De vijf belangrijkste uitdagingen van IoT verkennen via de 5 C's – Deel 2

In deel 1 van de blog hebben we het gehad over een van de top vijf uitdagingen via de 5C's. In het tweede deel van de blog gaan we het hebben over continuïteit, compliance, coëxistentie en cybersecurity.

2. Continuïteit

Continuïteit gaat over het waarborgen en verlengen van de batterijduur van het apparaat. De levensduur van de batterij is een van de belangrijkste overwegingen voor IoT-apparaten. Een lange levensduur van de batterij is een enorm concurrentievoordeel in IoT-apparaten voor consumenten. Voor industriële IoT-apparaten is een batterijlevensduur van vijf of tien jaar de gebruikelijke verwachting. Voor medische apparaten, zoals pacemakers, kan de levensduur van het apparaat het verschil betekenen tussen leven en dood. Batterijstoring is geen optie.

Om aan deze lange levensduur van de batterij te voldoen, moeten de ontwerpers van geïntegreerde schakelingen (IC's) IC's ontwerpen met diepe slaapmodi die zeer weinig stroom verbruiken, de kloksnelheid en instructiesets verlagen en lage batterijspanningen implementeren. Vanuit het oogpunt van draadloze communicatie definiëren standaardgroepen ook nieuwe bedrijfsmodi met laag stroomverbruik, zoals NB-IoT, LTE-M, LoRa, Sigfox die een beperkte actieve bedrijfstijd bieden en tegelijkertijd een laag stroomverbruik behouden. Productontwerpers die detectie-, verwerkings-, besturings- en communicatiecomponenten in het eindproduct integreren, moeten weten hoe de randapparatuur zich gedraagt ​​en stroom verbruikt, en de firmware en software van het product optimaliseren om de bediening te vereenvoudigen en het stroomverbruik te verminderen. Al deze activiteiten vereisen capabele meetinstrumenten die diepgaande inzichten kunnen bieden in het huidige consumptiegedrag van het apparaat.

3. Naleving

Naleving gaat erom ervoor te zorgen dat uw IoT-apparaten voldoen aan de radionormen en wereldwijde wettelijke vereisten voordat ze op de markt komen. Er zijn twee hoofdcategorieën van nalevingstests:conformiteits- en draaggolfacceptatietests voor radionormen, en nalevingstests voor regelgeving, zoals RF-, EMC- en SAR-tests. Ontwerpingenieurs worstelen vaak om de strakke productintroductietijdlijn te halen en zorgen voor een soepele wereldwijde marktpenetratie terwijl ze voldoen aan de nieuwste regelgeving. Frequente updates van de regelgeving maken het nog ingewikkelder. Afbeelding 3 toont de voorbeelden van conformiteits- en nalevingstestvereisten.

Figuur 3:Conformiteits- en nalevingstestvereisten van IoT-apparaten.

Om het risico op falen tijdens het testen van de naleving te verminderen en om het productreleaseschema te volgen, kunnen ontwerpers overwegen te investeren in interne pre-compliance testoplossingen, zodat testen in elke ontwerpfase kunnen worden uitgevoerd om problemen vroeg in de ontwerpfase op te lossen. Het kiezen van een pre-compliance-testsysteem dat is aangepast aan het compliance-testsysteem van het testlab kan ook helpen om de correlatie van de metingen te waarborgen en risicostoringen te verminderen. Nalevingstests zijn complex en tijdrovend. Het kan vandaag of weken duren om te voltooien als het handmatig wordt uitgevoerd. Kiezen voor een geautomatiseerd testsysteem kan helpen om testtijd te besparen en een snellere time-to-market mogelijk te maken.

4. Samenleven

Coëxistentie gaat over het vermogen van het draadloze apparaat om betrouwbaar te werken in de aanwezigheid van andere storende signalen. Met miljarden apparaten die op de markt komen, is congestie in de radiokanalen een probleem dat met de dag alleen maar erger zal worden. Om draadloze congestie aan te pakken, hebben standaardinstanties testmethodologieën ontwikkeld om de werking van apparaten te evalueren in aanwezigheid van andere signalen. Bijvoorbeeld in Bluetooth®, adaptive frequency hopping (AFH) laat een Bluetooth device drop-kanalen die veel databotsingen ervaren (figuur 4). Er zijn ook andere technieken om botsingen te vermijden, zoals luisteren voor praten (LBT) en coöperatieve botsingsvermijding (CCA) om de transmissie-effectiviteit te verbeteren. De effectiviteit in een omgeving met gemengd signaal is onbekend. Als de radioformaten elkaar niet detecteren, zullen er botsingen en gegevensverlies optreden.

Figuur 4:Bluetooth-apparaat omzeilt het wifi-kanaal 6 om interferentie met het wifi-signaal te voorkomen.

Voor consumententoepassingen zijn vertragingen of pauzes in draadloze headsets of wearables vervelend, maar acceptabel. Een industriële sensor die het stuursignaal verliest, of een infuuspomp die stopt met werken door een omgevingsstoringssignaal kan ernstige gevolgen hebben. Daarom is het van cruciaal belang om coëxistentietests uit te voeren om te meten en te beoordelen hoe uw apparaat zal werken in een drukke omgeving met gemengd signaal. IEEE biedt enige richtlijnen in ANSI C63.27 (American National Standard for Evaluation of WirelessCoexistence) met betrekking tot belangrijke overwegingen voor coëxistentietesten, waaronder evaluatieprocessen, testopstellingen en op risico's gebaseerde testlagen. Fabrikanten van apparaten wordt ten zeerste aanbevolen om het potentiële risico te beoordelen om de functionele draadloze prestaties van het apparaat te behouden in de aanwezigheid van onbedoelde signalen in dezelfde bedrijfsomgeving.

5. Cyberbeveiliging

Met de toenemende inzet van IoT in bedrijfskritieke toepassingen, wordt de behoefte aan cyberbeveiligingsbescherming nog belangrijker. Hoewel cyberaanvallen op vele lagen kunnen plaatsvinden - van het apparaatniveau tot het communicatienetwerk, de cloud of applicaties, zijn de meeste traditionele beveiligingshulpmiddelen gericht op het beveiligen van het netwerk en de cloud. Theendpoint en over-the-air kwetsbaarheden worden vaak over het hoofd gezien. Indelingen zoals Bluetooth en WLAN zijn gerijpte technologieën en worden vaak in veel toepassingen gebruikt. Er is echter weinig gedaan om de over-the-air-kwetsbaarheden aan te pakken. De complexiteit van deze draadloze protocollen vertaalt zich in potentiële onbekende valkuilen in de radio-implementaties van het apparaat waarmee hackers toegang kunnen krijgen tot het apparaat of het apparaat kunnen besturen.

Volgens IDC is 70% van de beveiligingsinbreuken afkomstig van endpoints[1]. Er moet extra aandacht worden besteed aan de beveiliging van deze IoT-apparaten. Over-the-air-kwetsbaarheden en potentiële toegangspunten tot de IoT-apparaten moeten worden geïdentificeerd. Het apparaat moet worden getest met behulp van een database met bekende over-the-air dreigingen/aanvallen om de reactie van het apparaat te controleren en afwijkingen te detecteren. De database moet regelmatig worden bijgewerkt om het apparaat te beschermen tegen de nieuwste bedreigingen.

Een sterke basis bouwen Door de 5C's van IoT opent deuren naar spannende nieuwe toepassingen en kansen voor veel industrieën. Maar het brengt ook ongekende uitdagingen met zich mee waarvoor op nieuwe manieren moet worden gedacht om aan de bedrijfskritieke vereisten te voldoen. Voor een succesvolle IoT-implementatie moeten ontwerpers en ingenieurs de technische uitdagingen in de 5C's van IoT overwinnen. Met een diep begrip van deze technische uitdagingen en wetende wat de belangrijkste ontwerp- en testoverwegingen zijn, zal een sterke basis worden gelegd voor implementatie en implementatie in het IoT-ecosysteem. De juiste tools voor ontwerp, validatie, nalevingstests en productie gedurende de hele levenscyclus van het product helpen ervoor te zorgen dat het IoT zijn beloften waarmaakt.

De auteur is Sook Hua Wong, Industry Segment Manager General Electronics Measurement Solutions bij Keysight Technologies, Inc.

Over de auteur

Sook Hua is een Industry Segment Manager bij Keysight Technologies, woonachtig in Penang, Maleisië. Zij is de strategische oplossingsplanner die verantwoordelijk is voor de uitbreiding van de KeysightInternet-of-things (IoT)-oplossingenportfolio en de planning van marketingprogramma's om de groei in het algemene elektronische segment van KeysightTechnologies te stimuleren.

Voorafgaand aan deze functie was ze de productplanner die verantwoordelijk was voor strategische planning en productportfolio-ontwikkeling voor de RF/Magnetron-vermogensmeter en -sensor.

Ze behaalde haar Bachelor of Electrical Engineering aan de University of Technologies Malaysia (1999) en een Master of Science Degree in Electronic System Design Engineering aan de University of Science Malaysia (2003). Ze heeft 20 jaar bij Keysight Technologies gewerkt, waarvan de laatste 15 jaar in het General Electronics Measurement Solution (GEMS)-team in verschillende rollen, waaronder productie, productontwikkeling, verkoopondersteuning, productmarketing en een productplanner.