Collaudare le reti M2M

STRUMENTAZIONE –

Il collaudo di dispositivi M2M basati su Lte richiede una verifica aggiuntiva delle prestazioni Rf a causa dell’ambiente in cui i moduli M2M potrebbero trovarsi a operare e dell’uso della modulazione Ofdm, non particolarmente resistente alle interferenze Rf.

La diffusione
della comunicazione Machine to Machine è imputabile sia all'avvento di nuove
tecnologie per le reti mobili, come Lte, sia dalla necessità da parte degli
operatori di rete di ampliare il loro business al di là della classica comunicazione
tra individui. In molti mercati il tasso di penetrazione dei telefoni mobili è
superiore al 100% in quanto la maggior parte delle persone possiede almeno un
cellulare, per cui la crescita nel settore della comunicazione mobile deve
provenire da nuove applicazioni e nuovi mercati.Grazie all'ampia copertura
delle reti mobili, una macchina può ora essere connessa in modo remoto a una
rete ovunque si trovi e interagire direttamente con altre apparecchiature. Tra
le applicazioni tipiche si possono annoverare il rifornimento dei distributori
automatici e la lettura remota dei contatori di elettricità. La gamma di
requisiti e di applicazioni per la tecnologia M2M è quanto mai varia e articolata
e spazia dagli smart meter domestici ai sistemi video in real-time come le
telecamere per il controllo del traffico e i sistemi di monitoraggio dei veicoli.
Apparati di questo tipo possono avere differenti requisiti in termini di
collegamento dati: dalla bassa velocità di trasmissione dati e l'assenza di
esigenze di real-time tipiche della lettura dell'elettricità dei contatori alla
elevata velocità di trasmissione dati e la richiesta di prestazioni real-time
tipiche delle analisi dei filmati video ripresi dalle telecamere che
sorvegliano il traffico. Per questo motivo è necessario poter disporre di una
rete wireless in grado di trasportare in maniera efficiente tutti i tipi di
dati, garantendo livelli adeguati di capacità, copertura e prestazioni. La rete
deve gestire simultaneamente un elevato numero di collegamenti intermittenti a
bassa velocità di trasmissione dati come pure parecchie connessioni
caratterizzate da un'elevata velocità di trasmissione dati e assicurare in
entrambi i casi la massima efficienza.

La rete Lte

Rispetto alle
reti wireless 2G e 3G, Lte è caratterizzata da un processo di segnalazione
semplificato per i dati a pacchetto (packet data), migliore efficienza in
termini di potenza grazie alla disponibilità di modalità di “sleep”,
allocazione flessibile della capacità per i dati sia in real time sia in
background e da un supporto efficiente per velocità di trasmissione dati sia
basse che alte. Tutte queste caratteristiche sono necessarie per far sì che la
comunicazione M2M risulti economica da implementare da un lato ed efficiente
per la rete dall'altro. Le reti M2M devono supportare un gran numero di utenti
connessi senza richiedere l'allocazione di risorse aggiuntive. Una diffusione
su larga scala della tecnologia M2M su reti 2G o 3G potrebbe provocare un
sovraccarico in termini di capacità di segnalazione e controllo della rete piuttosto
che di capacità di dati della rete stessa. Una rete sovraccaricata in questo
modo potrebbe non essere in grado di fornire la connessione per gli utenti
regolari dei servizi telefonici/vocali e per gli smartphone e i tablet. Poiché Lte
è in grado di gestire questi problemi di capacità in maniera più efficiente,
operatori e fornitori di reti stanno cercando di espandere le reti Lte per
diffondere i servizi M2M. Nel momento in cui si vanno diffondendo le reti Lte
operanti alle frequenze più basse (come la banda a 800 MHz che si è liberata a
causa dello spostamento del digitale terreste ed è nota sotto il nome di dividendo digitale e la banda a 900 MHz
che verrà liberata dai canali utilizzati attualmente dalla tecnologia Gsm)
l'ampia copertura geografica di Lte rappresenta senza dubbio una prospettiva
allettante per gli utilizzatori dei servizi M2M.

Il collaudo Rf

Una differenza
fondamentale delle applicazioni M2M rispetto a quelle tipiche dei terminali tradizionali
è rappresentata dal fatto che un dispositivo può trovarsi a operare in ambienti
dove sono presenti forti interferenze Rf ed elettromagnetiche. Per tale ragione
è importante eseguire il collaudo Rf e delle prestazioni dei componenti nelle
condizioni più critiche che si dovranno affrontare. I componenti e i circuiti Rf
sono molto sensibili all'ambiente fisico (parecchi dispositivi sono ancora
basati sui principi della progettazione elettromeccanica e quindi sensibili a
ogni minima variazione di forma o dimensione causata da vibrazioni o variazioni
di temperatura). Per tale motivo è necessaria una valutazione dettagliata
dell'intero progetto relativamente alla sensibilità alle condizioni ambientali
e alle interferenze Rf. Un'operazione di questo tipo può essere condotta
utilizzando un “Call Box” o una “piattaforma di test Rf” come ad esempio l'analizzatore
di comunicazioni radio MT8220C e il sistema per il test di conformità Rf
ME7873L, entrambi di Anritsu, per collegare un link di comunicazione wireless
al dispositivo e inviare/ricevere dati su base continuativa al/dal dispositivo
stesso (loopback mode). Ciascun errore di trasmissione viene quindi rilevato e
conteggiato come “numero di blocchi di dati ricevuti che contiene errori” o
Bler (Block error rate). È anche possibile verificare ogni singolo bit di dati
utilizzando pattern specifici dei bit di dati trasmessi, come ad esempio la
sequenza di bit PN9: in questo caso si parla di Ber (Bit error rate). Le reti
wireless in ogni caso prevedono processi automatici per la ri-trasmissione o la
correzione di singoli bit di dati che risultano danneggiati, per cui la misura
del Bler viene utilizzata per rappresentare le prestazioni nel mondo reale. Una
piattaforma di collaudo Rf è quindi in grado di simulare le interferenze Rf esterne
e controllare le camere termostatiche (per prove in temperatura) e le
alimentazioni, mentre un “Call Box” viene solitamente impiegato quando si
effettua il collaudo del modulo “in situ” nell'ambiente reale. Lte utilizza uno
schema di modulazione denominato Ofdm (Orthogonal frequency domain multiplexing)
che non è particolarmente resistente alle interferenze Rf, ragion per cui i
sistemi sono molto sensibili ai segnali Rf esterni. Altri sistemi come Wcdma
(usato nelle reti 3G) hanno un comportamento più affidabile nei confronti delle
interferenze Rf esterne. Per questo motivo il collaudo e la verifica dei
sistemi Lte in ambienti in cui sono presenti interferenze Rf è estremamente
importante per assicurare la bontà del segnale e l'affidabilità di funzionamento.
Una rete Lte è in grado di adattarsi alle interferenze esterne utilizzando
algoritmi di scheduling e misure del canale, ma ciò comporta una riduzione
della capacità della rete stessa.
Una volta che un
dispositivo M2M è operativo in un determinato ambiente, è necessario procedere
a un ulteriore collaudo per verificare l'integrazione con le applicazioni e i
servizi richiesti. Ciò al fine di assicurare la compatibilità tra il protocollo
utilizzato dalle apparecchiature per scambiare informazioni e i protocolli di
rete Lte. In questo caso i parametri che vengono esaminati sono jitter e
ritardi di temporizzazione, routing IP, eliminazione/ritrasmissione di
messaggi. Gli strumenti utilizzati per questi tipi di collaudo e verifica sono
gli analizzatori di traffico IP e gli analizzatori di protocollo. La fase
finale del collaudo è relativo all'integrazione con i meccanismi di abbonamento
e fatturazione degli operatori di rete e la relativa policy. In questo caso è
necessario disporre di una scheda Sim valida per la rete al fine di verificare
che il servizio M2M venga accettato dalla rete (procedura di autenticazione). I
recenti progressi compiuti in quest'area hanno portato allo sviluppo della
“SoftSIM” che permette di programmare i dettagli mediante software: in questo
modo un dispositivo può operare su reti differenti senza richiedere la
sostituzione fisica della scheda Sim che potrebbe essere integrata nel modulo e
nella macchina.

La soluzione ideale

In definitiva Lte
rappresenta la soluzione ideale per reti “data centric” che permette di usate
in maniera efficiente dispositivi M2M su una rete cellulare mobile. Lte ha la
capacità e la flessibilità necessarie per soddisfare gli “user case” e i
requisiti dei dispositivi M2M in modo che questi possano rappresentare un
business profittevole ed efficiente in termini di costi per gli operatori di
rete.

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