TestSelv dine IoT-enheder

Markedet indenfor IoT er i rivende udvikling, og mange producenter har behov for at teste deres IoT-løsninger undervejs i produktudviklingsforløbet for at sikre, at produkterne også kan fungere i 'real life'.

Når der tales om IoT, er det nemt at tale om alle de nye features, der skal implementeres med automatisk vedligehold, prediktiv maintenance, over-the-air firmware og machine learning til Big data. Udfordringen er blot, at det med at sikre funktionaliteten ofte bliver glemt. I denne artikel vil vi beskrive et par af de tests, der kan udføres i IoT & Wireless Klubbens TestSelv-faciliteter, og hvorfor vi laver dem.

IoT-enheder er ofte trådløse, og meget af funktionaliteten er afhængig af den trådløse forbindelse, og den er direkte afhængig af antennes udstråling. Desværre kan de fleste ikke teste denne udstråling derhjemme, fordi det kræver dyrt udstyr. Derfor har vi stillet denne facilitet til rådighed for klubbens medlemmer, så de hurtigt kan opsætte en trådløse enhed i TestSelv-faciliteten og måle udstrålingen.

Denne udstråling måles normalt i dBm og er en dB-skala, som er relativ til 1 mW. Det vil sige, at 1 mW sendestyrke svarer til 0 dBm. 0,1 mW svarer til -10 dBm, og 0,01 mW svarer til -20 dBm. På en nyligt testet radio baseret på nrf24-designet blev udstrålingsdiagrammet på Figur 1 målt, fordi enheden havde dårlig rækkevidde. Her ses, at udstrålingen fra 30 over 0 til 240 grader ”kun” har tabt 3 dB – altså ca. halvdelen af effekten. I den anden halvcirkel er der til gengæld mistet ca. 10 dB, hvilket svarer til 90 % af effekten.

Desværre er sådanne resultater ikke unormale. For nyligt blev en trådløs enhed målt med en gennemsnitlig dæmpning på 20 dB. Udfordringen er, at et veldesignet modul har lige omkring 0 dBm udstrålet effekt for denne teknologi, men det fremgår ikke af databladet, fordi så få kan måle det. Endnu værre er det, at de fleste virksomheder først bliver opmærksomme på, at de har fået dårlige moduler, når der kommer klager over dårlig rækkevidde fra kunderne.

Men hvorfor er det vigtigt at måle den udstrålede effekt? Fordi det kan forringe dækningen. Derfor har fx også SigFox krav om, at man certificerer moduler fremstillet til deres teknologi, og det indebærer bl.a., at man tester sendeeffekt.

På figur 2 ses seneste dækningskort for Sigfox-dækningen udrullet af IoT Denmark. Den viser, hvor god dækning der er udendørs (med blåt) ved modemmer, der har bestået certificeringskravene. Samtidig ses med grønt den dækning, der er ved en forringelse på 20 dB. Det vil sige enten ved, at man er indendørs i en almindelig bolig eller udendørs med en dårligt implementeret antenne. Forskellen er, at man går fra en 98 % geografisk dækning til en 83 % demografisk dækning af Danmark, og effekten er langt mere drastisk på andre teknologier. Fordelen ved TestSelv er, at man kan pre-kvalificere sine enheder, inden de skal til certificering hos SigFox.

En anden effekt af en dårlig antenne er en forringet hastighed på den trådløse overførsel. Bluetest har lavet en whitepaper, der viser, hvor meget mobiltelefoners transmissionshastighed forringes, når man påsætter et cover. Her (se figur 3) kan man for det første se, at et metalcover reducerer sendeeffekten med 20 dB, men også at det reducerer hastigheden fra 2000 kilobit per sekund til ca. 150 kilobit per sekund ved et referenceniveau på -75 dBm modtaget effekt.

I eksemplet kan man desuden se, at effekten af at bruge plastikcover i stedet for metalcover er væsentligt mindre, men stadig tilstede. Det er et scenarie, som svarer til at inkludere et radiomodul i ens produkt, hvor man altså risikerer at se væsentligt forringet sendestyrke.

At det giver værdi for en virksomhed, kan fx ses på, at Danfoss bruger det aktivt i udviklingen. Ved at bruge TestSelv-faciliteterne opnår Danfoss mere aktiv deltagelse i testforløbet og derved mere effektivitet. Skulle der opstå problemer, eller har man brug for at få afklaret spørgsmål undervejs i TestSelv-forløbet, står eksperter klar til at hjælpe, ligesom faciliteterne giver god fleksibilitet for virksomhederne, som kan udføre testene, når det passer i deres projektforløb. Desuden er TestSelv en god måde at holde prisen på test og testudstyr nede, fremhæver Jesper Bruhn Hansen og peger på, at det kan være en god idé at være med i EMC Klubben eller IoT & Wireless Klubben, hvor man får adgang til brugbar grundviden.

Netop en fælles grundviden er essentiel for, at Danmark går forrest i IoT. Derfor deltager DELTA, som er en del af FORCE Technology, aktivt i den internationale standardisering i bl.a. ISO/IEC 30141 IoT referencearkitektur samt internationale regulatoriske standarder for regulatoriske krav til EMC og radioparametre gennem ETSI og REDCA. Al denne viden sammen med træning i brug af faciliteter og vidensdeling med centrale aktører i Danmark foregår på 8 heldagsmøder årligt, som alle afholdes både i Århus og Hørsholm. Derved sikres det, at vi kan snakke samme sprog og skabe en fælles forståelse for, hvordan man skaber innovative og robuste IoT-produkter.

IoT & Wireless Klubben

IoT & Wireless Klubben består af mere end 40 virksomheder og bliver derfor set af flere som vigtig for udviklingen af hardware i Danmark. Derfor har Rohde & Schwarz også valgt at stille deres helt nye kommunikationstester CMW290 til rådighed i klubbens TestSelv-faciliteter. Med denne kan man teste bl.a. GSM, GPRS, LTE, LTE-Advanced, LTE Cat 0 og 1, GPS, BlueTooth, WiFi og mange flere. Desuden også Narrow-band IoT så snart denne specifikation er færdig (3GPP Release 13). Samtidigt kan man måle strømforbruget for enhederne som funktion af kommunikationen. Bluetest fra Sverige stiller også udstyr til rådighed. Her er det et reverberationkammer til test af udstråling. Dette udvider hermed de eksisterende faciliteter til at kunne måle total udstrålet effekt, total modtaget effekt og datarate som funktion af linkdæmpning. Dette kammer blev bl.a. benyttet til at lave kurverne i Figur 2. Til slut skal der arbejdes på også at skabe virtuelle testmiljøer, så der kan testes i IoT-økosystemet. Det vil sige, at man tager højde for, at ens enhed skal forbindes til en server, og at dataene skal indgå som en del af et større system, men også at der kommer risiko for hacking og at dette naturligvis også skal testes.

Alle TestSelv-faciliteter kommer derved op på en samlet værdi af 7,5 MDKK og kan således spare medlemmerne for kraftige investeringer. Samtidigt hjælper det Nordic IoT-centre på DELTA til at levere teknisk infrastruktur til Danmark – en GTS-forpligtelse som vi opfylder med glæde.