浅谈物联网终端设备的检测

[余丹 孙震 丁明玲]

1 引言

ITU对于物联网的定义和描述是“信息社会全球基础设施（通过物理和虚拟手段）将基于现有和正在出现的、信息互操作和通信技术的物质相互连接，以提供先进的服务。”

百度百科中对于物联网的定义，可能更多地为人们所熟悉：物联网，Internet of Things，也就是万物相连的互联网，它将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。

物联网通过传感设备、射频识别技术、定位系统等多种技术或装置，采集接入网络的不同终端设备的各种信息，经网络传输至相关平台，通过对数据的处理及应用开发，实现物与物互通，以及人与物之间的管理和控制。作为物联网的组成基石，物联网终端设备承担着数据信息的获取及提供，网络接入等重要功能，在投入使用前，有必要检测终端设备能否实现这些功能以及实现程度如何，但同时物联网终端种类繁杂、数目众多，检测工作量非常大。因此，确定物联网终端设备的核心能力要素，是物联网终端设备检测工作中的重要起始环节。

2 物联网架构

随着物联网的发展及应用，物联网从架构上可分为四层：感知层、网络层、平台层、应用层。具体如图1所示。

图1 物联网分层架构

感知层通过在物联网终端上增加装置，利用相关技术，采集设备相关数据信息，包括识别设备、设备定位、设备环境信息等。感知层的另一项重要功能，则是发送信息数据到网络层。

由互联网、通信网络等构建的网络层，承担着设备接入、传输采集信息，并将数据信息上传到平台层的工作。

平台层负责数据存储、处理等工作，根据建设及应用主体的不同，平台还可分为公共平台和专有平台，专有平台为某企业或某行业提供服务，数据及应用仅适用该企业或行业。公共平台采集愿意接入的终端设备信息，在一定范围内，为各种应用开发提供基础数据信息、能力调用，以及运营能力。

应用层对采集的信息进行进一步处理，实现人对物的管理和控制，对应不同的平台类型，实现某企业或某行业的专业应用，或跨企业、跨行业的泛应用。

3 物联网终端设备检测

3.1 泛终端检测

物联网终端数量多，行业跨度大，对于电信运营商来说，更多地关注物联网终端与通信网络等相关的通用能力，例如终端的网络接入、信息收发、维护管理等。本文将这类物联网终端检测称为泛终端检测，泛终端检测特点是主要检测通用能力，与应用相关的差异化功能或其他能力均属于可选检测项。

3.2 终端的主要功能

感知层的主要功能是识别物体、采集信息，物联网终端设备正是组成感知层的基本单元。物联网终端设备利用传感器、摄像头、智能设备、RFID、二维码等装置或技术，来实现对物体的识别、信息获取和采集。

接入网络层，发送采集信息是感知层的另一项重要功能。要实现万物互连，就必须让万物具备与外界通信的能力，物联网终端设备不仅可获取、采集数据，而且能够将信息数据传送出去。简单的物联网终端逻辑结构，以及对应的逻辑功能，如图2所示。

图2 物联网终端逻辑结构功能示意图

相应地，物联网终端一般会包含采集/识别模块、通信模块、能源供应模块3个部分，部分具备处理及管理能力的物联网终端还会配置处理模块、存储模块、维护管理模块等功能模块。图3所示为物联网终端主要模块的功能分解，其中：采集/识别模块，通过传感设备、识读器等采集获取预期数据信息；通信模块，物联网中大多指无线通信模块，提供对外通讯接口，遵循通信协议，向平台发送所采集/识别信息，也可以接收由平台发送过来的指令。能源供应模块，为物联网终端正常工作提供所需能量，可以是电池或外接电源。

图3 物联网终端主要模块功能分解

终端的采集/识别模块实现的功能以最终应用为目标，所提供的能力是非通用能力，在泛终端检测中，可以无需检测。而通信模块、能源供应模块所提供的能力是通用能力，在物联网泛终端检测工作中需要重点关注。

目前，运营商级的物联网网络主要有NBIoT和LTE。物联网终端根据应用特点对于网络的需求在速率、移动性和覆盖等方面存在较大差异。环境监测、智能水表、智能燃气表等终端一般无移动需求，数据量极少，以上行数据为主，对于数据的实时性要求不高。但数量庞大，散落分布，部分终端使用电池。这类终端有着低功耗、低速率、高时延的特点，适合采用NBIoT网络。而车载终端视频、视频监控终端等除了有速率、时延要求，还会有视频传送、语音通话等方面的功能要求，这类物联网终端适合采用LTE网络。

3.3 终端的通用核心能力检测建议

由物联网终端的主要功能可知，终端的通用核心能力主要包括通信和能量供应两方面，对应的终端能力指标应包括通信功能、通信性能、射频性能、功耗、维护功能等。具体内容如表1所示。

从表1可知，在通信功能检测方面，NBIoT物联网终端的检测内容会比4G物联网终端检测内容要多一些，这是因为NBIoT网络从信令、功能上都为适应物联网终端而做了专有的设计，例如减少信令开销、获得更长待机时间的PSM和eDRX功能等。

接入NBIoT的物联网终端，NBIoT的网络特性决定了它接入网络时的“尽力而为”，以及待机状态时的“省力而为”。对于这类终端，会注重这些能力的检测。通信功能方面，NBIoT物联网终端强调不锁频，要求终端的尽量接入可用网络。PSM作为NBIoT的重要省电技术之一，也会重点检测：终端无业务且在T3324计时器超时后，应能进入PSM状态，当终端需要上报业务时，应能离开PSM状态。同时，由于物联网终端数量浩繁，根据需要还可以增加平台层对终端的接入离散控制和业务离散控制的检测，避免同时接入或启动业务给平台层带来的冲击。

通信性能测试主要关注可进入业务通信的最小电平、与参考终端射频测试数据的对比、容错检测等性能指标。NBIoT终端会更关心信号弱时、上电或PSM状态时当前小区信号消失与恢复等异常情况下，终端仍能正常通信、发送业务的能力。对于4G物联网终端，如果提供语音通信或视频图像时，可以选择增加检测终端的语音质量和视频质量。

在应用集成前，物联网终端厂商采用的通信模组必须通过行业合格检验，但不排除物联网终端厂商搭建的外围接口对通信模组的射频性能有影响，因此，在对物联网终端进行检测时，也会挑选部分射频性能指标进行检测，例如，接收机的参考灵敏度，发射机的误差矢量幅度（EVM）等。

功耗检测是在物联网终端使用电池供电时进行检测，由于物联网终端散落分布，频繁更换电池是不现实，高成本的，因此功耗检测是非常有必要的。

维护功能检测是可选的检测项，但对于节点级的终端还是有必要的，除了升级、配置参数外，还可以通过状态数据的上报，了解终端运行情况，便于设备投入运营后的维护管理。

4 结束语

接入网络、收发信息是实现万物可连的基础，也是物联网终端的核心功能。本文通过分解物联网终端的主要模块及对应功能，针对接入运营商级物联网网络的海量物联网终端，提出物联网终端设备的通用核心能力，为物联网终端设备检测工作提供参考，化繁为简，推进检测工作的开展。对于非核心能力或特殊功能，可以根据需求，结合终端类型、应用场景等增加测试项。