下一世代物联网的主流传输讯号测试与环境建置方案

物联网是结合所有能利用到的资源及技术而产生的应用统合，而非单一技术可以涵盖。

物联网的发展大略分为应用层、传输层、感知层，再结合App及大数据（big data）的统合应用，亦即物联网几乎可说是，结合当今所有能利用到的资源及技术而产生的一次应用统合。就产业面的角度来看，已非单一技术可以涵盖。

根据笔者的观察，目前各家终端装置业者已将物联网视为下一世代决战场，大力投入资金及人力，避免在这一个世代被淘汰。

以医疗照顾为例，远程医疗将成为未来医疗的行为之一，各国都有计划修法使远程医疗成为正式的服务，而血压/血糖/心律/移动等感知技术已逐步建立。各大医疗中心发展出来的分析技术资料，以BT、Wi-Fi、LTE为传输接口，传送到各大伺服中心，结合APP的应用界面，将可发展出一套结合监控、慢性病医疗、急症后送，甚至突发状况之紧急通报系统，将有机会挑战挂号看病、健诊、急诊的传统医疗行为，大家都在观察以这样的应用发展下去是否会引发下一世代的医疗革命。

此外，物联网运用在汽车上，即所谓的车联网，需要移动通讯技术、快速的数据处理及安全的防火墙等技术，皆有庞大的想象空间。

既然物联网商机如此庞大，又需整合如此大的庞大技术，产业界已有几大策略联盟组织/论坛形成，企图掌握或主导这方面的技术。

本文第一部份将简介目前较为活跃的物联网组织，第二部分，将从笔者服务于宜特科技实验室的角度，深入探讨，如何建置物联传输讯号测试环境，协助厂商在开发产品时，了解如何测试验证，有效加快产品上市时间。

国际主要物联网组织

在物联网相关组织中相对比较活跃的有三大组织，成立之时间最早为Allseen alliance（2013年底），旗下的Framework group Alljoyn在2011年就开始有活动，而OIC及Thread Group大约同一个时间点成立（2014年7月）。

由于必须整合出各种接口联络传输的平台，各组织不约而同地定义出架构与技术等规范，以控制产品对象的成熟度，简介如下：

（一） 开放互连基金会（OCF）

OCF原名OIC，于2016年合并Allseen alliance后更名为OCF。OIC定义的架构为IoTivity，使用的接口未有强制约束，大致仍以NFC/Wi-Fi/BT/LTE等为主；主要成员为Samsung与Dell、IBM、Microsoft、Cisco，一样涵盖了芯片及系统商，宜特科技亦为此组织成员。

1、主席：Daniel Park - Samsung Electronics

2、工作小组

Certification Work Group

Standards Work Group，

Smart Home Task Group

UPnP Work Group

3、语言：未特别定义（C， C++，……） OCF目前正朝着软件标准化及标准认证进行，并中在2016年1月13日公告了OIC Logo。

紧接着在2016年2月22日至26日Beaverton城市，举办Plugfast#6.在该会议的认证章节中讨论到的认证程序（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年的通用即插即用论坛UPnP Forum，除了直接结合UPnP的现有技术，也取得UPnP在智能家居产业上的优势。

同时OIC并随即成立UPnP Work Group，以维持原先的UPnP Forum运作。其子群组包含有UPnP AV Task Group、UPnP IoT Data Modeling Task Group、UPnP Certification Task Group。

（二） Thread group

Thread Group的主要成员为Nest （Google）、Samsung与ARM，同样涵盖软件芯片及系统商，架构（Frame work）上并没有特别规划及定义，比较特别的是，使用的传输接口主要应用于ZigBee （IEEE802.15.4）。

相对于Wi-Fi，IEEE802.15.4具备了低能耗及网状网络（Mesh）可自动修复连结的优势，但因Data Rate （250K）只能达到250Kpbs，也限制此技术只能在低网络流量应用。

Thread Group的组织：

1、主席：Chris Boross （Nest）～2016.3.1

2、工作小组：

♦Certification Committee （CC）

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

♦Technical Committee （TC）

♦Use Case Committee

♦Ecosystem Committee

相对于Wi-Fi，IEEE802.15.4具备了低能耗及网状网络（Mesh）可自动修复连结的优势，但因Data Rate只能达到250Kbps，也限制此技术只能在低网络流量应用。

Thread 认证产品需要通过以下行为测试： A. Commissioning B. Network functionality C. Device operation in network

物联网传输讯号测试与环境建置

在万物相连的物联网架构中，手机、平板等智能手持装置将处于各种应用情境的核心地位，借助无线通信则是最便捷的联机方式，这凸显出无线通信的速度及质量的重要性。因此，当各家终端装置业者，将物联网视为下一世代决战场时，除积极做产品布局外，更关注产品的“空中下载” （Over the Air，OTA）的性能，进而带出庞大的测试与认证需求。

在物联网的实际应用上，遵循各组织所定义的架构及通讯接口的稳定度，仅是具备最基础的工作能力，然而更进一步的兼容性及系统稳定性，绝对需要更精确且多项的测试，以达到消费者对于使用者经验上的期待。

由于物联网整体应用的实现，必须架构于多项传输同时启动的状态之下。例如，NFC感知后由WiFi传输至云端，同时LTE正在进行通话而USB port也正在做数据传输；总体效能的评估就不能以单项效能测试的数据为主。除了Firmware loading考虑外，多项接口同时运作之间的干扰也会有所影响。

以下章节，将介绍宜特科技在物联网整体环境上，在「Wi-Fi传输层讯号测试」上，所规划的模拟实际应用及消费行为层面的订制化环境；此外亦针对‘LoRaWAN’、‘NB-IoT’与‘Wireless Charging’做进一步说明。

（一） Wi-Fi传输层讯号测试

由于Wi-Fi在传输层扮演极重要的角色，在Wi-Fi传输方面必须建置WFA基 础测试能力及订制化IoT Validation 的环境。而在WFA标准测试上建置，则包含WPA2、WMM、Certified n、WPS2.0、Certified ac、CWG-RF，由金字塔型底端网上堆栈作为基本测试。

在Wi-Fi IoT环境验证上，则须着重在物联网特别重视的安全性加密及传输效能（Throughput）流量测试。

宜特科技在订制化测试上，以OctoBox实现更高层级的环境如下：

1、针对Wi-Fi传输效能量测，Octobox 使用IEEE802.11 定义的Multipath Emulation （MPE）完成近似于Wi-Fi使用者实际使用空间下的效能表现，并带来下列三项主要的传输效能量测项目：

（1） 传输效率 vs. 距离：以程序衰减器仿真距离并配合量测系统，进而得到衰减值（距离）和Throughput之对应数据。

（2） 传输效率 vs. 方位：以程序衰减器仿真距离并搭配转台，配合量测系统，进而得到衰减值（距离）及待测样品角度对Throughput之对应数据。

（3） 传输效率 vs. 干扰：以上测试皆可搭配其他无线讯号（Wi-Fi， BT， Microwave） 做干扰测试。

2、漫游测试（Roaming Test）：借助Octobox系统仿真移动装置移动时AP讯号强度之变化，并测得漫游所需时间

（二） LoRaWAN讯号测试

LoRa技术其实是近几年才发展出的一种IoT无线通信技术，采用免授权的开放频段，具备能实现长距离且低功耗的传输特性，包括了传输距离可涵盖从1公里到10公里之间的范围，甚至最远可达20公里远，而靠着IoT装置内建的电池，即可维系长达10年以上的使用时间，企业安装部署所需负担的成本也较低。

♦低功耗、电池寿命10 年

♦低速，小于10kbps

♦免授权频段

♦目前仅有一间IC 应商——SemTech

♦星状布点、长距离

♦电表、烟雾侦测等等

（三） NB-IoT传输层讯号测试

NB-CIoT是由华为、高通和Neul联合提出，NB-LTE是由爱立信、诺基亚等厂家提出。NB-LTE更倾向于与现有LTE兼容，其主要优势在于容易布署。NB-IoT可认为是NB-CIoT和NB-LTE的融合，优势如下：

♦中低低功耗、电池寿命也宣称10 年

♦中高速，100’s kbps

♦已有多家芯片供货商（Multi-vendor）

♦长距离

♦高速传输

（四） 无线充电讯号测试

针对无线充电（Wireless Charging）目前共有两大阵营，如下简介

1、Airfuel （A4WP、PMA）阵营

♦高通、三星、Duracell Powermat和英特尔、星巴克、Google和AT&T主导

♦6.78MHz磁共振技术标准

♦该频率与NFC/RFID的13.56MHz是整数倍的关系，两者之间会产生强烈的讯号干扰

♦磁共振方案的效率是85%，实测只有67%左右

♦Qi-WPC （无线电力联盟）阵营

♦诺基亚、HTC、LG、Sony、三星、高通，还有新加入的苹果

♦87~205KHz、300KHz电磁感应

♦充电效率80%，实测50%~60%

然而Airfuel工作频率会跟NFC产生干扰的现象，在实际应用上必须要将这个问题解决。WPC目前已有较多的产品导入，两种规范在未来都需要更进一步提升正常使用下的充电效率，未来全面导入无线充电是指日可待的。