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通过物联网5C应对技术挑战

2020-07-15 11:26 次阅读

  在公共安全、应急响应、工业自动化、自动驾驶汽车和医疗物联网(IoMT)领域,IoT部署已从基于智能家居设备和可穿戴设备等基于消费级应用扩展到关键任务应用。

  随着这些关键任务应用的激增,工程师和设计师必须解决重要的设计和测试注意事项,以及从早期设计阶段到制造结果的权衡取舍。

  通过物联网5C应对技术挑战

  物联网的“ 5C”是物联网设计面临的五个主要挑战,即连通性、连续性、合规性、共存性和网络安全性。

  挑战一:连接性

  由于无线连接非常复杂,而且密集的设备部署进一步使操作复杂化,因此,实现往返于设备、基础架构、云和应用之间的无缝信息流是一项最大的物联网挑战。然而,即使在最恶劣的环境中,关键任务物联网设备也有望可靠运行而不会失败。迅速发展的无线标准增加了复杂性,工程师们在与最新技术保持同步方面面临不断的挑战,同时要确保设备可以在整个生态系统中无缝运行。

  为了应对连接性挑战,需要设计和测试解决方案,这些解决方案必须高度灵活,可配置,并且可以升级以满足未来的需求。需要灵活性来测试具有多种无线电格式的设备,以评估实际操作模式下的设备性能,并支持信令模式下的空中(OTA)测试,而无需芯片组专用的驱动器。该解决方案应该简单、便宜,并且能够在研发和制造中使用,以利用代码并使开发的不同阶段中的度量相关问题最小化。

  挑战二:连续性

  确保和延长电池寿命,这是物联网设备最重要的考虑因素之一。较长的电池寿命是消费物联网设备的巨大竞争优势。对于工业物联网设备,电池寿命通常为五到十年。对于起搏器等医疗设备,设备寿命可能意味着生与死之间的差异。当然,电池故障也是问题。

  为了满足IoT电池寿命的要求,集成电路(IC)设计人员需要设计具有深度睡眠模式的IC,这些模式消耗很少的电流并降低速度和指令集,并实现低电池电压。

  对于无线通信,标准组织正在定义新的低功耗工作模式,例如NB-IoT、LTE-M,LoRaSigfox,它们在保持低功耗的同时提供了有限的有效工作时间。将传感、处理、控制和通信组件集成到最终产品中的设计人员必须知道外围设备的性能和功耗,并优化产品的固件和软件以简化操作并减少功耗。

  挑战三:合规性

  物联网设备必须遵守无线电标准和全球法规要求。一致性测试包括无线电标准一致性和运营商验收测试,以及法规遵从性测试,例如RFEMC和SAR测试。设计工程师经常被迫遵守严格的产品推出时间表,并确保顺畅地进入全球市场,同时遵守最新法规(而且这些法规经常更新)

  由于合规性测试非常复杂且耗时,因此,如果手动执行,则可能需要几天或几周才能完成。为了保持产品发布进度,设计人员可以考虑投资内部可在每个设计阶段使用的预一致性测试解决方案,以及早解决问题。选择一个符合测试实验室法规遵从性要求的系统还可以帮助确保测量相关性并降低故障风险。

  挑战四:共存

  对于数十亿的设备,无线电信道的拥塞是一个只会变得更糟的问题。为了解决无线拥塞问题,标准机构开发了测试方法,以评估在存在其他信号时设备的运行情况。

  例如,在蓝牙中,自适应跳频(AFH)可使蓝牙设备放弃遇到高数据冲突的信道。其他防撞技术,例如LBT和CCA,也可以提高传输效率。但是在混合信号环境中的有效性尚不清楚,并且当无线电格式无法相互检测时,将会发生冲突和数据丢失。

  失去控制信号的工业传感器,或由于周围干扰而停止工作的医用输液泵,可能会造成严重后果。因此,共存测试至关重要,它可以测量和评估设备在拥挤的混合信号环境中的运行方式,并评估在相同操作环境中发现意外信号时保持无线性能的潜在风险。

  挑战五:网络安全

  大多数传统的网络安全保护工具都集中在网络和云上。端点和空中(OTA)漏洞经常被忽略。尽管在许多应用中使用了诸如蓝牙和WLAN之类的成熟技术,但为解决OTA漏洞所做的工作很少。这些无线协议的复杂性转化为设备无线电实现中潜在的未知陷阱,这可能使黑客能够访问或控制设备。

  根据IDC的调查,70%的安全漏洞来自端点。应格外小心,以保护这些物联网设备。应识别OTA漏洞和进入端点设备的潜在入口点,并应使用已知威胁/攻击的定期更新数据库对设备进行测试,以监视设备响应并检测异常。

  通过“5C”建立坚实的物联网基础

  物联网为许多行业带来了激动人心的新应用和机遇的大门。但这也带来了前所未有的挑战,需要以新的方式进行思考以满足关键任务的要求。交付成功的物联网意味着克服物联网的5C技术挑战。对这些挑战有深刻的了解,并了解关键的设计和测试考虑因素,将为在整个生态系统中实施和部署奠定坚实的基础。在整个产品生命周期中使用正确的设计、验证、合规性测试,制造和安全工具将有助于确保物联网兑现其承诺。

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