Exploración de los cinco principales desafíos de IoT a través de las 5 C - Parte 2

Sook Hua Wong de Keysight Technologies, Inc

En la parte 1 del blog, discutimos sobre uno de los cinco principales desafíos a través de las 5C. En la segunda parte del blog hablaremos sobre continuidad, cumplimiento, convivencia y ciberseguridad.

2. Continuidad

La continuidad consiste en garantizar y extender la vida útil de la batería del dispositivo. La duración de la batería es una de las consideraciones más importantes para los dispositivos de IoT. La batería de larga duración es una gran ventaja competitiva en los dispositivos de IoT de consumo. Para los dispositivos de IoT industriales, la expectativa común es una duración de la batería de cinco o diez años. En el caso de los dispositivos médicos, como los marcapasos, la vida útil del dispositivo puede significar la diferencia entre la vida y la muerte. La falla de la batería no es una opción.

Para cumplir con este requisito de duración prolongada de la batería, los diseñadores de circuitos integrados (IC) deben diseñar circuitos integrados con modos de suspensión profunda que consuman muy poca corriente, reduzcan la velocidad del reloj y los conjuntos de instrucciones, además de complementar los voltajes bajos de la batería. Desde una perspectiva de comunicación inalámbrica, los grupos estándar también están definiendo nuevos modos de operación de bajo consumo de energía, como NB-IoT, LTE-M, LoRa, Sigfox, que ofrecen un tiempo de operación activo limitado mientras mantienen un bajo consumo de energía. Los diseñadores de productos que integran componentes de detección, procesamiento, control y comunicación en el producto final, deben saber cómo se comportan y consumen energía los periféricos, y optimizar el firmware y el software del producto para simplificar el funcionamiento y reducir el consumo de energía. Todas estas actividades requieren herramientas de medición capaces que puedan ofrecer conocimientos profundos sobre los comportamientos de consumo actual del dispositivo.

3. Cumplimiento

El cumplimiento consiste en asegurarse de que sus dispositivos de IoT cumplan con los estándares de radio y los requisitos regulatorios globales antes de ingresar al mercado. Hay dos categorías principales de pruebas de cumplimiento:pruebas de conformidad con estándares de radio y aceptación de portadora, y pruebas de cumplimiento normativo, como pruebas de RF, EMC y SAR. Los ingenieros de diseño a menudo se esfuerzan por cumplir con el estricto cronograma de introducción de productos y garantizar una penetración sin problemas en el mercado global mientras cumplen con las últimas regulaciones. Las actualizaciones frecuentes de las regulaciones también aumentan la complejidad. La Figura 3 muestra ejemplos de requisitos de pruebas de conformidad y conformidad.

Figura 3:Requisitos de prueba de conformidad y cumplimiento de los dispositivos de IoT.

Para reducir el riesgo de fallas durante las pruebas de cumplimiento y cumplir con el cronograma de lanzamiento del producto, los diseñadores pueden considerar invertir en soluciones internas de prueba de cumplimiento previo para que las pruebas se puedan llevar a cabo en cada etapa del diseño para solucionar problemas al principio de la fase de diseño. La elección de un sistema de prueba de cumplimiento previo que se adapte del sistema de prueba de cumplimiento del laboratorio de pruebas también puede ayudar a garantizar la correlación de las mediciones y reducir el riesgo de fallas. Las pruebas de cumplimiento son complejas y requieren mucho tiempo. Puede tardar hoy o semanas en completarse si se realiza manualmente. La elección de un sistema de prueba automatizado puede ayudar a ahorrar tiempo de prueba y permitir una comercialización más rápida.

4. Convivencia

La coexistencia se trata de la capacidad del dispositivo inalámbrico para funcionar de manera confiable en presencia de otras señales interferentes. Con miles de millones de dispositivos lanzados al mercado, la congestión en los canales de radio es un problema que solo empeorará cada día. Para abordar la congestión inalámbrica, los organismos de normalización han desarrollado metodologías de prueba para evaluar las operaciones de los dispositivos en presencia de otras señales. Por ejemplo, en Bluetooth®, El salto de frecuencia adaptativo (AFH) permite que un Bluetooth Canales de caída de dispositivos que experimentan altas colisiones de datos (figura 4). También existen otras técnicas para evitar colisiones, como escuchar antes de hablar (LBT) y prevención cooperativa de colisiones (CCA) para mejorar la eficacia de la transmisión. Se desconoce la efectividad en un entorno de señal mixta. Cuando los formatos de radio no se detectan entre sí, se producirán colisiones y pérdida de datos.

Figura 4:El dispositivo Bluetooth omite el canal WiFi 6 para evitar interferencias con la señal WiFi.

Para las aplicaciones de consumo, los retrasos o pausas en los auriculares inalámbricos o dispositivos portátiles son molestos, pero aceptables. Un sensor industrial que pierde la señal de control o una bomba de infusión que deja de funcionar debido a una señal de interferencia circundante pueden tener consecuencias nefastas. Por lo tanto, es fundamental realizar pruebas de coexistencia para medir y evaluar cómo funcionará su dispositivo en un entorno de señal mezclada y concurrida. IEEE proporciona algunas pautas en ANSI C63.27 (Estándar Nacional Estadounidense para la Evaluación de la Coexistencia Inalámbrica) con respecto a las consideraciones clave para las pruebas de coexistencia que incluyen procesos de evaluación, configuraciones de prueba y niveles de prueba basados ​​en riesgos. Se recomienda encarecidamente a los fabricantes de dispositivos que evalúen el riesgo potencial de mantener el rendimiento inalámbrico funcional del dispositivo en presencia de señales no deseadas encontradas en el mismo entorno operativo.

5. Ciberseguridad

Con el creciente despliegue de IoT en aplicaciones de misión crítica, la necesidad de protección de ciberseguridad se vuelve aún más importante. Si bien los ataques cibernéticos pueden ocurrir en muchas capas, desde el nivel del dispositivo hasta la red de comunicación, la nube o las aplicaciones, la mayoría de las herramientas tradicionales de protección de la seguridad se han centrado en proteger la red y la nube. Con frecuencia se pasan por alto las vulnerabilidades finales y por aire. Formatos como Bluetooth y WLAN son tecnologías maduras y se utilizan comúnmente en muchas aplicaciones. Sin embargo, se ha hecho poco para abordar las vulnerabilidades por aire. La complejidad de estos protocolos inalámbricos se traduce en posibles errores desconocidos en las implementaciones de radio del dispositivo que permiten a los piratas informáticos acceder o controlar el dispositivo.

Según IDC, el 70% de las violaciones de seguridad se originan en puntos finales [1]. Se debe tener especial cuidado para proteger estos dispositivos de IoT. Deben identificarse las vulnerabilidades por aire y el punto potencial de entrada a los dispositivos de IoT. El dispositivo debe probarse utilizando una base de datos de amenazas / ataques conocidos sobre el aire para monitorear la respuesta del dispositivo y detectar anomalías. La base de datos debe actualizarse periódicamente para proteger el dispositivo de las últimas amenazas.

Construir una base sólida a través de las 5C de IoT abre las puertas a nuevas y emocionantes aplicaciones y oportunidades para muchas industrias. Pero también trae desafíos sin precedentes que requieren pensar en nuevas formas para cumplir con los requisitos de misión crítica. La implementación exitosa de IoT requiere que los diseñadores e ingenieros superen los desafíos técnicos en las 5C de IoT. Tener una comprensión profunda de estos desafíos técnicos y saber cuáles son las consideraciones clave de diseño y prueba creará una base sólida para la implementación y el despliegue en todo el ecosistema de IoT. El diseño, la validación, las pruebas de cumplimiento y las herramientas de fabricación correctas durante todo el ciclo de vida del producto ayudarán a garantizar que IoT cumpla sus promesas.

El autor es Sook Hua Wong, gerente de segmento industrial de soluciones de medición electrónica general en Keysight Technologies, Inc.

Acerca del autor

Sook Hua es un gerente de segmento de la industria con Keysight Technologies que reside en Penang, Malasia. Ella es la planificadora de soluciones estratégicas responsable de la expansión de la cartera de soluciones KeysightInternet-of-things (IoT) y la planificación del programa de marketing para impulsar el crecimiento en el segmento electrónico general de KeysightTechnologies.

Antes de desempeñar este cargo, fue la planificadora de productos responsable de la planificación estratégica y el desarrollo de la cartera de productos para el medidor y sensor de potencia de RF / microondas.

Recibió su Licenciatura en Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Tecnologías de Malasia (1999) y su Maestría en Ciencias en Ingeniería de Diseño de Sistemas Electrónicos de la Universidad de Ciencias de Malasia (2003). Ha pasado 20 años en Keysight Technologies y los últimos 15 años en el equipo de General Electronics Measurement Solution (GEMS) en varias funciones, que incluyen fabricación, desarrollo de productos, soporte de ventas, marketing de productos y planificadora de productos.