Dizainera rokasgrāmata: LTE-M moduļi paplašina mazjaudas IoT diapazonu un mobilitāti

Technology Stacks - Computer Science for Business Leaders 2016 (Maijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Šie produkti var vienkāršot ar akumulatoriem darbināmu IoT ierīču konstrukciju ar zemu izmaksu savienojumu ar mobilajiem pakalpojumiem visā pasaulē viesabonēšanas operācijā

Richard Quinnell, galvenais redaktors

Daudzās lietisko interneta ierīcēs tiek izmantots Wi-Fi kā saite uz mākoņu, taču ir daudzas lietojumprogrammas, kurām nepieciešama gan mobilitāte, gan platjoslas savienojamība, ko Wi-Fi nevar piedāvāt. Šādiem lietojumiem tiek piedāvātas dažādas mazjaudas platleņķa tīkla (LPWAN) tehnoloģijas, taču lielākajai daļai no tām ir nepieciešams izveidot īpašu pakalpojumu tīklu, lai nodrošinātu plašu pārklājumu. Tagad mobilo tālruņu tīkli īsteno atšķirības jau esošajos LTE pakalpojumos, kas atbilst IoT LPWAN vajadzībām, un iepriekš sertificēti moduļi ir galvenais dizainers, kas vēlas ātri iekļūt šādās lietojumprogrammu telpās.

Ikviens populārs Wi-Fi tīkls ir piemērots plaša spektra IoT lietojumprogrammām, kamēr ierīces atrodas tipiskā 50 m diapazonā. Tas pat ir iespējams paplašināt diapazonu līdz kilometram vai tamlīdzīgi. Bet ir daudz esošo un potenciālo IoT lietojumprogrammu, kam ir nepieciešama daudz lielāka brīvība to atrašanās vietā un kustībā nekā Wi-Fi var piedāvāt. Lielākajai daļai no tām jābūt arī baterijām, kas ir otrais streiks pret enerģiju izsalkušo Wi-Fi tīklu. Nepieciešamie šo programmu veidi ir mazjaudas platjoslas tīkli (LPWAN).

Lai baterijas darbināmas IoT ierīces darbotos tālu no piekļuves punkta un brīvi šķērsoja plašu, pat starpkontinentālo attālumu, ir radušās daudzas alternatīvas LPWAN tehnoloģijas . Tie ietver tādas iespējas kā LoRa, Sigfox un Bezsvara. Bet visiem tiem ir tāds pats trūkums: to izmantošana ir atkarīga no pirmās piekļuves punktu tīkla izveidošanas, kas aptver ģeogrāfisko apgabalu, kurā darbojas IoT ierīce. Lielākoties šīm LPWAN alternatīvām ir izveidoti tikai tīkli ar ļoti ierobežotu pārklājumu. Daudzas no alternatīvām neļauj ierīcēm viegli pārvietoties no viena piekļuves punkta uz otru.

Mobilo tehnoloģiju attīstība uzlabo globālo atbalstu IoT lietojumprogrammām. Attēlu avots: Pixabay.

Tomēr ir viens bezvadu tīkla veids, kas aptver plašas pasaules daļas un nodrošina viesabonēšanu starp piekļuves punktiem, nezaudējot savienojumu: mobilo telefoniju. Brīvības, ko atbalsta mobilo sakaru savienojumi, ir izraisījuši daudzus dažādus mēģinājumus piesaistīt tīklu IoT sakariem. Dažas lietojumprogrammas ir izmantojušas lietotāja mobilā telefona savienojuma pieeju, lai izveidotu savienojumu ar mākoni, bet tam ir daudz ierobežojumu, no kuriem ne mazāk svarīgi ir prasība, ka aktīvam tālrunim vienmēr jābūt tuvumā. Citi ir vienkārši iebūvēti mobilo tālruņu funkcionalitāti IoT ierīcē, taču šai pieejai ir savi ierobežojumi. Mobilais tīkls sākotnēji nebija paredzēts, lai atbalstītu datu plūsmu, tāpēc visas problēmas bija saistītas ar jaudas prasībām, zvana iestatīšanas sarežģītību un savienojuma izmaksām.

Tomēr mobilo sakaru nozare ir pievērsusies šīm problēmām, lai gan, jo īpaši, pieņemot 3GPP 13. izlaidumu 2016. gadā, kas nosaka posmu IoT ieviešanai mobilo sakaru nozares ilgtermiņa attīstības (LTE) programmās. Ar atbrīvošanu 13 bija divas pieejas, lai nodrošinātu IoT optimizētu savienojumu ar LTE tīkliem: LTE kategorijas-M1, ko sauc arī par LTE CAT-M un LTE-M, un LTE-M2 kategoriju, ko sauc arī par CAT-NB1 vai vienkārši šaurjoslu IoT (NB -IoT) Tās ir atšķirības esošajās mobilo sakaru tehnoloģijās, kas atbalsta ierīces, kam nepieciešami salīdzinoši reti, ar bloķētu datu pārraidi, nevis nepārtrauktā straumēšana, kas raksturo viedtālruņa datus. Tie prasa daudz mazāku saskarsmi un pieskaitāmās izmaksas, veidojot pieslēgumu un ievērojami mazāk vidējo enerģijas patēriņu nekā iepriekšējās šūnu IoT iespējas. Faktiski standartu dizaina mērķis bija arī ļauj ierīcei sasniegt 10 gadu ekspluatācijas laiku uz akumulatora. Šīm LTE opcijām arī ir daudz zemāks izmaksu savienojums ar pakalpojumu sniedzējiem nekā citi mobilie IoT.

Tīkla atbalsts CAT-M un NB-IoT pašlaik tiek veidots, bet CAT-M dominējošā forma Ziemeļamerikā un NB-IoT pieaug popularitāte citur pasaulē. Jau ASV mobilo sakaru pakalpojumu sniedzējs Verizon palielina CAT-M pārklājumu savos tīklos, turklāt AT & T un T-Mobile nav daudz atpalikušies. Līdz 2020. gadam IOT izstrādātājiem būs pieeja gandrīz kontinentālajam segumam, izmantojot šo pieeju.

Bet, lai iegūtu dizainu tirgū, kas izmanto šo iespēju, tas ir galvenais izaicinājums. Ikviens, kurš ir strādājis ar savu bezvadu ierīču FCC sertifikātu, jau zina, ka ir nepieciešamas ievērojamas RF ekspertīzes, lai nodrošinātu, ka produkts nokārto visus atbilstības testus. Darbojoties ar mobilo savienojumu, problēma dubultojas. Mobilo pakalpojumu sniedzēji arī pieprasa, lai dizains tiktu sertificēts darbam ar viņu tīklu, pirms tie ļaus ierīcēm izveidot savienojumu, un to testi atšķiras no FCC sertifikācijas. Turklāt pakalpojumu sniedzējiem ir nedaudz atšķirīgas sertifikācijas prasības, kas īpaši attiecas uz viņu tīkliem.

LTE CAT-M moduļi vienkāršo mobilo IoT dizainu
Protams, vienkāršākais, vislētākais un ātrākais veids, kā izpildīt visus šos sertifikātus, ir izveidot ierīci, izmantojot CAT-M modema moduli, kas jau ir sertificēts kā FCC un pārvadātājs. Par laimi, daudzi šādi modemi jau ir pieejami, ar lielāku skaitu nāk. Tomēr, lai atrastu pareizo moduli, izstrādātājiem rūpīgi jāapsver vairāki galvenie parametri.

Moduļi piedāvā samazinātu mobilo savienojumu, ko iepriekš apstiprinājušas gan regulatīvās aģentūras, gan pārvadātāji. Attēlu avots: Gemalto.

Viens, protams, ir jaudas prasības, kas, savukārt, nosaka akumulatora darbības laiku. Taču jaudas prasības ir grūti noteikt, nezinot pielietojuma īpašības, piemēram, nepieciešamo radio diapazonu, datu apstrādes prasības, datu apjomu, lai apmainītos pret ziņojumu, datu pārraides ātrums (kas ietekmē laiku, kas nepieciešams ziņas nosūtīšanai) un cik bieži ziņas jānosūta. Modems var piedāvāt jaudas pārvaldības iespējas, piemēram, Release 13 enerģijas taupīšanas režīmu (PSM) un paplašinātu pārtraukuma uztveršanas (eDRX) funkciju, kas ļauj garus miega periodus, ja ierīce zaudē saiti uz tīklu.

Lai saprastu dizaina akumulatora darbības laiku, izstrādātājiem būs jāaplūko šie sistēmas faktori, kā arī moduļa atribūti, piemēram, miega režīma strāva, aktīvais uztvērējs, strāvas pārraide, laiks, kas pāriet no miega uz aktīvo režīmu, un tamlīdzīgi. Vajadzība pēc ģeogrāfiskās atrašanās vietas informācijas var prasīt jebkura globālās navigācijas satelītu sistēmas (GNSS) uztvērēja jaudas novērtējumu, ko modulis varētu iekļaut.

Papildus vidēja enerģijas patēriņa aprēķinam to projektēšanai, izstrādātājiem jāpievērš uzmanība maksimālajam jaudas pieprasījumam un atbilstoši jāplāno to sistēma. Akumulators, kas nodrošina ilgstošu ekspluatācijas laiku, pamatojoties uz vidējo enerģijas patēriņu, var nedarboties, ja raidītājs ir aktīvs. Ierīces jaudas dizainā var būt nepieciešama papildus enerģijas uzglabāšanas sistēma, piemēram, supercapacitor.

Tad ir radio prasības, kas jāizskata. Kanāli, pie kuriem radio darbosies, kā arī pārvadātāju sertifikācija ir būtiski, lai nodrošinātu, ka modulis darbosies produkta mērķa ģeogrāfiskajās zonās. Tiem, kas meklē globālu darbību, būs svarīga moduļa spēja atbalstīt NB-IoT, kā arī CAT-M. Faktori, piemēram, maksimālā pārraides jauda un uztvērēja jutīgums, tiek novirzīti saišu budžeta aprēķiniem, kas nosaka moduļa lietderīgo diapazonu no mobilo torņu.

Izstrādātājiem arī jāpārbauda CAT-M modema veids, kāds to pieprasa. Daži no tiem ir vienkārši uztvērēji, kas kalpo kā IO, kas ir perifēra uzņemšanas lietojumprogrammas procesoru. Citi ir apstrādes un IO resursi, lai kalpotu gan kā modems, gan lietojumprogrammu procesors. Modema piedāvāto interfeisu pārbaude palīdzēs atklāt moduļa izmantošanas veidus, un moduļa lielums parādīsies, ja tas atbilst produkta kosmosa ierobežojumiem.

Lai jūs sāktu atrast piemērotāko moduli savam pieteikumam, EP ir sagatavojis atlases rokasgrāmatu. Jūs varat lejupielādēt pilno versiju, izmantojot tālāk redzamo saiti.

Pieejami vairāki ar pārvadātājiem sertificēti moduļi, kurus izstrādātāji var būtiski samazināt līdz produktu izstrādei, kā arī dažas mikroshēmas, ar kurām daudz ambiciozākas izstrādes komandas var izveidot savus LTE CAT-M modemus. Lai jūs sāktu meklēšanu, EP ir sagatavojis moduļu piedāvājuma kopsavilkuma tabulu, kuru varat lejupielādēt, izmantojot šī raksta beigās esošo saiti (nepieciešama EP reģistrācija). Izstrādātāji var arī iepazīties ar tādu mobilo sakaru operatoru vietnēm, kas piedāvā LTE CAT-M pakalpojumus, piemēram, AT & T vai Verizon, to moduļu sarakstiem, kurus viņi sertificējuši saviem tīkliem.

Tomēr ņemiet vērā, ka mobilais IoT ir kustīgs mērķis. Atbrīvojums 13 definēja pamatdarbības, kas sistēmai ir nepieciešama, bet papildinājumi tiek veikti nepārtraukti. Daži moduļi tagad atbalsta balss pār-LTE (VoLTE), piemēram, kas ļauj IoT ierīcē iekļaut saviem lietotājiem balss kanālu. Moduļu veidotājs Sequans Communications sadarbojas ar programmatūras kompāniju PoLTE Corporation, lai iegultu atrašanās vietas noteikšanas tehnoloģiju, kas nav atkarīga no GNSS. Un vairāk uzlabojumu neapšaubāmi ir ceļā.

Bet tagad ir laiks, lai sāktu darbu, ja jūs plānojat noķert sākotnējo ilgstošo mobilo IoT ierīču vilni, ar kuriem LTE CAT-M moduļi dos iespēju. Par laimi, daudzi moduļu pārdevēji, kā arī citi, piedāvā izstrādes komplektus, kas ļauj eksperimentēt ar tehnoloģijām, kad tīkli tiek veidoti. Cellular savienojamība nebūs vajadzīga ikvienai mobilā IoT lietojumprogrammai, bet, ja tas ir nepieciešams, šie LTE CAT-M moduļi var palīdzēt paātrināt dizaina ienākšanu tirgū.

Richard Quinnell