Onlangs het die sellulêre IOT (C-IOT) -komosisteem, en veral die 3GPP-standaardisering, gefokus op die bemagtiging van die Massiewe Machine Tipe Communication (MMTC) -mark vir toepassings soos watermeting, koeimonitering, slim parkering of bateopsporing. Die Basis Technologies Smalband Internet van Dinge (NB-IOT) (CAT-NB1 / 2) en verbeterde masjien tipe kommunikasie (EMTC) (CAT-M) is in relevant ontwikkel. 13/14, met toegewyde funksies vir baie lae kragverbruik (uitgebreide diskontinuous onthaal (EDRX), kragtoevoermodule (PSM)) en dekkingverbeterings (CE-modusse). Intussen het ongeveer 140 mobiele operateurs regoor die wêreld LTE M of NB-IOT-netwerke ontplooi, en GSA (Global Mobile Suppliers Association) het meer as 500 toestelle getel wat óf Cat-M1, CAT-NB1 of CAT-NB2 ondersteun.
Opkomende IOT-toepassings in verskeie nywerhede, sowel as die globale fase van 2G en 3G-netwerke, bestuur die behoefte aan meer toepassingspesifieke uitbreidings. Daarom werk 3GPP voortdurend aan verbeteringe vir NB-IOT en EMTC om spesifieke toepassingsvereistes te dek (Figuur 1). Voorbeelde is wakker seine of vroeë data-oordrag, soos bekendgestel in rel. 15. Beide help om kragverbruik en reaksietye te optimaliseer. Op die lang termyn is daar egter 'n behoefte aan 'n gladde oorgang na die era van 5g.
C-IOT in die era van 5g
Die eerste mobiele netwerk-generasie wat van die begin af ontwerp is om nie net die mobiele breëbandmark (embb) te ondersteun nie, maar ook die groeiende IOT-mark was 5g. Reeds in die eerste 5G-vrylating is die fondament gelê vir die oorgang van MMTC (NB-IOT / EMTC) van 4G tot 5G en vir sogenaamde Ultra betroubare, lae latensie-kommunikasie (urllc) wat gevra word deur byvoorbeeld fabrieksautomatisering. Sowat 5g nuwe radio (NR) eienskappe soos buigsame numerologie, wye frekwensie ondersteuning, ingeboude sekuriteit en verskeie lae virtualisering skep die basis om noodsaaklike 5G-gebruikscenario's van emblb, mmtc en urllc te ondersteun.
Twee faktore is noodsaaklik vir die toekoms van MMTC in die 5G-era: die mede-bestaan van NB-IOT en EMTC in 5G as gevolg van buigsame gebruik van radio hulpbronne; en die ondersteuning van verwante kenmerke deur die 5G-kern. Mede-bestaande funksies soos gespesifiseer in rel. 16 sal 5g in staat stel om NB-IOT en EMTC-toestelle aan 'n selfstandige 5G-netwerk te koppel.
Industriële iot
Fabrieke in die toekoms sal staatmaak op diepe integrasie van inligting en outomatisering, in staat gestel word deur alomteenwoordige konnektiwiteit. Die bedryf is op soek na 'n betroubare en veilige draadlose kommunikasietegnologie wat vir verskillende toepassings op die fabrieksvloer gebruik kan word. Daar kan dalk alternatiewe wees om verskillende gevalle aan te spreek, maar slegs 5g het die potensiaal om hulle almal aan te spreek.
5G MMTC is geoptimaliseer vir lae krag en diep dekking vir toestelle wat gereedskap en goedere opspoor of dit kan gebruik word vir die verbinding van sensors.
5G embb is geoptimaliseer vir mobiliteit en hoë data deurset. Dit is geskik vir gebruik in die verbinding van virtuele realiteit bril en handheld toestelle wat om die fabrieksvloer gebruik word.
'N Nuwe kenmerk in 5G Urllc, wat in REL.16 / 17 ontwikkel is, sal volledige outomatisering in staat stel om robots of outomatiese begeleide voertuie te beheer.
UrlLC is 'n nuwe aansoekarea vir sellulêre kommunikasie met eksplisiete vereistes rakende latensie, tydsberekening en betroubaarheid. 3GPP het redelike pogings bestee om aan hierdie vereistes aan te spreek en bied nou 'n omvattende urllc-gereedskap. Dit sal help om die latensie op die radio-koppelvlak te optimaliseer, met funksies soos kort simbool tyd en mini-gleuwe, tesame met verbeterings soos vinnig en buigsame herhalingsproses of toekenningsvrye uplink-oordrag. Netwerk Virtualisering, Verkeersprioritering en Multi-Access Edge Computing sal die eind-tot-einde latensie grootliks verbeter. Kommunikasie Betroubaarheid kan verbeter word deur robuuste koderingskemas, pakket duplisering en herhaling sowel as dubbele konneksie skemas toe te pas. Hierdie gereedskap sluit in die ondersteuning van tydgevoelige netwerke of LAN-tipe dienste via 5G, soos hoofsaaklik in rel.16 ontwikkel. Verdere verbeteringe vir tydsinchronisasie of operasie in ongelisensieerde omgewings is in ontwikkeling in REL.17.
Behalwe latensie en kommunikasie betroubaarheid, is netwerk beskikbaarheid en sekuriteit krities vir missie- en besigheidskritieke toepassings in die industriële omgewing. Die bedryf is dus op soek na private 5G-netwerke wat as selfstandige nie-openbare netwerke (NPNS) ontplooi kan word deur privaat spektrum of openbare netwerk geïntegreerde NPN's te gebruik deur gebruik te maak van netwerk virtualisering soos in rel.16 gespesifiseer.
Bekendstelling van nr lig
Die omvattende funksie stel van 5G spreek 'n wye verskeidenheid van iot-toepassings aan, byvoorbeeld, dié vir uiterste laekoste, uiterste lae-krag en beperkte mobiliteit met NB-IOT. Daar is egter baie IOT-toepassings, kinders se veiligheidsbeamptes, byvoorbeeld, wat lange battery leeftyd, baie goeie dekking benodig, sowel as volle mobiliteit en redelike data tariewe. Ander voorbeelde is noodsensors wat uiterste dekking benodig, maar ook baie lae latensie en lae kragverbruik. Om hierdie Mid-Range IOT-toepassings aan te spreek, het 3GPP die aansoekvereistes onder die naam NR Light begin bestudeer. In rel. 17 Dit gaan 'n nuwe verminderde kapasiteitstipe-tipe standaardiseer met die fokus op die tipiese vereistes van industriële sensors, slim draagbare en toesigskamme (Figuur 2).
Nie-terrestriële netwerke
Vandag kan mobiele netwerke meer as 80% van die wêreldbevolking dek, maar slegs 40% van die grondoppervlak en minder as 20% van die Aarde se oppervlak. Die enigste waardige alternatief vir die aanspreek van IOT-toepassings van globale sensasie, dop en monitering is die gebruik van nie-terrestriële netwerke deur gebruik te maak van klein lae-Aarde-baan satelliete. In rel. 17, 3GPP werk aan die integrasie van satellietkomponente in die 5G NR-argitektuur in die algemeen. Aanvanklik bestudeer dit die gebruik van langtermyn-evolusie-gebaseerde NB-IOT en EMTC via nie-terrestriële netwerke.
Die krag van toetsing
3GPP bestuur voortdurend standaardisering om die huidige en toekomstige vereistes vir die IOT-ekosisteem te ontmoet. Die groot verskeidenheid funksies en netwerk scenario's, tesame met 'n baie spesifieke IOT aansoekvereistes, sal die vraag na toets en sertifisering versnel oor die lewensiklus van toestelle en netwerkkomponente.
Latency, betroubaarheid en kragverbruik word toenemend belangrik en deurlopende monitering van netwerke sal noodsaaklik word. As gevolg hiervan, wyer IOT-toetsing in die gesig staar 'n wye verskeidenheid uitdagings van prestasiemetings, soos kragverbruik en batterylewe, deur nakoming en vervaardigingstoets, implementering en bedrywighede tot diens en in-diens herstel.
Dit volg dat die battery lewensvereistes van meer as 10 jaar en latensievereistes wat wissel van minute na mikrosekondes relevant word. Sommige toepassings wat wêreldwye dekking en mobiliteit benodig, sal op sellulêre tegnologieë soos LTE-M en NB-IOT fokus, maar die meeste toestelle sal nie-sellulêre draadlose tegnologieë soos Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, draad, Enocean, Sigfox en Lora in gebruik word nie. Ongelisensieerde Industriële, Wetenskaplike en Mediese / Kort Range Tbande.
Toets uitdagings in RF ontwerp
Die toets van die algehele kommunikasie gedrag van IOT-toestelle is 'n belangrike onderwerp in alle fases van die produk lewensiklus. RF ontwerp vereis spesiale aandag. IOT-toestelmetings begin tipies met RF krag-, spektrum- en ontvanger sensitiwiteitsmetings in die gekoppelde modus. S-parameters word gemeet om die antenna se prestasie van die IOT-toestel te verifieer en te stem.
Daarna word oor-die-lug meting van die totale uitgestraalde krag en totale isotropiese sensitiwiteit van die finale ontwerp aanbeveel. Dit kan ook relevant wees om metings onder sekere vervaagende toestande te verrig of om dekkingstegnieke toe te pas, soos dié wat vir NB-IOT- en LTE-M-toestelle gebruik word.
Die ontwerp van toepaslike hardeware en sagteware is veral belangrik vir lae kragtoestelle, byvoorbeeld die implementering van optimale kragverbruik in aktiewe modus, maar ook diep slaapmodi's of kort opstart / afsluitingsfases. IOT-toestelle wat draadlose lae-krag tegnologieë (LP-WAN) gebruik, soos LTE-M of NB-IOT, moet alle aspekte van die operasionele modusse en kenmerke soos PSM, EDRX of CE oorweeg.
Apparaatmakers, operateurs en infrastruktuurvervaardigers vereis 'n omvattende toetsportefeulje om die bekendstelling van IOT-toepassings en -dienste te versnel. Dit kan nie bereik word sonder om ooreenstemming van IOT-toestelle te verifieer met regulatoriese, operateur en standaardevereistes nie.
Selfs met goed gedefinieerde prosesse, misluk baie nuwe ontwerpe van IOT-toestelle steeds sertifisering by die eerste poging. Reguleerders het toetsgevalle omskryf om samehang- en netwerkvriendelike bedrywighede vir draadlose tegnologieë wat in dieselfde frekwensieband werksaam is, te verseker. Bluetooth, Wi-Fi en Zigbee, byvoorbeeld, werk almal in dieselfde 2.4Ghz ISM-band. Hul sertifisering fokus op RF en protokol in ooreenstemming om interoperabiliteit en hoë prestasie te verseker. Operateurs kan addisionele toetse versoek wat IOT-toestelle vir hul netwerke magtig.
Oor die skrywer
Jörg Köpp is marksegmentbestuurder - IOT, Rohde & Schwarz
