Изучение пяти основных проблем Интернета вещей через 5 C - Часть 2

Сук Хуа Вонг из Keysight Technologies, Inc.

В первой части блога мы обсудили одну из пяти основных проблем, связанных с 5C. Во второй части блога мы обсудим непрерывность, соответствие, сосуществование и кибербезопасность.

2. Преемственность

Непрерывность - это обеспечение и продление срока службы батареи устройства. Срок службы батареи - один из важнейших факторов, влияющих на устройства Интернета вещей. Длительное время автономной работы - огромное конкурентное преимущество потребительских устройств Интернета вещей. Для промышленных устройств Интернета вещей срок службы батареи составляет пять или десять лет. Для медицинских устройств, таких как кардиостимуляторы, срок службы устройства может означать разницу между жизнью и смертью. Выход из строя батареи недопустим.

Чтобы удовлетворить это требование к длительному сроку службы батареи, разработчикам интегральных схем (ИС) необходимо разработать ИС с режимами глубокого сна, которые потребляют очень мало тока, уменьшают тактовую частоту и наборы команд, а также обеспечивают низкое напряжение батареи. С точки зрения беспроводной связи стандартные группы также определяют новые рабочие режимы с низким энергопотреблением, такие как NB-IoT, LTE-M, LoRa, Sigfox, которые предлагают ограниченное время активной работы при сохранении низкого энергопотребления. Разработчики продуктов, которые интегрируют компоненты датчиков, обработки, управления и связи в конечный продукт, должны знать, как периферийные устройства ведут себя и потребляют энергию, а также оптимизировать микропрограммное обеспечение и программное обеспечение продукта, чтобы упростить работу и снизить энергопотребление. Все эти действия требуют эффективных инструментов измерения, которые могут предложить глубокое понимание текущего поведения устройства в области потребления.

3. Соответствие

Соблюдение нормативных требований - это обеспечение того, чтобы ваши устройства IoT соответствовали радиостандартам и глобальным нормативным требованиям, прежде чем выйти на рынок. Существует две основные категории тестов на соответствие:тесты на соответствие радиостандартам и приемочные тесты оператора связи, а также тесты на соответствие нормативным требованиям, такие как тесты RF, EMC и SAR. Инженеры-конструкторы часто пытаются уложиться в сжатые сроки выпуска продукта и обеспечить плавное проникновение на мировой рынок, соблюдая при этом самые последние правила. Частые обновления правил также усложняют ситуацию. На рисунке 3 показаны примеры требований к тестированию на соответствие и соответствие.

Рисунок 3. Требования к тестированию устройств Интернета вещей на соответствие и соответствие.

Чтобы снизить риск сбоя во время тестирования на соответствие и придерживаться графика выпуска продукта, дизайнеры могут рассмотреть возможность инвестирования в собственные решения для тестирования на соответствие, чтобы можно было проводить тестирование на всех этапах проектирования и устранять проблемы на ранних этапах проектирования. Выбор системы тестирования на соответствие требованиям, адаптированной на основе системы тестирования на соответствие из испытательной лаборатории, также может помочь обеспечить корреляцию результатов измерений и снизить риск сбоев. Проверка на соответствие сложна и требует много времени. Выполнение вручную может занять несколько дней или недель. Выбор автоматизированной системы тестирования может помочь сэкономить время тестирования и ускорить вывод продукта на рынок.

4. Сосуществование

Сосуществование - это способность беспроводного устройства надежно работать в присутствии других мешающих сигналов. С появлением на рынке миллиардов устройств перегрузка радиоканалов становится проблемой, которая с каждым днем ​​только усугубляется. Чтобы решить проблему перегрузки беспроводной сети, стандартные организации разработали методики тестирования для оценки работы устройства в присутствии других сигналов. Например, в Bluetooth® адаптивная скачкообразная перестройка частоты (AFH) позволяет Bluetooth каналы отбрасывания устройств, в которых часто возникают конфликты данных (рисунок 4). Существуют также другие методы предотвращения столкновений, такие как прослушивание перед разговором (LBT) и совместное предотвращение столкновений (CCA) для повышения эффективности передачи. Эффективность в условиях смешанного сигнала неизвестна. Когда форматы радио не обнаруживают друг друга, могут произойти коллизии и потеря данных.

Рис. 4. Устройство Bluetooth обходит канал WiFi 6, чтобы избежать помех сигналу WiFi.

Для потребительских приложений задержки или паузы в беспроводных гарнитурах или носимых устройствах раздражают, но приемлемы. Промышленный датчик, который теряет управляющий сигнал, или инфузионный насос, который перестает работать из-за окружающего интерференционного сигнала, могут иметь тяжелые последствия. Следовательно, крайне важно выполнить тестирование сосуществования, чтобы измерить и оценить, как ваше устройство будет работать в переполненной среде со смешанными сигналами. IEEE предоставляет некоторые рекомендации в ANSI C63.27 (Американский национальный стандарт для оценки сосуществования беспроводных сетей) в отношении ключевых аспектов тестирования сосуществования, которые включают процессы оценки, настройки тестирования и уровни тестирования на основе рисков. Производителям устройств настоятельно рекомендуется оценить потенциальный риск для поддержания функциональной производительности устройства в беспроводном режиме при наличии непреднамеренных сигналов, обнаруженных в той же операционной среде.

5. Кибербезопасность

С ростом развертывания Интернета вещей в критически важных приложениях потребность в защите кибербезопасности становится еще более важной. Хотя кибератаки могут происходить на многих уровнях - от уровня устройства до коммуникационной сети, облака или приложений, большинство традиционных средств защиты сосредоточено на защите сети и облака. Уязвимости конечных точек и беспроводных сетей часто упускаются из виду. Форматы, подобные Bluetooth и WLAN - это зрелые технологии, которые широко используются во многих приложениях. Однако мало что было сделано для решения проблемы беспроводной уязвимости. Сложность этих беспроводных протоколов приводит к возможным неизвестным подводным камням в реализациях радиоустройства, которые позволяют хакерам получить доступ к устройству или взять его под контроль.

По данным IDC, 70% нарушений безопасности происходят из-за точек исправления [1]. Необходимо проявлять особую осторожность для защиты этих устройств IoT. Следует определить уязвимости в беспроводном режиме и потенциальные точки доступа к устройствам Интернета вещей. Устройство должно быть протестировано с использованием базы данных известных угроз / атак из беспроводной сети, чтобы отслеживать реакцию устройства и обнаруживать аномалии. База данных должна регулярно обновляться, чтобы защитить устройство от новейших угроз.

Создание прочного фундамента с помощью 5C IoT открывает двери к новым захватывающим приложениям и возможностям для многих отраслей. Но это также создает беспрецедентные проблемы, которые требуют нового мышления для удовлетворения критически важных требований. Для успешной реализации IoT проектировщики и инженеры должны преодолеть технические проблемы, связанные с 5C IoT. Глубокое понимание этих технических проблем и знание основных соображений при проектировании и тестировании создадут прочную основу для внедрения и развертывания в экосистеме Интернета вещей. Правильные инструменты проектирования, проверки, тестирования на соответствие и производства на протяжении всего жизненного цикла продукта помогут гарантировать, что Интернет вещей выполняет свои обещания.

Автор - Сук Хуа Вонг (Sook Hua Wong), руководитель отраслевого сегмента по решениям для измерения общей электроники в компании Keysight Technologies, Inc.

Об авторе

Сук Хуа - менеджер по отраслевому сегменту компании Keysight Technologies, проживающий в Пенанге, Малайзия. Она является специалистом по стратегическому планированию решений, ответственным за расширение портфеля решений Keysight для Интернета вещей (IoT) и планирование маркетинговых программ для стимулирования роста в общем электронном сегменте KeysightTechnologies.

До этой должности она занималась планированием продуктов и отвечала за стратегическое планирование и развитие портфеля продуктов для измерителя и датчика мощности ВЧ / СВЧ-диапазона.

Она получила степень бакалавра электротехники в Технологическом университете Малайзии (1999 г.) и степень магистра наук в области проектирования электронных систем в Научном университете Малайзии (2003 г.). Она проработала 20 лет в Keysight Technologies, последние 15 лет в группе General Electronics Measurement Solution (GEMS) на различных должностях, включая производство, разработку продукта, поддержку продаж, маркетинг продукта и планировщика продукта.