Erkunden der fünf wichtigsten Herausforderungen des IoT durch die 5 Cs – Teil 2

Sook Hua Wong von Keysight Technologies, Inc

In Teil 1 des Blogs haben wir über eine der fünf größten Herausforderungen durch die 5Cs gesprochen. Im zweiten Teil des Blogs diskutieren wir über Kontinuität, Compliance, Koexistenz und Cybersicherheit.

2. Kontinuität

Bei der Kontinuität geht es darum, die Batterielebensdauer des Geräts sicherzustellen und zu verlängern. Die Batterielebensdauer ist eine der wichtigsten Überlegungen für IoT-Geräte. Eine lange Batterielebensdauer ist ein großer Wettbewerbsvorteil bei Consumer-IoT-Geräten. Für industrielle IoT-Geräte ist eine Batterielebensdauer von fünf oder zehn Jahren die übliche Erwartung. Bei medizinischen Geräten wie Herzschrittmachern kann die Gerätelebensdauer den Unterschied zwischen Leben und Tod bedeuten. Ein Batterieausfall ist keine Option.

Um diese Anforderung an eine lange Batterielebensdauer zu erfüllen, müssen die Entwickler integrierter Schaltungen (IC) ICs mit Tiefschlafmodi entwerfen, die sehr wenig Strom verbrauchen, die Taktgeschwindigkeit und die Befehlssätze reduzieren sowie niedrige Batteriespannungen implementieren. Aus Sicht der drahtlosen Kommunikation definieren Standardgruppen auch neue Betriebsmodi mit niedrigem Stromverbrauch wie NB-IoT, LTE-M, LoRa, Sigfox, die eine begrenzte aktive Betriebszeit bei gleichzeitig niedrigem Stromverbrauch bieten. Produktdesigner, die Sensor-, Verarbeitungs-, Steuerungs- und Kommunikationskomponenten in das Endprodukt integrieren, müssen wissen, wie sich die Peripheriegeräte verhalten und Strom verbrauchen, und die Firmware und Software des Produkts optimieren, um den Betrieb zu vereinfachen und den Stromverbrauch zu reduzieren. All diese Aktivitäten erfordern leistungsfähige Messwerkzeuge, die tiefe Einblicke in das Stromverbrauchsverhalten der Geräte bieten können.

3. Einhaltung

Bei der Compliance geht es darum, sicherzustellen, dass Ihre IoT-Geräte die Funkstandards und globalen regulatorischen Anforderungen erfüllen, bevor Sie den Markteintritt erringen. Es gibt zwei Hauptkategorien von Konformitätstests:Konformitäts- und Carrier-Akzeptanztests für Funkstandards sowie Konformitätstests wie HF-, EMV- und SAR-Tests. Konstrukteure bemühen sich oft, den engen Zeitplan für die Produkteinführung einzuhalten und eine reibungslose globale Marktdurchdringung unter Einhaltung der neuesten Vorschriften zu gewährleisten. Auch häufige Aktualisierungen der Vorschriften erhöhen die Komplexität zusätzlich. Abbildung 3 zeigt Beispiele für Konformitäts- und Konformitätstestanforderungen.

Abbildung 3:Anforderungen an Konformitäts- und Compliance-Tests von IoT-Geräten.

Um das Risiko von Fehlern während der Konformitätsprüfung zu verringern und den Zeitplan für die Produktfreigabe einzuhalten, können Entwickler in Erwägung ziehen, in hauseigene Lösungen für Pre-Compliance-Tests zu investieren, damit Tests in jeder Phase des Entwurfs durchgeführt werden können, um Probleme frühzeitig in der Entwurfsphase zu beheben. Die Wahl eines Pre-Compliance-Testsystems, das aus dem Compliance-Testsystem des Testlabors adaptiert wird, kann ebenfalls dazu beitragen, die Korrelation der Messungen sicherzustellen und Risikoausfälle zu reduzieren. Compliance-Tests sind komplex und zeitaufwendig. Es kann heute oder Wochen dauern, wenn es manuell durchgeführt wird. Die Wahl eines automatisierten Testsystems kann dazu beitragen, Testzeit zu sparen und eine schnellere Markteinführung zu ermöglichen.

4. Koexistenz

Bei der Koexistenz geht es um die Fähigkeit des drahtlosen Geräts, auch bei Vorhandensein anderer Störsignale zuverlässig zu funktionieren. Bei Milliarden von Geräten, die auf den Markt gebracht werden, ist die Überlastung der Funkkanäle ein Problem, das jeden Tag noch schlimmer wird. Um die Überlastung des Mobilfunks zu beheben, haben Standardgremien Testmethoden entwickelt, um den Gerätebetrieb bei Vorhandensein anderer Signale zu bewerten. Zum Beispiel in Bluetooth® adaptives Frequenzsprungverfahren (AFH) ermöglicht ein Bluetooth Geräte-Drop-Kanäle, bei denen hohe Datenkollisionen auftreten (Abbildung 4). Es gibt auch andere Techniken zur Kollisionsvermeidung, wie beispielsweise Listen-before-Talk (LBT) und kooperative Kollisionsvermeidung (CCA), um die Wirksamkeit der Übertragung zu verbessern. Die Wirksamkeit in einer gemischten Signalumgebung ist unbekannt. Wenn sich die Radioformate nicht erkennen, kommt es zu Kollisionen und Datenverlust.

Abbildung 4:Bluetooth-Gerät umgeht den WLAN-Kanal 6, um Störungen des WLAN-Signals zu vermeiden.

Für Verbraucheranwendungen sind Verzögerungen oder Pausen bei drahtlosen Headsets oder Wearables ärgerlich, aber akzeptabel. Ein Industriesensor, der das Steuersignal verliert, oder eine Infusionspumpe, die aufgrund eines umgebenden Störsignals ausfällt, kann schlimme Folgen haben. Daher ist es wichtig, Koexistenztests durchzuführen, um zu messen und zu bewerten, wie Ihr Gerät in einer überfüllten und gemischten Signalumgebung funktioniert. IEEE bietet in ANSI C63.27 (American National Standard for Evaluation of WirelessCoexistence) eine Anleitung zu wichtigen Überlegungen für Koexistenztests, die Bewertungsprozesse, Testaufbauten und risikobasierte Teststufen umfassen. Geräteherstellern wird dringend empfohlen, das potenzielle Risiko für die Aufrechterhaltung der funktionalen drahtlosen Leistung des Geräts bei Vorhandensein unbeabsichtigter Signale in derselben Betriebsumgebung zu bewerten.

5. Cybersicherheit

Mit dem zunehmenden Einsatz von IoT in geschäftskritischen Anwendungen wird der Bedarf an Cybersicherheit noch wichtiger. Obwohl Cyberangriffe auf vielen Ebenen stattfinden können – von der Geräteebene bis hin zum Kommunikationsnetzwerk, der Cloud oder den Anwendungen, haben sich die meisten traditionellen Sicherheitsschutztools auf die Sicherung des Netzwerks und der Cloud konzentriert. Die Endpunkt- und Over-the-Air-Schwachstellen werden häufig übersehen. Formate wie Bluetooth und WLAN sind ausgereifte Technologien und werden häufig in vielen Anwendungen verwendet. Es wurde jedoch wenig getan, um die Over-the-Air-Schwachstellen zu beheben. Die Komplexität dieser drahtlosen Protokolle führt zu potentiell unbekannten Fallstricken bei der Implementierung des Gerätefunks, die es Hackern ermöglichen, auf das Gerät zuzugreifen oder die Kontrolle darüber zu übernehmen.

Laut IDC stammen 70 % der Sicherheitsverletzungen von Endpunkten[1]. Beim Schutz dieser IoT-Geräte sollte besondere Sorgfalt aufgewendet werden. Over-the-Air-Schwachstellen und potenzielle Eintrittspunkte in die IoT-Geräte sollten identifiziert werden. Das Gerät sollte mit einer Datenbank bekannter Over-the-Air-Bedrohungen/-Angriffe getestet werden, um die Reaktion des Geräts zu überwachen und Anomalien zu erkennen. Die Datenbank muss regelmäßig aktualisiert werden, um das Gerät vor den neuesten Bedrohungen zu schützen.

Der Aufbau einer starken Grundlage durch die 5Cs des IoT öffnet Türen zu aufregenden neuen Anwendungen und Möglichkeiten für viele Branchen. Aber es bringt auch beispiellose Herausforderungen mit sich, die ein neues Denken erfordern, um die geschäftskritischen Anforderungen zu erfüllen. Für eine erfolgreiche IoT-Implementierung müssen Designer und Ingenieure die technischen Herausforderungen in den 5Cs des IoT meistern. Ein tiefes Verständnis dieser technischen Herausforderungen und das Wissen um die wichtigsten Design- und Testüberlegungen bilden eine solide Grundlage für die Implementierung und Bereitstellung im gesamten IoT-Ökosystem. Die richtigen Design-, Validierungs-, Compliance-Test- und Fertigungstools während des gesamten Produktlebenszyklus tragen dazu bei, dass das IoT seine Versprechen hält.

Der Autor ist Sook Hua Wong, Industry Segment Manager General Electronic Measurement Solutions bei Keysight Technologies, Inc.

Über den Autor

Sook Hua ist ein Industry Segment Manager bei Keysight Technologies mit Wohnsitz in Penang, Malaysia. Sie ist die strategische Lösungsplanerin, die für die Erweiterung des Keysight Internet-of-Things (IoT)-Lösungsportfolios und die Planung von Marketingprogrammen verantwortlich ist, um das Wachstum im allgemeinen elektronischen Segment von KeysightTechnologies voranzutreiben.

Zuvor war sie als Produktplanerin für die strategische Planung und die Entwicklung des Produktportfolios für den HF-/Mikrowellen-Leistungsmesser und -sensor verantwortlich.

Sie erhielt ihren Bachelor in Elektrotechnik von der University of Technologies Malaysia (1999) und ihren Master of Science in Electronic System Design Engineering von der University of Science Malaysia (2003). Sie hat 20 Jahre bei Keysight Technologies verbracht, die letzten 15 Jahre im Team von General Electronics Measurement Solution (GEMS) in verschiedenen Funktionen, darunter Fertigung, Produktentwicklung, Vertriebsunterstützung, Produktmarketing und Produktplaner.