Gần đây, hệ sinh thái IoT IOT (C-IOT), và đặc biệt là tiêu chuẩn hóa 3GPP, đã tập trung vào việc cho phép thị trường giao tiếp loại máy (MMTC) lớn cho các ứng dụng như đo nước, giám sát bò, đỗ xe thông minh hoặc theo dõi tài sản. Các công nghệ cơ bản thu hẹp Internet của sự vật (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) và truyền thông loại máy nâng cao (EMTC) (CAT-M) được phát triển trong REL. 13/14, với các tính năng chuyên dụng cho mức tiêu thụ điện năng rất thấp (tiếp nhận không liên tục mở rộng (EDRX), mô-đun cung cấp năng lượng (PSM)) và các cải tiến bảo hiểm (chế độ CE). Trong khi đó, khoảng 140 nhà khai thác di động trên toàn thế giới đã triển khai các mạng LTE M hoặc NB-IOT và GSA (Hiệp hội nhà cung cấp di động toàn cầu) đã tính hơn 500 thiết bị hỗ trợ CAT-M1, CAT-NB1 hoặc CAT-NB2.
Các ứng dụng IoT mới nổi trong một số ngành công nghiệp, cũng như giai đoạn toàn cầu trong số 2G và 3G, thúc đẩy sự cần thiết phải các phần mở rộng dành riêng cho ứng dụng. Do đó, 3GPP liên tục làm việc trên các cải tiến cho NB-IOT và EMTC để đáp ứng nhu cầu ứng dụng cụ thể (Hình 1). Ví dụ là tín hiệu báo thức hoặc truyền dữ liệu sớm, như được giới thiệu trong REL. 15. Cả hai giúp tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng và thời gian phản ứng. Tuy nhiên, trong dài hạn, cần có sự chuyển đổi suôn sẻ đến thời đại 5G.
C-iot trong kỷ nguyên của 5g
Thế hệ mạng di động đầu tiên được thiết kế từ đầu để hỗ trợ không chỉ thị trường băng thông rộng di động (Embb), mà còn là thị trường IOT ngày càng tăng là 5G. Đã có trong bản phát hành 5G đầu tiên, nền tảng đã được đặt để chuyển đổi MMTC (NB-IOT / EMTC) từ 4G đến 5G và để được gọi là Ultra đáng tin cậy, giao tiếp độ trễ thấp (URLLC) yêu cầu, ví dụ, tự động hóa nhà máy. Một số đặc điểm radio mới 5G (NR) như số học linh hoạt, hỗ trợ tần số rộng, bảo mật tích hợp và một số lớp ảo hóa tạo cơ sở để hỗ trợ các tình huống Ốp lưng sử dụng thiết yếu 5G của Embb, MMTC và URLLC.
Hai yếu tố rất cần thiết cho tương lai của MMTC trong thời đại 5G: sự tồn tại của NB-IOT và EMTC trong 5G do sử dụng linh hoạt tài nguyên vô tuyến; và sự hỗ trợ của các tính năng liên quan của lõi 5G. Các tính năng cùng tồn tại như được chỉ định trong rel. 16 sẽ cho phép 5G thiết bị NB-IOT và EMTC có khả năng kết nối với mạng 5G độc lập.
IOT công nghiệp
Các nhà máy trong tương lai sẽ dựa vào việc tích hợp sâu sắc về thông tin và tự động hóa, được kích hoạt bởi kết nối phổ biến. Ngành công nghiệp đang tìm kiếm một công nghệ truyền thông không dây đáng tin cậy và an toàn có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau trên sàn nhà máy. Có thể có những lựa chọn thay thế để giải quyết các trường hợp khác nhau, nhưng chỉ có 5g có khả năng giải quyết tất cả.
MMTC 5G được tối ưu hóa cho vùng phủ sóng thấp và độ che phủ sâu cho các thiết bị theo dõi các công cụ và hàng hóa hoặc nó có thể được sử dụng để kết nối các cảm biến.
5G Embb được tối ưu hóa cho tính di động và thông lượng dữ liệu cao. Nó phù hợp để sử dụng trong việc kết nối kính thực tế ảo và các thiết bị cầm tay được sử dụng xung quanh sàn nhà máy.
Một tính năng mới trong URLLC 5G, được phát triển trong REL.16 / 17, sẽ cho phép tự động hóa đầy đủ để kiểm soát robot hoặc xe được hướng dẫn tự động.
URLLC là một khu vực ứng dụng mới để liên lạc di động với các yêu cầu rõ ràng liên quan đến độ trễ, thời gian và độ tin cậy. 3GPP đã dành những nỗ lực hợp lý để giải quyết các yêu cầu này và hiện cung cấp một bộ công cụ URLLC toàn diện. Nó sẽ giúp tối ưu hóa độ trễ trên giao diện radio, với các tính năng như thời gian biểu tượng ngắn và các khe cắm nhỏ, cùng với các cải tiến như quá trình lặp lại nhanh và linh hoạt hoặc truyền tải không liên kết miễn phí. Mạng ảo hóa, ưu tiên lưu lượng và điện toán đa quyền truy cập phần lớn sẽ cải thiện độ trễ cuối cùng đến cuối. Độ tin cậy truyền thông có thể được cải thiện bằng cách áp dụng các lược đồ mã hóa mạnh mẽ, trùng lặp gói và lặp lại cũng như các lược đồ kết nối kép. Bộ công cụ này bao gồm hỗ trợ các mạng nhạy cảm theo thời gian hoặc dịch vụ loại LAN thông qua 5G, chủ yếu được phát triển trong Rel.16. Các cải tiến hơn nữa để đồng bộ hóa hoặc hoạt động trong thời gian trong các môi trường không có giấy phép đang được phát triển trong Rel.17.
Bên cạnh độ trễ và độ tin cậy truyền thông, tính khả dụng của mạng và bảo mật là rất quan trọng đối với các ứng dụng quan trọng và kinh doanh trong môi trường công nghiệp. Do đó, ngành công nghiệp đã tìm cách vận hành các mạng 5G riêng tư có thể được triển khai dưới dạng các mạng ngoài công cộng (NPN) độc lập bằng cách sử dụng NPN tích hợp NPN Spectrum hoặc Mạng công cộng bằng cách sử dụng ảo hóa mạng theo quy định tại Rel.16.
Giới thiệu đèn NR
Bộ tính năng toàn diện của 5G giải quyết đầy đủ một loạt các ứng dụng IoT, ví dụ, những ứng dụng dành cho cực kỳ thấp, công suất thấp cực thấp và khả năng di chuyển hạn chế với NB-IOT. Tuy nhiên, có rất nhiều ứng dụng IoT, các thiết bị đeo an toàn cho trẻ em, ví dụ, cần có tuổi thọ pin dài, bảo hiểm rất tốt, cũng như khả năng vận động đầy đủ và tốc độ dữ liệu hợp lý. Các ví dụ khác là các cảm biến khẩn cấp cần độ che phủ cực đoan, nhưng cũng có độ trễ rất thấp và tiêu thụ điện năng thấp. Để giải quyết các ứng dụng IOT tầm trung này, 3GPP bắt đầu nghiên cứu các yêu cầu ứng dụng dưới tên NR Light. Trong rel. 17 Nó sẽ chuẩn hóa một loại thiết bị khả năng giảm mới với tiêu điểm các yêu cầu điển hình của cảm biến công nghiệp, thiết bị đeo thông minh và cam giám sát (Hình 2).
Mạng không phải trên mặt đất
Ngày nay, các mạng di động có thể bao gồm hơn 80% dân số toàn cầu nhưng chỉ 40% bề mặt đất và dưới 20% bề mặt trái đất. Sự thay thế xứng đáng duy nhất để giải quyết các ứng dụng IoT về cảm biến và giám sát toàn cầu là việc sử dụng các mạng không phải là mặt đất bằng cách sử dụng, các vệ tinh quỹ đạo trái đất thấp. Trong rel. 17, 3GPP đang nghiên cứu việc tích hợp các thành phần vệ tinh trong kiến trúc NR 5G nói chung. Ban đầu, CNTT nghiên cứu việc sử dụng NB-IOT và EMTC dựa trên Evolution dựa trên dài hạn thông qua các mạng không phải là mặt đất.
Sức mạnh của thử nghiệm
3GPP đang liên tục thúc đẩy tiêu chuẩn hóa để đáp ứng các yêu cầu hiện tại và trong tương lai đối với hệ sinh thái IOT. Sự đa dạng lớn về các tính năng và kịch bản mạng, cùng với các yêu cầu ứng dụng IoT rất cụ thể, sẽ đẩy nhanh nhu cầu kiểm tra và chứng nhận trên vòng đời của các thiết bị và các thành phần mạng.
Độ trễ, độ tin cậy và tiêu thụ điện năng trở nên ngày càng quan trọng và theo dõi liên tục các mạng sẽ trở nên cần thiết. Do đó, thử nghiệm IoT rộng hơn đối mặt với một loạt các thách thức từ các phép đo hiệu suất, chẳng hạn như tiêu thụ điện năng và thời lượng pin, thông qua thử nghiệm tuân thủ và sản xuất, triển khai và vận hành để phục vụ và sửa chữa tại dịch vụ.
Theo sau yêu cầu về tuổi thọ pin của hơn 10 năm và các yêu cầu về độ trễ khác nhau, từ phút đến microseconds có liên quan. Một số ứng dụng yêu cầu bảo hiểm và khả năng di động toàn cầu sẽ tập trung vào các công nghệ di động như LTE-M và NB-IOT, nhưng hầu hết các thiết bị sẽ sử dụng các công nghệ không dây không di động như Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, ren, Enocean, Sigfox và Lora trong TBBLED công nghiệp, khoa học và y tế / ngắn gọn không có giấy phép.
Thử thách thử thách trong thiết kế RF
Kiểm tra hành vi giao tiếp tổng thể của các thiết bị IoT là một chủ đề quan trọng trong tất cả các giai đoạn của vòng đời sản phẩm. Thiết kế RF đòi hỏi sự chú ý đặc biệt. Các phép đo thiết bị IoT thường bắt đầu bằng các phép đo độ nhạy của nguồn RF, phổ và máy thu ở chế độ được kết nối. Các tham số S được đo để xác minh và điều chỉnh hiệu suất ăng-ten của thiết bị IOT.
Sau khi đo lường quá mức của không khí của tổng công suất bức xạ và tổng độ nhạy đẳng vị của thiết kế cuối cùng được khuyến nghị. Nó cũng có thể có liên quan để thực hiện các phép đo trong các điều kiện mờ nhất định hoặc áp dụng các kỹ thuật nâng cao bảo hiểm như được sử dụng cho các thiết bị NB-IOT và LTE-M.
Thiết kế phần cứng và phần mềm phù hợp đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị công suất thấp, ví dụ thực hiện mức tiêu thụ năng lượng tối ưu ở chế độ hoạt động, nhưng cũng có các chế độ ngủ sâu hoặc các giai đoạn khởi động / tắt máy ngắn. Các thiết bị IoT sử dụng các công nghệ năng lượng thấp không dây (LP-WAN) như LTE-M hoặc NB-IOT cần xem xét tất cả các khía cạnh của các chế độ và tính năng hoạt động như PSM, EDRX hoặc CE.
Các nhà sản xuất thiết bị, nhà khai thác và các nhà sản xuất cơ sở hạ tầng yêu cầu một danh mục kiểm tra toàn diện để tăng tốc giới thiệu các ứng dụng và dịch vụ IOT. Điều này không thể đạt được mà không phải xác minh sự phù hợp của các thiết bị IOT với các yêu cầu về quy định, nhà điều hành và tiêu chuẩn.
Ngay cả với các quy trình được xác định rõ ràng, nhiều thiết kế mới của các thiết bị IoT vẫn không thành công chứng nhận ở lần thử đầu tiên. Các cơ quan quản lý đã xác định các trường hợp thử nghiệm để đảm bảo sự tồn tại cùng tồn tại và các hoạt động thân thiện với mạng cho các công nghệ không dây hoạt động trong cùng một dải tần. Ví dụ, Bluetooth, Wi-Fi và ZigBee và ZigBee, tất cả đều hoạt động trong cùng một băng tần ISM 2.4GHz. Chứng nhận của họ tập trung vào các chủ đề phù hợp với RF và Giao thức để đảm bảo khả năng tương tác và hiệu suất cao. Các nhà khai thác có thể yêu cầu các bài kiểm tra bổ sung ủy quyền cho các thiết bị IOT cho mạng của họ.
Giới thiệu về tác giả
Jörg Köpp là Giám đốc phân khúc thị trường - IoT, Rohde & Schwarz
