实现IoT应用的最佳化技术、设计与测试解决方案

图1：有许多可以并且将会用于提供云端存取权的路径与闸道器。

物联网(IoT)近来的趋势如果持续下去，将来只有一些装置会用到有线连接，而大部分IoT东西都将会依赖无线技术。除此，基于服务器/云端技术的海量数据分析和机器学习是大部分IoT商业模式的核心，末端节点的IoT装置连接到云端或服务器进行情报及分析处理，有一些是直接连接，但通常是经由闸道器来连接(如图1)，再透过将蜂巢式与非蜂巢式这两种无线技术异质混合，闸道器得以与云端和末端节点连接。

举例来说，将智能手机当作闸道器节点使用，Wi-Fi连接方式是许多IoT应用的首选，但在找不到Wi-Fi链路的情况下，通常会改用蜂巢式通讯协定。另外，穿戴式应用中常用的则是Bluetooth，透过近接可提升安全性的情况下，NFC是想当然尔的选择。ZigBee、Z-Wave及Thread为家庭自动化和智能能源装置提供稳健、低功率的网状网络。图2为依据操作范围将IoT技术分组的范例。到目前为止，M2M和IoT相关应用有超过60种旧有及全新的射频格式仍使用中。

低功率广域(LPWA)网络中有许多创新技术，相较于目前已部署的蜂巢式通讯格式，在低数据速率和低信号周期应用中，LPWA延长电池寿命、降低成本，并且改善链路预算。已有一些国家使用轻度授权或非授权频谱，在其国内推出诸如LoRa和SIGFOX的LPWA系统。功率M2M应用预计有强劲的成长力道，因此3GPP无线存取网络(RAN)工作小组正在开发蜂巢式通讯协定以支持授权频谱里的LPWA。

3GPP第12版介绍一种新的低复杂度装置类别(Cat-0)，可用于LTE机器类通讯(MTC)。Cat-0由于有显着的进步，因此改善了低数据速率应用的效率。3GPP第13版包括：1.增强型MTC(eMTC)Cat-M1，这是一种1.4MHz带宽最佳化的LTE标准。2.延伸涵盖范围GPRS(EC-GPRS) ，利用重新传输及其他协定更新方法来改善链路预算。3.窄频IoT(NB-IoT)也称为Cat-M2，这是一种为LPWA应用最佳化的全新无线标准。

探索用于设计与测试的解决方案

用于IoT装置设计与测试的解决方案如同推动性技术一样重要。装置、基础设施、云端、线上应用、后处理、服务所构成的整个生态体系若要建立无缝的连接能力，必需从建立更好的设计、利用更加真实的模拟、以及进行有意义且经济有效的测试开始，这使得IoT设计工程师所面临的挑战更加困难。

随着设计更复杂，电路也跟着更难模拟，若要克服这些挑战便需要藉助电子自动化软件来设计并且模拟全新的IoT装置，电子自动化软件特别能够应付通讯系统里固有的问题(如图3)。理想的解决方案应该能够在开发过程中对全新装置进行早期模拟，并且让系统架构师和演算法开发人员自由创造无线通讯系统的PHY层。另外还应该包括可以在模拟时接触到节点的虚拟量测工具，以便对预期效能有所了解。

随着设计由模拟进入落实阶段，可将实际的装置模块代入模拟，以真实的量测结果或硬件回路取代虚拟工具。如此一来，开发人员便可以将模拟出的效能与实际效能作比较。

设计与模拟之后，下一步是要进行装置量测与分析。若要为此选择测试仪器，典型的选择准则应该包括效能规格、量测速度、实体占用空间、配置扩充性、以及成本(前期成本及长期成本)。没有任何解决方案能够顾及所有需求。

若要在设计阶段建立及分析信号，最好可以使用效能高且功能通用的桌上型仪器。之后在产品生命周期中，如测试速度、灵活性和占用空间等准则的重要性更高，模块化和单机式测试仪解决方案是比较好的选择。要确认所设计的IoT装置从一开始便有可靠的连接能力将会需要对应的设计和测试解决方案。那些推动性技术及设计与测试解决方案有助于共同打造目前及未来的物联网。

关于上述技术详细，欢迎报名6月15日是德科技电子量测论坛，将着重于当前的无线网络和数码测试技术，深入浅出介绍全新的解决方案。在线报名网址：http://www.kmf2016.com/。 (本文由是德科技提供，李佳玲整理)