Реализация LTE Cat 1 для приложений IoT и M2M
Узнайте о спецификациях LTE Cat 1 и о том, как их использовать в дизайне.
Стандарт высокоскоростной сотовой связи, долгосрочная эволюция (LTE), обычно называемый 4G или Cat 4, продолжает развиваться благодаря усовершенствованиям технологий, поскольку в 2004 году NTT DoCoMo был предложен NTT. Разработанный в рамках проекта партнерства 3-го поколения, 3GPP, дорожная карта для связи с высокой пропускной способностью идет в направлении широко разветвленного стандарта 5G, который к 2020 году обещает скорость до 100 Мбит / с в городских районах и до 1 Гбит / с в одноэтажных офисных помещениях.
Хотя существует множество приложений, которые выиграют от значительных успехов в скорости передачи данных, также растет список случаев использования, когда объем данных и пропускная способность не оправдывают связанные с этим профили затрат и мощности, которые требуют высокие ставки.
С недавним экспоненциальным ростом в приложениях M2M и IoT возрастает потребность в относительно низких пропускных способностях с низкой пропускной способностью, большей задержкой и низкой стоимостью. Обычно это могут быть датчики или исполнительные механизмы, где количество отправленных данных довольно низкое, а частота, пожалуй, всего пару раз в минуту. Для некоторых устройств, таких как датчики температуры, связь может потребоваться только при изменении температуры в пределах заданного значения.
Учитывая это требование, сотовая индустрия работает над созданием такой сети с низкой мощностью (LPWA) в своей сети. Узкополосный IoT, также известный как NB-IoT или LTE Cat NB1, был впервые протестирован Vodafone, Huawei и u-blox в 2015 году, опередив полный коммерческий запуск в 2017 году. NB-IoT обеспечивает узкую полосу пропускания 200 кГц, которая предлагает данные передача в порядке 10 с кбит / с. Самое главное, что в качестве стандарта, поддерживаемого более чем 20 глобальными операторами сотовой связи, он содержит все гарантии и безопасность, связанные с сотовой сетью, работающей в лицензированном спектре. (См. Рис. 1.)
Используя NB-IoT, огромная армия датчиков IoT теперь может быть подключена к безопасной, проверенной и проверенной сотовой сети.
Рисунок 1. Дорожная карта LTE, показывающая Cat 1
Рисунок 1 иллюстрирует дорожную карту для LTE и путь, выбранный подгруппой технологий LPWA, например, Narrowband-IoT / Cat NB1, предназначенный для широкого спектра приложений с низкой мощностью и низкой скоростью передачи данных. Поскольку приложения IoT начинают становиться нормой, так же как и разнообразие различных вариантов использования.
Хотя мы упоминали о крайности передачи данных, между Cat 3/4 (полудуплексная загрузка и загрузка 10 кбит / с), растет число подключенных устройств, которым требуется пропускная способность где-то посередине. В дорожной карте LPWA, показанной синим цветом на рисунке 1, показана технология Cat 1, новейшая технология LPWA LTE. Благодаря пропускной способности до 5 Мбит / с и загрузке до 10 Мбит / с LTE Cat 1 обеспечивает жизнеспособный способ подключения для приложений IoT, таких как телематика, отслеживание активов, безопасность и видео. Кошка 1 не только обеспечивает более чем адекватные скорости передачи данных, но латентность обычно составляет 10-15 мс по сравнению с 1-10 секундами для Cat NB1. Для сравнения, LTE Cat 5 имеет задержку <5 мс.
Если вы планируете внедрить любую связь с беспроводным подключением, важно, чтобы разработчик сам смотрел не только на необходимые функции самой ссылки, но и на более целостный обзор аспектов безопасности. Установление сети доверия - это подход, который является популярным средством достижения этого; существенно разложив процесс на ряд доверенных доменов. Например, в u-blox у нас есть подход, называемый «пятью столпами».
Рисунок 2. Установление сети доверия для беспроводной связи
Как правило, при использовании любой формы беспроводного модуля, который может включать или не включать GNSS-приемник, ниже определяются области потенциального нарушения безопасности или атаки: прошивка устройства, связь с сервером, безопасность интерфейса, принудительное управление API и надежность включает обработку спуфинга / заклинивания.
Все чаще, гарантируя, что ваше устройство выполняет программное обеспечение, которое оно должно выполнять, диктует использование метода безопасной загрузки. Аутентификация исходного кода перед загрузкой следующего этапа процесса - лучший подход. В частности, обновление прошивки по воздуху (FOTA), функция, которая чрезвычайно полезна в географически распределенных пулах датчиков IoT / M2M, предлагает потенциальную поверхность атаки, поэтому убедитесь, что недавно загруженное изображение прошивки проверено до того, как оно будет свернуто имеет решающее значение.
На транспортном уровне должен быть способ, которым устройство может аутентифицироваться с помощью хост-сервера и наоборот. Подписание и / или шифрование сообщений - это рекомендуемый подход, при этом беспроводной модуль имеет ресурсы для управления ключами для подписи, шифрования и дешифрования. Атаки «человек в середине» становятся все более распространенными, поэтому важно избегать передачи данных, которые могут быть перехвачены или скомпрометированы.
Еще одним соображением для безопасности является использование API. К сожалению, доступ к функциям устройства и последствиям для безопасности часто можно упустить. Те, кто хочет использовать или компрометировать устройство, обычно имеют много времени, чтобы исследовать открытые API-интерфейсы и экспериментировать с их взаимосвязью и функциональностью устройства. Иногда API, встроенные в код, обеспечивают доступ не только к стандартным функциям и возможностям, но также к премиальным или платным сервисам. Разработчики также часто предоставляют недокументированные API для собственного тестирования и конфигурации, поэтому крайне важно, чтобы они также были защищены. Следовательно, для обеспечения доступа к этим API или их включения необходимо использовать формальные методы аутентификации и авторизации.
Примером беспроводного модуля LTE Cat 1, который соответствует цепочке доверия «пять столпов», является серия LARA-R3 от u-blox - см. Рисунок 3.
Рисунок 3. Пример модуля LTE Cat 1 - u-blox LARA-R3121
В серии LARA-R3 связь с хостом, как и многие беспроводные модули, осуществляется с помощью стандартного набора команд Hayes 'AT', полный список которого можно найти здесь (PDF). Покрывая все аспекты управления функциями модуля, настраивая и настраивая канал передачи данных и управляя обновлениями FOTA, набор команд предоставляет полный ресурс. При использовании в беспроводной индустрии принятие инструкций «AT» позволяет очень легко перенести из одного продукта поставщика в другой, добавив второй подход к поиску, если это необходимо для окончательной разработки.
Когда дело доходит до создания прототипа, доступность оценочной платы или платформы разработки является важным элементом оборудования для дизайнера. В случае LARA-R3121 от u-blox EVK-R312 обеспечивает комплексную платформу, из которой можно провести пробную версию первоначального дизайна - см. Рисунок 4.
Рисунок 4. Платформа оценки для u- blox LARA-R3121
Предоставляя средства для устранения возможностей модуля LARA-R3121, EVK-R312 обеспечивает регулируемый источник питания, SIM-карту и расширенные возможности ввода-вывода. См. Рисунок 5.
Рисунок 5. Функциональная блок-схема EVK-R312
LTE Cat 1 удовлетворяет требованиям к широкому спектру приложений LPWA IoT, M2M и телематики, которые требуют более высокой пропускной способности данных и более низких характеристик задержки. В частности, видео-приложения, такие как безопасность и наблюдение, - это те, которые приводят к требованиям к пропускной способности и задержкам.
Отраслевые статьи - это форма контента, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits таким образом, что редакционный контент не очень подходит. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предоставления читателям полезных новостей, технических знаний или историй. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, являются точками партнера, а не обязательно для All About Circuits или его авторов.