物联网5C测试
应用指南
测试物联网的五个 C 应对复杂挑战的解决方案
物联网带来了许多激动人心、盈利可期的商机。通过遵循物联网的 5C 框架，产品开发团队能够提高成功的概率。
物联网正在各种应用中飞速发展
物联网（IoT）的发展非常迅速，每天都有几百万甚至几千万新器件投入使用。大多数物联网器件使用一种或多种无线协议，此外物联网器件（尤其是边缘器件）通常采用价格便宜的小型电池供电。由于物联网的增长速度非常快，服务的垂直市场非常多（例如智慧城市、智慧车辆、智慧工厂、智慧农业、医疗保健物联网等），许多企业都在对现有产品做出调整，以期更好地服务于物联网应用。同时，他们也在开发新产品，解决过去不实用或成本过高的问题。
应用示例
除了带来可观的经济收益之外，很多组织还看到了物联网具有的潜力——它可以收集和分析更庞大的数据，从而在问题失控之前发现并解决问题，让人们高枕无忧。以智能水表为例。如果地下管道漏水，智能水表会检测到特定家庭或企业的用水量突然增加，然后通知业主过去 30 分钟内他们的用水量达到了平常最大日用水量的（譬如说）10 倍。客户因此有机会在发生大面积淹水之前关闭水闸并迅速调查问题原因。另一个例子是能够跟踪卡车实际位置的智能物流应用软件。我们可以轻松想象使用路线管理应用软件的情境，一旦卡车发生意外绕道，该软件会向运输公司发出警报。驾驶员可能有充分的理由绕道行驶（例如，避开交通事故现场），但卡车也有可能被劫持。物联网应用软件至少可以给人们提供调查的机会。最后一个例子是物联网可以帮助老年人更好地独立生活。物联网器件可以监测各种健康参数，检测是否有人跌倒并支持迅速呼救，从而降低脆弱人群面临的风险。
与其他新技术一样，物联网要迅速进入市场并持久满足客户需求，必须克服很多技术问题。这些问题有很多，但通常分为五类，称为“物联网的 5C”。这 5C 包括 ：
- 连通性
- 持续性
- 一致性
- 共存性
- 网络安全
每一个问题都很重要，并且在设计、实现、验证和测试等方面面临着各自的挑战。在学校考试中，一般 80 分就算是不错的成绩了，而在物联网的这五个 C 中，只要有一个 C 不达标就可能让器件无法实现商业上的成功，甚至会完全破坏物联网项目的经济可行性。请继续阅读下文，了解如何最大程度地降低风险，同时尽可能地提高器件和应用在物联网中的成功率。
连通性
物联网覆盖多个垂直应用领域，包括智慧城市、互联车辆、智慧农业、智能家居、智慧电网、智慧环境、可穿戴器件、工业和科学应用以及医疗保健物联网。尽管这些应用领域有着明显的差异，但它们都依赖各种形式的无线通信技术，譬如近场通信、个域网，以及远程广域网等等。
挑战
要确保可靠的无线连通性，需要解决几大问题。例如，与日新月异的无线技术保持同步一直以来就是一大难题。两年前为您的应用打造的最佳解决方案现在可能已经落伍。即便它还是最佳解决方案，但从您第一次实施这个方案以来，标准本身很可能已经进一步演进，您的器件也需要跟着升级。
另外一个挑战是缩短射频通信的开发周期。为了抓住早期采用者这个市场窗口，在产品生命周期中利润最高的时期抢占市场，产品团队必须迅速行动，验证其器件通信子系统的性能。一个相对较新的挑战是，任务关键型应用开始越来越多地采用无线物联网器件。因此，能够可靠地快速建立并保持稳定连接（即使在漫游期间），就变得越发重要。最后，产品团队一直希望降低制造测试成本，同时提高并确保产品的制造质量。
解决方案
无线器件的制造测试方法有很多，包括简单的黄金无线测试和使用综合测试仪的全面测试。黄金无线测试仪可以验证基本功能，但不一定能够检测出可能导致器件在实际使用中发生故障的制造缺陷。另一方面，全面的参数测试虽然非常测试得非常彻底，但整个过程不仅耗时，成本还很高。Keysight X8711A 物联网器件功能测试解决方案（图 1）提供了比黄金无线测试更多的功能，而成本却远远低于全面的参数测试。除了通过与器件通信来验证基本功能性能外，它还可以测量发射功率、广播间隔和误包率。通过报告这些关键参数，它可以识别出黄金无线方法可能会遗漏的制造缺陷。
虽然进行适当的制造测试很重要，但我们不能仅依靠制造测试来确保通信的稳健性。例如，Wi-Fi 测试开发过程应当仿真部署情况并在整个项目阶段优化器件性能。这一过程包括以下内容 ：
- 旨在仿真被测器件与接入点（AP）之间不同距离的距离测试
- 对被测器件接收机和发射机的射频电平分析
- 仿真接入点之间的漫游和切换
- 旨在仿真繁忙环境的生态系统测试
- 旨在验证互操作性的高级分析
- 旨在表征器件在不同类型流量下性能的吞吐量测试
Keysight Ixia 物联网解决方案（图 2）提供所有这些功能以及其他功能。它还具有自动化功能，可以加速完成测试，这对于产品开发过程至关重要。它允许用户在实验室环境中重现“实际”部署场景，从而借助高级分析功能快速找到导致问题的根本原因。
持续性
大多数物联网器件（特别是边缘器件）均采用电池供电。因此，客户更青睐续航时间更长的电池，在某些应用中，续航时间长的电池是决定项目经济可行性的关键。在医疗保健物联网和应急应用中，长电池续航时间可以挽救生命。
挑战
器件采用电池供电已经有一个多世纪的历史，但是能够测量手电筒或晶体管收音机功耗的工具却完全不适合测试物联网器件。典型的物联网器件大部分时间都处于休眠或睡眠模式，非常不活跃。器件只消耗刚刚足够的电力来保持几分钟或几小时的“工作”状态，在这段时间，器件会醒过来进行测量，然后重新回到睡眠状态。取决于应用的特性，器件还可能将数据传输到网关、路由器或基站，也可能等待一段时间然后一次性传输多次测量的结果，从而节省信号交换和数据传输所消耗的电池电量。
因此，物联网器件的电流波形变化非常大，从睡眠状态下的几微安迅速转变为工作状态下的几百毫安，然后再快速返回到睡眠状态。这种情况带来了几个关键挑战。
- 工程师必须能够精确测量非常小的电流。
- 工程师必须能够测量电流波形的整个动态范围，在量程发生变化时不会出现毛刺。
- 工程师必须能够查看波形，以便找出正常和异常的功耗特性。
- 工程师必须能够确定不同事件的功耗，从而了解不同硬件、器件配置和固化软件编程决策的意义。
解决方案
数字万用表（DMM）是一款比较常用的工具，价格也不贵，适用于精确测量小电流。有些数字万用表还提供出色的显示功能。数字万用表的动态范围和测量带宽通常不适合测量物联网器件电流波形中的快速瞬态。配有源表模块（SMU）的直流电源分析仪不仅带宽比数字万用表更宽，而且还提供更强大的显示功能。
SMU（如 N6781A）还具有无缝量程功能，也就是说，它对电流波形的低端和高端都可以进行测量，不会出现量程变化通常可能带来的毛刺。使用直流电源分析仪的事件功率分析解决方案可以为工程师提供必要的数值和图形测量结果，帮助他们进行分析并做出正确的产品开发决策。工程师可以结合使用直流电源分析仪、射频事件检测器和分析软件，快速了解各种操作事件的功耗。例如，Keysight X8712A 电池续航时间优化解决方案可以将电池功耗与射频和直流子电路事件关联起来，从而优化电池续航时间（图 3）。
请下载此文档以了解更多信息。