下一世代物聯(lián)網(wǎng)的主流傳輸訊號測試與環(huán)境建置方案

物聯(lián)網(wǎng)是結(jié)合所有能利用到的資源及技術(shù)而產(chǎn)生的應(yīng)用統(tǒng)合，而非單一技術(shù)可以涵蓋。

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展大略分為應(yīng)用層、傳輸層、感知層，再結(jié)合App及大數(shù)據(jù)（big data）的統(tǒng)合應(yīng)用，亦即物聯(lián)網(wǎng)幾乎可說是，結(jié)合當(dāng)今所有能利用到的資源及技術(shù)而產(chǎn)生的一次應(yīng)用統(tǒng)合。就產(chǎn)業(yè)面的角度來看，已非單一技術(shù)可以涵蓋。

根據(jù)筆者的觀察，目前各家終端裝置業(yè)者已將物聯(lián)網(wǎng)視為下一世代決戰(zhàn)場，大力投入資金及人力，避免在這一個世代被淘汰。

以醫(yī)療照顧為例，遠(yuǎn)程醫(yī)療將成為未來醫(yī)療的行為之一，各國都有計劃修法使遠(yuǎn)程醫(yī)療成為正式的服務(wù)，而血壓/血糖/心律/移動等感知技術(shù)已逐步建立。各大醫(yī)療中心發(fā)展出來的分析技術(shù)資料，以BT、Wi-Fi、LTE為傳輸接口，傳送到各大伺服中心，結(jié)合APP的應(yīng)用界面，將可發(fā)展出一套結(jié)合監(jiān)控、慢性病醫(yī)療、急癥后送，甚至突發(fā)狀況之緊急通報系統(tǒng)，將有機(jī)會挑戰(zhàn)掛號看病、健診、急診的傳統(tǒng)醫(yī)療行為，大家都在觀察以這樣的應(yīng)用發(fā)展下去是否會引發(fā)下一世代的醫(yī)療革命。

此外，物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用在汽車上，即所謂的車聯(lián)網(wǎng)，需要移動通訊技術(shù)、快速的數(shù)據(jù)處理及安全的防火墻等技術(shù)，皆有龐大的想象空間。

既然物聯(lián)網(wǎng)商機(jī)如此龐大，又需整合如此大的龐大技術(shù)，產(chǎn)業(yè)界已有幾大策略聯(lián)盟組織/論壇形成，企圖掌握或主導(dǎo)這方面的技術(shù)。

本文第一部份將簡介目前較為活躍的物聯(lián)網(wǎng)組織，第二部分，將從筆者服務(wù)于宜特科技實驗室的角度，深入探討，如何建置物聯(lián)傳輸訊號測試環(huán)境，協(xié)助廠商在開發(fā)產(chǎn)品時，了解如何測試驗證，有效加快產(chǎn)品上市時間。

國際主要物聯(lián)網(wǎng)組織

在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)組織中相對比較活躍的有三大組織，成立之時間最早為Allseen alliance（2013年底），旗下的Framework group Alljoyn在2011年就開始有活動，而OIC及Thread Group大約同一個時間點成立（2014年7月）。

由于必須整合出各種接口聯(lián)絡(luò)傳輸?shù)钠脚_，各組織不約而同地定義出架構(gòu)與技術(shù)等規(guī)范，以控制產(chǎn)品對象的成熟度，簡介如下：

（一） 開放互連基金會（OCF）

OCF原名OIC，于2016年合并Allseen alliance后更名為OCF。OIC定義的架構(gòu)為IoTivity，使用的接口未有強(qiáng)制約束，大致仍以NFC/Wi-Fi/BT/LTE等為主；主要成員為Samsung與Dell、IBM、Microsoft、Cisco，一樣涵蓋了芯片及系統(tǒng)商，宜特科技亦為此組織成員。

1、主席：Daniel Park - Samsung Electronics

2、工作小組

Certification Work Group

Standards Work Group，

Smart Home Task Group

UPnP Work Group

3、語言：未特別定義（C， C++，……） OCF目前正朝著軟件標(biāo)準(zhǔn)化及標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證進(jìn)行，并中在2016年1月13日公告了OIC Logo。

緊接著在2016年2月22日至26日Beaverton城市，舉辦Plugfast#6.在該會議的認(rèn)證章節(jié)中討論到的認(rèn)證程序（Certification Procedure）如下：

?Test Tools - Develop/ Acquire/ Evaluate

?Test Plans （maybe generated by individual Task Groups）

?Certification Policy

?Re-certification Policy

?Plug-fest Guidelines

?Certification Audit/Update/Enforcement Policy

?Registry of OIC Certified Products

而在2015年底，OIC 宣布合并成立15年的通用即插即用論壇UPnP Forum，除了直接結(jié)合UPnP的現(xiàn)有技術(shù)，也取得UPnP在智能家居產(chǎn)業(yè)上的優(yōu)勢。

同時OIC并隨即成立UPnP Work Group，以維持原先的UPnP Forum運(yùn)作。其子群組包含有UPnP AV Task Group、UPnP IoT Data Modeling Task Group、UPnP Certification Task Group。

（二） Thread group

Thread Group的主要成員為Nest （Google）、Samsung與ARM，同樣涵蓋軟件芯片及系統(tǒng)商，架構(gòu)（Frame work）上并沒有特別規(guī)劃及定義，比較特別的是，使用的傳輸接口主要應(yīng)用于ZigBee （IEEE802.15.4）。

相對于Wi-Fi，IEEE802.15.4具備了低能耗及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（Mesh）可自動修復(fù)連結(jié)的優(yōu)勢，但因Data Rate （250K）只能達(dá)到250Kpbs，也限制此技術(shù)只能在低網(wǎng)絡(luò)流量應(yīng)用。

Thread Group的組織：

1、主席：Chris Boross （Nest）～2016.3.1

2、工作小組：

?Certification Committee （CC）

?Testing Working Group （TWG） * Plugfest Working Group （PWG）* * Lab Qualification Working Group （LQWG）*

?Technical Committee （TC）

?Use Case Committee

?Ecosystem Committee

相對于Wi-Fi，IEEE802.15.4具備了低能耗及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（Mesh）可自動修復(fù)連結(jié)的優(yōu)勢，但因Data Rate只能達(dá)到250Kbps，也限制此技術(shù)只能在低網(wǎng)絡(luò)流量應(yīng)用。

Thread 認(rèn)證產(chǎn)品需要通過以下行為測試： A. Commissioning B. Network functionality C. Device operation in network

物聯(lián)網(wǎng)傳輸訊號測試與環(huán)境建置

在萬物相連的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中，手機(jī)、平板等智能手持裝置將處于各種應(yīng)用情境的核心地位，借助無線通信則是最便捷的聯(lián)機(jī)方式，這凸顯出無線通信的速度及質(zhì)量的重要性。因此，當(dāng)各家終端裝置業(yè)者，將物聯(lián)網(wǎng)視為下一世代決戰(zhàn)場時，除積極做產(chǎn)品布局外，更關(guān)注產(chǎn)品的“空中下載” （Over the Air，OTA）的性能，進(jìn)而帶出龐大的測試與認(rèn)證需求。

在物聯(lián)網(wǎng)的實際應(yīng)用上，遵循各組織所定義的架構(gòu)及通訊接口的穩(wěn)定度，僅是具備最基礎(chǔ)的工作能力，然而更進(jìn)一步的兼容性及系統(tǒng)穩(wěn)定性，絕對需要更精確且多項的測試，以達(dá)到消費者對于使用者經(jīng)驗上的期待。

由于物聯(lián)網(wǎng)整體應(yīng)用的實現(xiàn)，必須架構(gòu)于多項傳輸同時啟動的狀態(tài)之下。例如，NFC感知后由WiFi傳輸至云端，同時LTE正在進(jìn)行通話而USB port也正在做數(shù)據(jù)傳輸；總體效能的評估就不能以單項效能測試的數(shù)據(jù)為主。除了Firmware loading考慮外，多項接口同時運(yùn)作之間的干擾也會有所影響。

以下章節(jié)，將介紹宜特科技在物聯(lián)網(wǎng)整體環(huán)境上，在「Wi-Fi傳輸層訊號測試」上，所規(guī)劃的模擬實際應(yīng)用及消費行為層面的訂制化環(huán)境；此外亦針對‘LoRaWAN’、‘NB-IoT’與‘Wireless Charging’做進(jìn)一步說明。

（一） Wi-Fi傳輸層訊號測試

由于Wi-Fi在傳輸層扮演極重要的角色，在Wi-Fi傳輸方面必須建置WFA基 礎(chǔ)測試能力及訂制化IoT Validation 的環(huán)境。而在WFA標(biāo)準(zhǔn)測試上建置，則包含WPA2、WMM、Certified n、WPS2.0、Certified ac、CWG-RF，由金字塔型底端網(wǎng)上堆棧作為基本測試。

在Wi-Fi IoT環(huán)境驗證上，則須著重在物聯(lián)網(wǎng)特別重視的安全性加密及傳輸效能（Throughput）流量測試。

宜特科技在訂制化測試上，以O(shè)ctoBox實現(xiàn)更高層級的環(huán)境如下：

1、針對Wi-Fi傳輸效能量測，Octobox 使用IEEE802.11 定義的Multipath Emulation （MPE）完成近似于Wi-Fi使用者實際使用空間下的效能表現(xiàn)，并帶來下列三項主要的傳輸效能量測項目：

（1） 傳輸效率 vs. 距離：以程序衰減器仿真距離并配合量測系統(tǒng)，進(jìn)而得到衰減值（距離）和Throughput之對應(yīng)數(shù)據(jù)。

（2） 傳輸效率 vs. 方位：以程序衰減器仿真距離并搭配轉(zhuǎn)臺，配合量測系統(tǒng)，進(jìn)而得到衰減值（距離）及待測樣品角度對Throughput之對應(yīng)數(shù)據(jù)。

（3） 傳輸效率 vs. 干擾：以上測試皆可搭配其他無線訊號（Wi-Fi， BT， Microwave） 做干擾測試。

2、漫游測試（Roaming Test）：借助Octobox系統(tǒng)仿真移動裝置移動時AP訊號強(qiáng)度之變化，并測得漫游所需時間

（二） LoRaWAN訊號測試

LoRa技術(shù)其實是近幾年才發(fā)展出的一種IoT無線通信技術(shù)，采用免授權(quán)的開放頻段，具備能實現(xiàn)長距離且低功耗的傳輸特性，包括了傳輸距離可涵蓋從1公里到10公里之間的范圍，甚至最遠(yuǎn)可達(dá)20公里遠(yuǎn)，而靠著IoT裝置內(nèi)建的電池，即可維系長達(dá)10年以上的使用時間，企業(yè)安裝部署所需負(fù)擔(dān)的成本也較低。

?低功耗、電池壽命10 年

?低速，小于10kbps

?免授權(quán)頻段

?目前僅有一間IC 應(yīng)商——SemTech

?星狀布點、長距離

?電表、煙霧偵測等等

（三） NB-IoT傳輸層訊號測試

NB-CIoT是由華為、高通和Neul聯(lián)合提出，NB-LTE是由愛立信、諾基亞等廠家提出。NB-LTE更傾向于與現(xiàn)有LTE兼容，其主要優(yōu)勢在于容易布署。NB-IoT可認(rèn)為是NB-CIoT和NB-LTE的融合，優(yōu)勢如下：

?中低低功耗、電池壽命也宣稱10 年

?中高速，100’s kbps

?已有多家芯片供貨商（Multi-vendor）

?長距離

?高速傳輸

（四） 無線充電訊號測試

針對無線充電（Wireless Charging）目前共有兩大陣營，如下簡介

1、Airfuel （A4WP、PMA）陣營

?高通、三星、Duracell Powermat和英特爾、星巴克、Google和AT&T主導(dǎo)

?6.78MHz磁共振技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

?該頻率與NFC/RFID的13.56MHz是整數(shù)倍的關(guān)系，兩者之間會產(chǎn)生強(qiáng)烈的訊號干擾

?磁共振方案的效率是85%，實測只有67%左右

?Qi-WPC （無線電力聯(lián)盟）陣營

?諾基亞、HTC、LG、Sony、三星、高通，還有新加入的蘋果

?87~205KHz、300KHz電磁感應(yīng)

?充電效率80%，實測50%~60%

然而Airfuel工作頻率會跟NFC產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象，在實際應(yīng)用上必須要將這個問題解決。WPC目前已有較多的產(chǎn)品導(dǎo)入，兩種規(guī)范在未來都需要更進(jìn)一步提升正常使用下的充電效率，未來全面導(dǎo)入無線充電是指日可待的。