淺談物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的檢測(cè)

[余丹 孫震 丁明玲]

1 引言

ITU對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的定義和描述是“信息社會(huì)全球基礎(chǔ)設(shè)施（通過物理和虛擬手段）將基于現(xiàn)有和正在出現(xiàn)的、信息互操作和通信技術(shù)的物質(zhì)相互連接，以提供先進(jìn)的服務(wù)?！?/p>

百度百科中對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的定義，可能更多地為人們所熟悉：物聯(lián)網(wǎng)，Internet of Things，也就是萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)，它將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通。

物聯(lián)網(wǎng)通過傳感設(shè)備、射頻識(shí)別技術(shù)、定位系統(tǒng)等多種技術(shù)或裝置，采集接入網(wǎng)絡(luò)的不同終端設(shè)備的各種信息，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至相關(guān)平臺(tái)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理及應(yīng)用開發(fā)，實(shí)現(xiàn)物與物互通，以及人與物之間的管理和控制。作為物聯(lián)網(wǎng)的組成基石，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備承擔(dān)著數(shù)據(jù)信息的獲取及提供，網(wǎng)絡(luò)接入等重要功能，在投入使用前，有必要檢測(cè)終端設(shè)備能否實(shí)現(xiàn)這些功能以及實(shí)現(xiàn)程度如何，但同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)終端種類繁雜、數(shù)目眾多，檢測(cè)工作量非常大。因此，確定物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的核心能力要素，是物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備檢測(cè)工作中的重要起始環(huán)節(jié)。

2 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)從架構(gòu)上可分為四層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層。具體如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)分層架構(gòu)

感知層通過在物聯(lián)網(wǎng)終端上增加裝置，利用相關(guān)技術(shù)，采集設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)信息，包括識(shí)別設(shè)備、設(shè)備定位、設(shè)備環(huán)境信息等。感知層的另一項(xiàng)重要功能，則是發(fā)送信息數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)層。

由互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)層，承擔(dān)著設(shè)備接入、傳輸采集信息，并將數(shù)據(jù)信息上傳到平臺(tái)層的工作。

平臺(tái)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理等工作，根據(jù)建設(shè)及應(yīng)用主體的不同，平臺(tái)還可分為公共平臺(tái)和專有平臺(tái)，專有平臺(tái)為某企業(yè)或某行業(yè)提供服務(wù)，數(shù)據(jù)及應(yīng)用僅適用該企業(yè)或行業(yè)。公共平臺(tái)采集愿意接入的終端設(shè)備信息，在一定范圍內(nèi)，為各種應(yīng)用開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息、能力調(diào)用，以及運(yùn)營能力。

應(yīng)用層對(duì)采集的信息進(jìn)行進(jìn)一步處理，實(shí)現(xiàn)人對(duì)物的管理和控制，對(duì)應(yīng)不同的平臺(tái)類型，實(shí)現(xiàn)某企業(yè)或某行業(yè)的專業(yè)應(yīng)用，或跨企業(yè)、跨行業(yè)的泛應(yīng)用。

3 物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備檢測(cè)

3.1 泛終端檢測(cè)

物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量多，行業(yè)跨度大，對(duì)于電信運(yùn)營商來說，更多地關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)終端與通信網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)的通用能力，例如終端的網(wǎng)絡(luò)接入、信息收發(fā)、維護(hù)管理等。本文將這類物聯(lián)網(wǎng)終端檢測(cè)稱為泛終端檢測(cè)，泛終端檢測(cè)特點(diǎn)是主要檢測(cè)通用能力，與應(yīng)用相關(guān)的差異化功能或其他能力均屬于可選檢測(cè)項(xiàng)。

3.2 終端的主要功能

感知層的主要功能是識(shí)別物體、采集信息，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備正是組成感知層的基本單元。物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備利用傳感器、攝像頭、智能設(shè)備、RFID、二維碼等裝置或技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的識(shí)別、信息獲取和采集。

接入網(wǎng)絡(luò)層，發(fā)送采集信息是感知層的另一項(xiàng)重要功能。要實(shí)現(xiàn)萬物互連，就必須讓萬物具備與外界通信的能力，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備不僅可獲取、采集數(shù)據(jù)，而且能夠?qū)⑿畔?shù)據(jù)傳送出去。簡(jiǎn)單的物聯(lián)網(wǎng)終端邏輯結(jié)構(gòu)，以及對(duì)應(yīng)的邏輯功能，如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)終端邏輯結(jié)構(gòu)功能示意圖

相應(yīng)地，物聯(lián)網(wǎng)終端一般會(huì)包含采集/識(shí)別模塊、通信模塊、能源供應(yīng)模塊3個(gè)部分，部分具備處理及管理能力的物聯(lián)網(wǎng)終端還會(huì)配置處理模塊、存儲(chǔ)模塊、維護(hù)管理模塊等功能模塊。圖3所示為物聯(lián)網(wǎng)終端主要模塊的功能分解，其中：采集/識(shí)別模塊，通過傳感設(shè)備、識(shí)讀器等采集獲取預(yù)期數(shù)據(jù)信息；通信模塊，物聯(lián)網(wǎng)中大多指無線通信模塊，提供對(duì)外通訊接口，遵循通信協(xié)議，向平臺(tái)發(fā)送所采集/識(shí)別信息，也可以接收由平臺(tái)發(fā)送過來的指令。能源供應(yīng)模塊，為物聯(lián)網(wǎng)終端正常工作提供所需能量，可以是電池或外接電源。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)終端主要模塊功能分解

終端的采集/識(shí)別模塊實(shí)現(xiàn)的功能以最終應(yīng)用為目標(biāo)，所提供的能力是非通用能力，在泛終端檢測(cè)中，可以無需檢測(cè)。而通信模塊、能源供應(yīng)模塊所提供的能力是通用能力，在物聯(lián)網(wǎng)泛終端檢測(cè)工作中需要重點(diǎn)關(guān)注。

目前，運(yùn)營商級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)主要有NBIoT和LTE。物聯(lián)網(wǎng)終端根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求在速率、移動(dòng)性和覆蓋等方面存在較大差異。環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能水表、智能燃?xì)獗淼冉K端一般無移動(dòng)需求，數(shù)據(jù)量極少，以上行數(shù)據(jù)為主，對(duì)于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求不高。但數(shù)量龐大，散落分布，部分終端使用電池。這類終端有著低功耗、低速率、高時(shí)延的特點(diǎn)，適合采用NBIoT網(wǎng)絡(luò)。而車載終端視頻、視頻監(jiān)控終端等除了有速率、時(shí)延要求，還會(huì)有視頻傳送、語音通話等方面的功能要求，這類物聯(lián)網(wǎng)終端適合采用LTE網(wǎng)絡(luò)。

3.3 終端的通用核心能力檢測(cè)建議

由物聯(lián)網(wǎng)終端的主要功能可知，終端的通用核心能力主要包括通信和能量供應(yīng)兩方面，對(duì)應(yīng)的終端能力指標(biāo)應(yīng)包括通信功能、通信性能、射頻性能、功耗、維護(hù)功能等。具體內(nèi)容如表1所示。

從表1可知，在通信功能檢測(cè)方面，NBIoT物聯(lián)網(wǎng)終端的檢測(cè)內(nèi)容會(huì)比4G物聯(lián)網(wǎng)終端檢測(cè)內(nèi)容要多一些，這是因?yàn)镹BIoT網(wǎng)絡(luò)從信令、功能上都為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)終端而做了專有的設(shè)計(jì)，例如減少信令開銷、獲得更長待機(jī)時(shí)間的PSM和eDRX功能等。

接入NBIoT的物聯(lián)網(wǎng)終端，NBIoT的網(wǎng)絡(luò)特性決定了它接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)的“盡力而為”，以及待機(jī)狀態(tài)時(shí)的“省力而為”。對(duì)于這類終端，會(huì)注重這些能力的檢測(cè)。通信功能方面，NBIoT物聯(lián)網(wǎng)終端強(qiáng)調(diào)不鎖頻，要求終端的盡量接入可用網(wǎng)絡(luò)。PSM作為NBIoT的重要省電技術(shù)之一，也會(huì)重點(diǎn)檢測(cè)：終端無業(yè)務(wù)且在T3324計(jì)時(shí)器超時(shí)后，應(yīng)能進(jìn)入PSM狀態(tài)，當(dāng)終端需要上報(bào)業(yè)務(wù)時(shí)，應(yīng)能離開PSM狀態(tài)。同時(shí)，由于物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量浩繁，根據(jù)需要還可以增加平臺(tái)層對(duì)終端的接入離散控制和業(yè)務(wù)離散控制的檢測(cè)，避免同時(shí)接入或啟動(dòng)業(yè)務(wù)給平臺(tái)層帶來的沖擊。

通信性能測(cè)試主要關(guān)注可進(jìn)入業(yè)務(wù)通信的最小電平、與參考終端射頻測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比、容錯(cuò)檢測(cè)等性能指標(biāo)。NBIoT終端會(huì)更關(guān)心信號(hào)弱時(shí)、上電或PSM狀態(tài)時(shí)當(dāng)前小區(qū)信號(hào)消失與恢復(fù)等異常情況下，終端仍能正常通信、發(fā)送業(yè)務(wù)的能力。對(duì)于4G物聯(lián)網(wǎng)終端，如果提供語音通信或視頻圖像時(shí)，可以選擇增加檢測(cè)終端的語音質(zhì)量和視頻質(zhì)量。

在應(yīng)用集成前，物聯(lián)網(wǎng)終端廠商采用的通信模組必須通過行業(yè)合格檢驗(yàn)，但不排除物聯(lián)網(wǎng)終端廠商搭建的外圍接口對(duì)通信模組的射頻性能有影響，因此，在對(duì)物聯(lián)網(wǎng)終端進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，也會(huì)挑選部分射頻性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，例如，接收機(jī)的參考靈敏度，發(fā)射機(jī)的誤差矢量幅度（EVM）等。

功耗檢測(cè)是在物聯(lián)網(wǎng)終端使用電池供電時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，由于物聯(lián)網(wǎng)終端散落分布，頻繁更換電池是不現(xiàn)實(shí)，高成本的，因此功耗檢測(cè)是非常有必要的。

維護(hù)功能檢測(cè)是可選的檢測(cè)項(xiàng)，但對(duì)于節(jié)點(diǎn)級(jí)的終端還是有必要的，除了升級(jí)、配置參數(shù)外，還可以通過狀態(tài)數(shù)據(jù)的上報(bào)，了解終端運(yùn)行情況，便于設(shè)備投入運(yùn)營后的維護(hù)管理。

4 結(jié)束語

接入網(wǎng)絡(luò)、收發(fā)信息是實(shí)現(xiàn)萬物可連的基礎(chǔ)，也是物聯(lián)網(wǎng)終端的核心功能。本文通過分解物聯(lián)網(wǎng)終端的主要模塊及對(duì)應(yīng)功能，針對(duì)接入運(yùn)營商級(jí)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的海量物聯(lián)網(wǎng)終端，提出物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的通用核心能力，為物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備檢測(cè)工作提供參考，化繁為簡(jiǎn)，推進(jìn)檢測(cè)工作的開展。對(duì)于非核心能力或特殊功能，可以根據(jù)需求，結(jié)合終端類型、應(yīng)用場(chǎng)景等增加測(cè)試項(xiàng)。