通过 5 C 探索物联网的前五项挑战 - 第 2 部分

是德科技公司的 Sook Hua Wong

在博客的第 1 部分中，我们通过 5C 讨论了前五项挑战之一。在博客的第二部分，我们将讨论连续性、合规性、共存和网络安全。

2.连续性

连续性是关于确保和延长设备的电池寿命。电池寿命是物联网设备最重要的考虑因素之一。长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，五年或十年的电池寿命是普遍的期望。对于心脏起搏器等医疗设备，设备寿命可能意味着生与死的区别。电池故障不是一种选择。

为了满足这种长电池寿命的要求，集成电路 (IC) 设计人员需要设计具有深度睡眠模式的 IC，这些模式消耗非常少的电流、降低时钟速度和指令集，以及实现低电池电压。从无线通信的角度来看，标准组也在定义新的低功耗运行模式，例如 NB-IoT、LTE-M、LoRa、Sigfox，它们在保持低功耗的同时提供有限的活动运行时间。将传感、处理、控制和通信组件集成到最终产品中的产品设计人员必须了解外围设备的行为和功耗，并优化产品的固件和软件以简化操作并降低功耗。所有这些活动都需要功能强大的测量工具，可以深入了解设备电流消耗行为。

3.合规

合规性是为了确保您的物联网设备在进入市场之前符合无线电标准和全球监管要求。合规性测试有两大类：无线电标准合规性和运营商验收测试，以及监管合规性测试，例如 RF、EMC 和 SAR 测试。设计工程师经常争先恐后地满足紧迫的产品推出时间表，并确保在遵守最新法规的同时顺利进入全球市场。法规的频繁更新也进一步增加了复杂性。图 3 显示了一致性和合规性测试要求的示例。

图 3：物联网设备的一致性和合规性测试要求。

为了降低合规性测试期间的失败风险并遵守产品发布计划，设计人员可以考虑投资内部预合规性测试解决方案，以便在设计的每个阶段进行测试，以便在设计阶段的早期修复问题。选择从测试实验室的一致性测试系统改编而来的预一致性测试系统也有助于确保测量相关性并降低风险失败。合规性测试既复杂又耗时。如果手动执行，可能需要几天或几周的时间才能完成。选择自动化测试系统有助于节省测试时间并加快产品上市速度。

4.共存

共存是关于无线设备在存在其他干扰信号的情况下可靠运行的能力。随着数十亿的设备投放市场，无线电频道的拥塞是一个每天都会变得更糟的问题。为了解决无线拥塞问题，标准机构开发了测试方法来评估存在其他信号时的设备操作。例如，在Bluetooth® 中， 自适应跳频 (AFH) 让 蓝牙 遇到高数据冲突的设备丢弃通道（图 4）。还有其他冲突避免技术，例如先听后谈 (LBT) 和协作避免冲突 (CCA)，以提高传输效率。在混合信号环境中的有效性未知。当无线电格式不相互检测时，就会发生冲突和数据丢失。

图 4：蓝牙设备绕过 WiFi 通道 6 以避免干扰 WiFi 信号。

对于消费类应用，无线耳机或可穿戴设备的延迟或暂停令人讨厌，但可以接受。失去控制信号的工业传感器，或因周围干扰信号而停止工作的输液泵都会产生可怕的后果。因此，执行共存测试以测量和评估您的设备在拥挤和混合信号环境中的运行情况至关重要。 IEEE 在 ANSI C63.27（美国无线共存评估国家标准）中提供了一些关于共存测试的关键考虑因素的指南，包括评估过程、测试设置和基于风险的测试层。强烈建议设备制造商评估在相同操作环境中出现意外信号时保持设备功能无线性能的潜在风险。

5.网络安全

随着物联网在关键任务应用中的部署越来越多，对网络安全保护的需求变得更加重要。虽然网络攻击可能发生在多个层面——从设备级别到通信网络、云或应用程序，但大多数传统的安全保护工具都专注于保护网络和云。端点和无线漏洞经常被忽视。像蓝牙这样的格式 WLAN 是成熟的技术，在很多应用中都有广泛的应用。然而，几乎没有采取任何措施来解决无线传输漏洞。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，允许黑客访问或控制设备。

据 IDC 称，70% 的安全漏洞源自端点[1]。应格外小心保护这些 IoT 设备。应确定无线漏洞和进入物联网设备的潜在入口点。应使用已知的空中威胁/攻击数据库对设备进行测试，以监控设备响应并检测异常情况。必须定期更新数据库以保护设备免受最新威胁。

通过物联网的 5C 构建强大的基础为许多行业打开了令人兴奋的新应用和机遇之门。但它也带来了前所未有的挑战，需要以新的方式思考以满足关键任务的要求。交付成功的物联网实施需要设计师和工程师克服物联网 5C 中的技术挑战。深入了解这些技术挑战并了解关键的设计和测试考虑因素将为整个物联网生态系统的实施和部署奠定坚实的基础。在整个产品生命周期中采用正确的设计、验证、合规性测试和制造工具将有助于确保物联网兑现其承诺。

作者是 Keysight Technologies, Inc. 的行业部门通用电子测量解决方案经理 Sook Hua Wong。

关于作者

Sook Hua isan 是德科技的行业部门经理，常驻马来西亚槟城。她是战略解决方案规划师，负责是德科技物联网 (IoT) 解决方案组合扩展和营销计划规划，以推动是德科技通用电子领域的增长。

在此之前，她是产品规划师，负责射频/微波功率计和传感器的战略规划和产品组合开发。

她获得了马来西亚科技大学电气工程学士学位（1999 年）和马来西亚科学大学电子系统设计工程理学硕士学位（2003 年）。她在是德科技工作了 20 年，最近 15 年在通用电子测量解决方案 (GEMS) 团队担任过各种职务，包括制造、产品开发、销售支持、产品营销和产品规划师。