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5G不等于Wi-Fi,万物互联的安全性究竟如何保障?

(文章来源:慕尼黑上海电子展)

物联网是整个人类最庞大的系统工程,这个庞大的系统工程建立在诸多先进科技之上,诸如数据计算、无线连接、智能传感等。作为物联网的关键一环,无线连接是物物互联的桥梁,因此诸多无线连接技术的突破保障了物联网的大规模应用。

物联网倡导万物互联,相比于有线技术的束缚,无线技术在诸多应用场景中具有非常明显的优势。在智能工业、智能农业、智能交通、智能电网、智能家居、智能城市、车联网等多个信息化应用,机器类通信对无线网络的基本需求集中在巨量终端接入、超低时延,高效连接,低成本、低功耗,超可靠,全地域覆盖几个方面。物联网应用涉及的连接技术要求最重要的几点就是:低功耗以确保续航能力高、高速率以实现更高性能的智能化应用,低时延以确保接近实时性的数据传输,高连接密度以确保庞大的终端设备可以随时接入网络。对物联网系统开发人员来说,选择最适合你的接入技术能够确保系统更高效可靠的运行,与此同时,你必须掌握各种无线技术组网面对物联网应用的测试关键技术指标。当IoT遇到无线技术,网络测试又将迎来什么样的全新挑战呢?

5G是否能承受住物联网的超速发展

5G关键性能指标包括用户体验速率、连接数密度、端到端时延、流量密度、移动性和用户峰值速率。5G需要具备比4G更高的数据传输性能,特别是用户体验速率、时延和连接数密度为5G最基本的三个性能指标,这三个性能指标与其说是为了智能手机用户而设,不如说是为了物联网量身定做的技术要求。eMBB(3D或超高清视频等大流量移动宽带业务)、mMTC(大规模物联网业务) 和 URLLC(如无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的业务)是3GPP定义的5G三大场景。而无人驾驶和工业自动化也就是普遍意义上的物联网,因此可以说,5G就是物联网一直等候的广域无线连接技术。

相比于高速的5G系统,NB-IoT从名称上就能清楚其专为服务IoT应用开发,NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网市场,可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式,与现有网络共存。因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势,使其可以广泛应用于多种垂直行业,如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。

除了上述两种炙手可热的标准,LoRa是近年来IoT应用备受关注的无线新技术,LoRa作为非授权频谱的一种LPWAN无线技术,主要面向物联网应用,其接收灵敏度可达-148 dBm,LoRa功耗极低,一节五号电池理论上可供终端设备工作10年以上。同时,LoRa使用线性调频扩频调制技术,即可保持像频移键控(FSK, Frequency Shift Keying)调制相同的低功耗特性,又明显增加了通信距离,提高了网络效率并消除了干扰,因此在此基础上研发的集中器/网关能够并行接收并处理多个节点的数据,大大扩展了系统容量。2018年阿里和腾讯先后建立了各自的LoRa商用网络将这一标准推向物联网连接技术的风口浪尖。

除了上述三种新技术之外,传统的WiFi、蓝牙和NFC、ZigBee(Thread)等无线技术和2G/3G/4G等通信协议都将成为物联网世界中万物互联的桥梁之一,图1罗列了在物联网应用中可能选择的各种无线连接技术,仅供各位参考!

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图1 物联网生态系统中各种无线技术应用场景集合

物联网向无线技术发起了全新挑战

测试是保障系统传输性能和可靠性的关键环节,不同的无线标准需要不同的测试解决方案,在无线网络的部署当中,测试仪器对于网络性能的验证至关重要,而面向不同的测试网络,需要选择最合适的测试仪器和系统完成相应的测试任务。

从NB-IoT产业链来看,终端的发展与系统设备的发展是相辅相成的。测试企业需要提供完整的测试解决方案,覆盖射频、协议、数据测试等方面,并应用到芯片研发、生产、认证和服务等各个阶段。罗德与施瓦茨(R&S)公司(展位号E4 .4585的NB-IoT测试方案由矢量信号发生器SMW200A和信号与频谱分析仪FSW组成,R&S FSW/FSV/FSVA/FPS可方便灵活地完成NB-IoT的发射机测试,测试项完全符合3GPP标准要求。R&S SMW200A可通过单台仪表完成NB-IoT的接收机测试,尤其是针对邻道选择性、阻塞、动态范围等指标的测试,不需要另外的信号源。针对NB-IoT终端芯片研发阶段的射频测试,可采用FSW和SMW200A方案,方便研发人员进行芯片算法分析验证和射频性能调试。利用R&S SMBV100B,可以生成NB-IoT/LTE-M 的各种信号,便于进行深度分析(如图2)。R&S无线综测仪CMW500对于NB-IoT同时提供信令和非信令两种测试方案,涵盖了3GPP规范的各个测试项目。基于CMW500,R&S开发了CMWRun软件来进行NB-IoT的自动化测试,帮助研发和测试工程师提高测试效率。针对外场的基站维护,R&S也提供了专业的测试方案,手持式频谱分析仪FSH可以对各种蜂窝信号进行解调,并且具备干扰查找和地图定位功能;天馈线测试仪ZVH可用于天馈线故障定位、器件测试等需求。

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图2 借助R&S SMBV100B生成各种信号示意

在LoRa网络中sub-GHz设备频段因采用特殊的扩频调制方式,通信距离有了较多改善,不过该制式为Semtech公司专利技术,测试时都是采用Semtech公司提供的波形文件,所以必须使用高端矢量信号源才能够进行测试以至于测试成本更高。针对此情况,是德科技Keysight(展位号E4.4579提供了广泛的LoRa测试解决方案,包括用于接收机测试的信号生成和用于发射机测试的信号分析,以便满足 LoRa 技术不断发展的测试要求。用于物联网的 Keysight N7610C Signal Studio 软件能够用各种参数灵活地生成 LoRa 波形。这些参数均可通过直观的图形用户界面轻松设置,以在研发和生产中进行接收机和元器件测试。N7610专门针对IOT的信号波形工作室,可以产生高斯白噪声,加入频率误差,采样率误差等近性DUT的抗扰度测试,当需要进行blocking或者抗干扰测试需要用到多台信号源。另一方面,是德科技还为基于LoRa技术的装置,提供专用的信号产生和分析工具,包括Keysight X系列信号分析仪与信号产生器(比如针对收发端不同选择N5182B MXG或N9020B MXA)、E6640A EXM无线测试仪、以及89600 VSA软件。特别的,是德科技还提供了更为强大的基于N9063C Analog Demod X-App 的LoRa CSS Demod帮助开发者更好的测试LoRa系统方案。

除了Lora测试方案之外,是德科技推出全新的物联网功能测试解决方案X8711A,为使用 BLE4.2 和 WLAN b/g/n的物联网设备提供经济高效的OTA信令测试。这一独特的解决方案能够与生产版本的软件结合使用,在物联网设备正常工作时,测量其重要的射频性能指标。这样生产商无需使用复杂或昂贵的测试系统,便可以对设备进行充分测试,检查其制造缺陷,包括元器件缺失或出错和焊接问题等。

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图3 是德科技的LoRa测试解决方案

与竞争对手类似,泰克科技(展位号E4.4584提供的物联网标准与协议测试完整方案,能够为无线产品的定义和复杂的模块选择直到产品符合最新标准合规进行认证,在产品设计的整个过程中提供指导和帮助。比如泰克发布的LoRa测试解决方案,型号为LOR-4136,采用Semtech 的LoRa 技术,以泰克公司矢量信号源及实时频谱分析仪为核心,开发了全套物理层综合测试方案,以应对物联网应用中 LoRa 系统的设计验证需求。该解决方案运用优秀的软硬件架构设计,全面覆盖基于LoRa技术的器件、模块或设备从研发、生产直到最终认证测试的全产品生命周期的测试需求,提供了一站式专用工具。Lora标准之外,泰克还帮助客户提供从蓝牙到WLAN,从射频设计到调试以及EMI和EMC等一系列物联网无线技术相关的测试解决方案,泰克的方案包含了通过各种领先的示波器产品以及SignalVu-PC软件配合TTR500 矢量网络分析仪等专门为物联网进行优化的软硬件产品。

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图4 泰克物联网相关测试产品汇总

除了上述三家的物联网无线技术解决方案之外,在2019年上海慕尼黑电子展期间,还有更多家测试仪器展商带着他们的先进测试仪器和系统级解决方案满足大家的物联网无线测试的需求。与此同时,在本次展会的现场,同期举行的创新论坛,与行业领袖共同探讨物联网、5G与连接器等热点话题。

国际嵌入式系统创新论坛

主要议题

人工智能(机器学习和边缘计算)

物联网(物联网安全与工业物联网)

时间:2019年3月21日

地点:上海新国际博览中心,E5馆M31会议室

 

国际连接器创新论坛

主要议题

– 5G移动通讯设备连接器的创新发展和市场动态分析

– 连接器技术在轨道交通、新能源汽车等领域的集成创新和应用研究

– 连接器行业智能制造的创新发展

– 连接器技术趋势和发展(大电流、高密度、小型化、高频高速等)

– 连接器设计、材料、工艺和检测等基础共性技术的最新发展

– 连接器失效分析和可靠性试验

时间:2019年3月21日

地点:新国际博览中心,C1馆现场论坛区

如果想了解最新最详细的物联网测试系统解决方案,您不妨到展会现场好好找一找,一定不虚此行!

2019e星球的预登记即将全面开启,锁定通往e星球的专属坐席!

请通过以下联系方式咨询参观:

李曙女士

慕尼黑展览(上海)有限公司

电话:+86-21- 2020 5612

邮箱:hazel.li@mm-sh.com

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