вимог, і тепер надає комплексну інструментарію URLLC. Це допоможе оптимізувати латентність на радіо-інтерфейсі, з такими функціями, як короткий час символу та міні-слоти, разом із таким, як швидкий та гнучкий процес повторення або безліч, що не є передачею висхідної лінії надання гранту. Мережева віртуалізація, визначення пріоритетів трафіку та обчислення краю доступу значною мірою покращують затримку кінцевої до кінця. Надійність зв'язку може бути покращена, застосовуючи надійні схеми кодування, дублювання пакету та повторення, а також до подвійних схем зв'язку. Цей інструмент включає підтримку часу чутливих мереж або служб LAN типу через 5G, як правило, розробляється в Rel.16. Подальші поліпшення часу синхронізації часу або операції в умовах неліцензійних середовищ знаходяться у розвитку в Rel.17.
Окрім латентності та надійності зв'язку, доступність мережі та безпека є критичними для місій та бізнес-критичних додатків у промисловому середовищі. Таким чином, промисловість виглядала в експлуатації приватних 5G мереж, які можуть бути розгорнуті як автономні недержавні мережі (NPNS), використовуючи приватний спектр або загальнодоступну мережу, інтегровані NPN, використовуючи мережеву віртуалізацію, як зазначено в Rel.16.
Введення Світла NR
Комплексна особливість 5G адекватно стосується широкого кола додатків IOT, наприклад, для екстремальної недорогих, екстремальної низької потужності та обмеженої мобільності з NB-IOT. Однак, є велика кількість додатків IOT, носіїв безпеки дітей, наприклад, необхідно тривалий термін служби акумулятора, дуже хороше покриття, а також повну мобільність та розумні ставки даних. Інші приклади є надзвичайними датчиками, які потребують екстремального покриття, але також дуже низька латентність та низька енергоспоживання. Для вирішення цих програм середнього діапазону 3GPP почав вивчати вимоги до заявки під назвою NR Light. В Rel. 17 Він буде стандартизувати новий тип пристрою зменшення можливостей з фокусом на типових вимогах промислових датчиків, розумних носіїв та камери спостереження (рис. 2).
Неземні мережі
Сьогодні мобільні мережі можуть охоплювати більше 80% глобального населення, а лише 40% поверхні землі та менше 20% поверхні Землі. Єдиною гідною альтернативою для вирішення застосування програмного забезпечення глобального відстеження, відстеження та моніторингу є використання неземних мереж, використовуючи крихітні супутники з низьким рівнем землі. В Rel. 17, 3GPP працює над інтеграцією супутникових компонентів у архітектурі 5G NR в цілому. Спочатку він вивчає використання довгострокової еволюції NB-IOT та EMTC через неземні мережі.
Потужність тестування
3GPP постійно керує стандартизацією для задоволення сучасних та майбутніх вимог до екосистеми IOT. Велика різноманітність функцій та мережевих сценаріїв, разом із дуже специфічними вимогами до застосування IOT, прискорить попит на тестування та сертифікацію щодо життєвого циклу пристроїв та мережевих компонентів.
Затримка, надійність та споживання електроенергії стають дедалі важливою, а безперервний моніторинг мереж стануть необхідним. Як результат, більш широкий тестування IOT стикається з широким спектром проблем із вимірювань продуктивності, таких як споживання енергії та термін служби акумулятора, шляхом дотримання та виробничого тесту, розгортання та операції з обслуговування та ремонту послуг.
Це випливає, що вимоги до життя акумулятора більше 10 років та вимоги до латентності, що становлять від хвилин до мікросекунд, стають актуальними. Деякі програми, що вимагають глобального покриття та мобільності, зосереджуються на клітинних технологіях, таких як LTE-M та NB-IOT, але більшість пристроїв будуть використовувати нелітильні бездротові технології, такі як Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Thread, Enocean, Sigfox та LORA в Неліцензовані промислові, наукові та медичні / короткі діапазоні.
Тестові виклики в РФ Дизайн
Тестування загальної поведінки комунікації пристроїв IOT є важливою темою у всіх етапах життєвого циклу продукту. Дизайн РФ вимагає особливої уваги. Вимірювання пристрою IOT зазвичай починаються з потужності RF, спектра та вимірювання чутливості до приймача в підключеному режимі. S-параметри вимірюються для перевірки та налаштування антени пристрою IOT.
Після цього рекомендується виміряти над повітрям вимірювання загальної випромінюваної потужності та загальної ізотропної чутливості кінцевого дизайну. Це також може бути релевантним для виконання вимірювань за певних умов вицвітання або застосувати методи підвищення покриття, такі як ті, що використовуються для NB-IOT та LTE-M пристроїв.
Проектування відповідного апаратного та програмного забезпечення є особливо важливими для низьких пристроїв, наприклад, реалізації оптимального споживання електроенергії в активному режимі, а також режимів глибокого сну або коротких етапів запуску / вимкнення. ІТ-пристрої, які використовують бездротові технології малої потужності (LP-WAN), такі як LTE-M або NB-IOT, необхідно розглянути всі аспекти операційних режимів та функцій, таких як PSM, EDRX або CE.
Виробники пристроїв, оператори та виробники інфраструктури вимагають комплексного тестового портфеля для прискорення впровадження програм та послуг IOT. Це не може бути досягнуто без перевірки відповідності пристроїв IOT з вимогами регуляторного, оператора та стандартів.
Навіть з чітко визначеними процесами, багато нових конструкцій пристроїв IOT ще не піддаються сертифікації на першій спробі. Регулятори визначають тестові справи, щоб забезпечити співіснування та мережеві операції для бездротових технологій, що працюють у тій же частотній смузі. Bluetooth, Wi-Fi та Zigbee, наприклад, всі працюють у тій же стрічці 2,4 ГГц. Їх сертифікація зосереджена на темах RF та протоколу, щоб забезпечити сумісність та високу продуктивність. Оператори можуть вимагати додаткових тестів, що дозволяють пристроям IOT для своїх мереж.
Про автора
Jörg Köpp - менеджер сегментів ринку - IOT, Rohde & Schwarz
