Explorando os cinco principais desafios da IoT por meio dos 5 Cs - Parte 2

Sook Hua Wong da Keysight Technologies, Inc
Na parte 1 do blog, discutimos sobre um dos cinco principais desafios por meio dos 5Cs. Na segunda parte do blog iremos discutir sobre continuidade, conformidade, coexistência e segurança cibernética.

2. Continuidade

A continuidade consiste em garantir e estender a vida útil da bateria do dispositivo. A vida da bateria é uma das considerações mais importantes para dispositivos IoT. A longa duração da bateria é uma grande vantagem competitiva em dispositivos IoT de consumidor. Para dispositivos IoT industriais, uma vida útil da bateria de cinco ou dez anos é a expectativa comum. Para dispositivos médicos, como marca-passos, a vida do dispositivo pode significar a diferença entre a vida e a morte. A falha da bateria não é uma opção.

Para atender a esse requisito de longa duração da bateria, os designers de circuito integrado (IC) precisam projetar ICs com modos de hibernação profunda que consumam muito pouca corrente, reduzam a velocidade do clock e os conjuntos de instruções, bem como implementem voltagens baixas da bateria. Do ponto de vista da comunicação sem fio, os grupos padrão também estão definindo novos modos de operação de baixo consumo de energia, como NB-IoT, LTE-M, LoRa, Sigfox, que oferecem tempo de operação ativo limitado, enquanto mantém o baixo consumo de energia. Os designers de produto que integram componentes de sensoriamento, processamento, controle e comunicação no produto final, devem saber como os periféricos se comportam e consomem energia, e otimizar o firmware e software do produto para simplificar a operação e reduzir o consumo de energia. Todas essas atividades requerem ferramentas de medição capazes que podem oferecer insights profundos sobre os comportamentos de consumo de corrente do dispositivo.

3. Conformidade

Conformidade significa garantir que seus dispositivos IoT cumpram os padrões de rádio e os requisitos regulatórios globais antes de entrar no mercado. Existem duas categorias principais de testes de conformidade:testes de conformidade com os padrões de rádio e de aceitação da operadora, e testes de conformidade regulamentar, como testes de RF, EMC e SAR. Os engenheiros de projeto frequentemente se esforçam para cumprir o cronograma apertado de introdução do produto e garantir uma penetração suave no mercado global ao mesmo tempo em que cumprem as regulamentações mais recentes. Atualizações frequentes dos regulamentos também aumentam a complexidade. A Figura 3 mostra os exemplos de requisitos de teste de conformidade e conformidade.

Figura 3:Requisitos de teste de conformidade e conformidade de dispositivos IoT.

Para reduzir o risco de falha durante o teste de conformidade e para cumprir o cronograma de lançamento do produto, os designers podem considerar investir em soluções de teste de pré-conformidade internas para que o teste possa ser realizado em cada estágio do design para corrigir problemas no início da fase de design. A escolha do sistema de teste de pré-conformidade que é adaptado do sistema de teste de conformidade do laboratório de teste também pode ajudar a garantir a correlação de medição e reduzir o risco de falhas. O teste de conformidade é complexo e demorado. Pode levar até hoje ou semanas para ser concluído se executado manualmente. A escolha de um sistema de teste automatizado pode ajudar a economizar tempo de teste e permitir um tempo de colocação no mercado mais rápido.

4. Coexistência

A coexistência refere-se à capacidade do dispositivo sem fio de operar de maneira confiável na presença de outros sinais interferentes. Com bilhões de aparelhos lançados no mercado, o congestionamento nas emissoras de rádio é um problema que só piora a cada dia. Para lidar com o congestionamento sem fio, os organismos padrão desenvolveram metodologias de teste para avaliar as operações do dispositivo na presença de outros sinais. Por exemplo, em Bluetooth®, salto de frequência adaptável (AFH) permite um Bluetooth canais de descarte de dispositivos que experimentam altas colisões de dados (figura 4). Existem também outras técnicas de prevenção de colisão, como ouvir antes de falar (LBT) e prevenção de colisão cooperativa (CCA) para melhorar a eficácia da transmissão. A eficácia em um ambiente de sinal misto é desconhecida. Quando os formatos de rádio não detectam uns aos outros, ocorrerão colisões e perda de dados.

Figura 4:Dispositivo Bluetooth ignora o canal WiFi 6 para evitar interferência com o sinal WiFi.

Para aplicativos de consumo, atrasos ou pausas em fones de ouvido sem fio ou wearables são irritantes, mas aceitáveis. Um sensor industrial que bloqueia o sinal de controle ou uma bomba de infusão que pára de funcionar devido a um sinal de interferência circundante pode ter consequências terríveis. Portanto, é essencial realizar testes de coexistência para medir e avaliar como seu dispositivo funcionará em um ambiente de sinais lotados e mistos. IEEE fornece alguma orientação no ANSI C63.27 (American National Standard for Evaluation of WirelessCoexistence) sobre as principais considerações para testes de coexistência que incluem processos de avaliação, configurações de teste e níveis de teste baseados em risco. Os fabricantes de dispositivos são altamente recomendados para avaliar o risco potencial de manter o desempenho sem fio funcional do dispositivo na presença de sinais indesejados encontrados no mesmo ambiente operacional.

5. Cibersegurança

Com o aumento da implantação de IoT em aplicativos de missão crítica, a necessidade de proteção de segurança cibernética está se tornando ainda mais importante. Embora os ataques cibernéticos possam acontecer em muitas camadas - desde o nível do dispositivo até a rede de comunicação, nuvem ou aplicativos, a maioria das ferramentas de proteção de segurança tradicionais se concentra na proteção da rede e da nuvem. As vulnerabilidades de ponto final e over-the-air são freqüentemente esquecidas. Formatos como Bluetooth e WLAN são tecnologias maduras e comumente usadas em muitas aplicações. No entanto, pouco foi feito para lidar com as vulnerabilidades aéreas. A complexidade desses protocolos sem fio se traduz em armadilhas potenciais desconhecidas nas implementações de rádio do dispositivo que permitem que os hackers acessem ou assumam o controle do dispositivo.

De acordo com o IDC, 70% das violações de segurança se originam de pontos finais [1]. Cuidado extra deve ser tomado para proteger esses dispositivos IoT. As vulnerabilidades aéreas e o ponto potencial de entradas nos dispositivos IoT devem ser identificados. O dispositivo deve ser testado usando um banco de dados de ameaças / ataques remotos conhecidos para monitorar a resposta do dispositivo e detectar anomalias. O banco de dados deve ser atualizado regularmente para proteger o dispositivo contra as ameaças mais recentes.

Construir uma base sólida por meio dos 5Cs da IoT abre portas para novas aplicações e oportunidades empolgantes para muitos setores. Mas também traz desafios sem precedentes que exigem pensar em novas maneiras de atender aos requisitos de missão crítica. Entregar uma implementação de IoT bem-sucedida exige que designers e engenheiros superem os desafios técnicos nos 5Cs de IoT. Ter uma compreensão profunda desses desafios técnicos e saber quais são as principais considerações de design e teste construirá uma base sólida para implementação e implantação em todo o ecossistema de IoT. As ferramentas certas de projeto, validação, teste de conformidade e manufatura em todo o ciclo de vida do produto ajudarão a garantir que a IoT cumpra suas promessas.

O autor é Sook Hua Wong, gerente geral de soluções de medição de eletrônicos da Keysight Technologies, Inc.

Sobre o autor

Sook Hua é um gerente de segmento de indústria da Keysight Technologies, residente em Penang, Malásia. Ela é a planejadora de soluções estratégicas responsável pela expansão do portfólio de soluções da KeysightInternet-of-Things (IoT) e pelo planejamento do programa de marketing para impulsionar o crescimento no segmento eletrônico geral da KeysightTechnologies.

Antes dessa função, ela foi a planejadora de produto responsável pelo planejamento estratégico e desenvolvimento de portfólio de produtos para sensor e medidor de potência de RF / microondas.

Ela recebeu seu diploma de bacharel em engenharia elétrica pela University of Technologies Malaysia (1999) e mestrado em engenharia de projeto de sistemas eletrônicos pela University of Science Malaysia (2003). Ela passou 20 anos na Keysight Technologies com os últimos 15 anos na equipe General Electronics Measurement Solution (GEMS) em várias funções, incluindo fabricação, desenvolvimento de produto, suporte de vendas, marketing de produto e planejadora de produto.