實現IoT應用的最佳化技術、設計與測試解決方案

圖1：有許多可以並且將會用於提供雲端存取權的路徑與閘道器。

物聯網(IoT)近來的趨勢如果持續下去，將來只有一些裝置會用到有線連接，而大部分IoT東西都將會依賴無線技術。除此，基於伺服器/雲端技術的海量資料分析和機器學習是大部分IoT商業模式的核心，末端節點的IoT裝置連接到雲端或伺服器進行情報及分析處理，有一些是直接連接，但通常是經由閘道器來連接(如圖1)，再透過將蜂巢式與非蜂巢式這兩種無線技術異質混合，閘道器得以與雲端和末端節點連接。

舉例來說，將智慧型手機當作閘道器節點使用，Wi-Fi連接方式是許多IoT應用的首選，但在找不到Wi-Fi鏈路的情況下，通常會改用蜂巢式通訊協定。另外，穿戴式應用中常用的則是Bluetooth，透過近接可提升安全性的情況下，NFC是想當然爾的選擇。ZigBee、Z-Wave及Thread為家庭自動化和智慧型能源裝置提供穩健、低功率的網狀網路。圖2為依據操作範圍將IoT技術分組的範例。到目前為止，M2M和IoT相關應用有超過60種舊有及全新的射頻格式仍使用中。

低功率廣域(LPWA)網路中有許多創新技術，相較於目前已部署的蜂巢式通訊格式，在低資料速率和低信號週期應用中，LPWA延長電池壽命、降低成本，並且改善鏈路預算。已有一些國家使用輕度授權或非授權頻譜，在其國內推出諸如LoRa和SIGFOX的LPWA系統。功率M2M應用預計有強勁的成長力道，因此3GPP無線存取網路(RAN)工作小組正在開發蜂巢式通訊協定以支援授權頻譜裡的LPWA。

3GPP第12版介紹一種新的低複雜度裝置類別(Cat-0)，可用於LTE機器類通訊(MTC)。Cat-0由於有顯著的進步，因此改善了低資料速率應用的效率。3GPP第13版包括：1.增強型MTC(eMTC)Cat-M1，這是一種1.4MHz頻寬最佳化的LTE標準。2.延伸涵蓋範圍GPRS(EC-GPRS) ，利用重新傳輸及其他協定更新方法來改善鏈路預算。3.窄頻IoT(NB-IoT)也稱為Cat-M2，這是一種為LPWA應用最佳化的全新無線標準。

探索用於設計與測試的解決方案

用於IoT裝置設計與測試的解決方案如同推動性技術一樣重要。裝置、基礎設施、雲端、遠端應用、後處理、服務所構成的整個生態體系若要建立無縫的連接能力，必需從建立更好的設計、利用更加真實的模擬、以及進行有意義且經濟有效的測試開始，這使得IoT設計工程師所面臨的挑戰更加困難。

隨著設計更複雜，電路也跟著更難模擬，若要克服這些挑戰便需要藉助電子自動化軟體來設計並且模擬全新的IoT裝置，電子自動化軟體特別能夠應付通訊系統裡固有的問題(如圖3)。理想的解決方案應該能夠在開發過程中對全新裝置進行早期模擬，並且讓系統架構師和演算法開發人員自由創造無線通訊系統的PHY層。另外還應該包括可以在模擬時接觸到節點的虛擬量測工具，以便對預期效能有所瞭解。

隨著設計由模擬進入落實階段，可將實際的裝置模組代入模擬，以真實的量測結果或硬體迴路取代虛擬工具。如此一來，開發人員便可以將模擬出的效能與實際效能作比較。

設計與模擬之後，下一步是要進行裝置量測與分析。若要為此選擇測試儀器，典型的選擇準則應該包括效能規格、量測速度、實體佔用空間、配置擴充性、以及成本(前期成本及長期成本)。沒有任何解決方案能夠顧及所有需求。

若要在設計階段建立及分析信號，最好可以使用效能高且功能通用的桌上型儀器。之後在產品生命週期中，如測試速度、靈活性和佔用空間等準則的重要性更高，模組化和單機式測試儀解決方案是比較好的選擇。要確認所設計的IoT裝置從一開始便有可靠的連接能力將會需要對應的設計和測試解決方案。那些推動性技術及設計與測試解決方案有助於共同打造目前及未來的物聯網。

關於上述技術詳細，歡迎報名6月15日是德科技電子量測論壇，將著重於當前的無線網路和數位測試技術，深入淺出介紹全新的解決方案。線上報名網址：http://www.kmf2016.com/。 (本文由是德科技提供，李佳玲整理)