スマートデバイスやマシンをセルラー接続で接続する市場機会は爆発的に拡大しています。過去数年間に起こったあらゆるイノベーションにもかかわらず、驚くべきことに、マシンツーマシン (M2M) は依然としてセルラー接続全体の2% しか占めていません。Machina Researchは、携帯電話技術は2011年末の1億4,600万台のデバイスから2022年末には26億台に増加すると指摘しています」1。現在、2Gは世界中のほとんどのインテリジェント システムやM2Mアプリケーションで使用される主要な携帯電話の選択肢となっています。2022年までに22％を占めることになります。2022年までに、より高帯域幅のアプリケーションに対する要件と将来を見据えた技術の需要により、3GとLong Term Evolution (LTE) が接続のほぼ90% を占めるようになるでしょう。
利用可能な携帯電話オプション
現在、グローバル移動通信システム (GSM) および符号分割多重接続 (CDMA) の展開には、これまで以上に多様なセルラー ソリューションが存在します。設計者には、セルラー モジュール ソリューションを選択する際に4つのオプションがあります。アプリケーションにどれを選択するかは、いくつかの要因によって決まります。
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チップセット
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モジュール
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組み込みモジュール
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ボックス製品
チップセット
チップセット セルラー モデムの設計は、通常、推定年間使用量 (EAU) が300K以上の非常に大規模なアプリケーション向けです。チップセット設計は、フットプリントが最も小さいソリューションと、部品表 (BOM) コストが最も低くなりますが、上記の4つのソリューションの中で、非反復エンジニアリング (NRE) コストとコンプライアンス テスト コストが最も高くなります。チップセット設計は、設計リスクが最も大きく、プロジェクト スケジュールが最も長く、通常はチップセット ベンダーからのライセンス要素があります。携帯電話設計に関する深い専門知識を持つ企業だけが、チップ レベルの設計に挑戦する必要があります。この分野での経験がほとんどまたはまったくないクライアントを支援するために、Arrowには、チップ レベル設計の専門家であり、チップ レベル設計の実装を成功に導く設計サービス パートナーがいます。モジュール
製品にセルラー接続を追加する最も一般的な方法の1つは、認定モジュールを使用することです。認定モジュールは、小さなフットプリントのソリューション、miniPCI-eなどの標準フットプリント、低いBOMコスト、および中程度のNREおよびコンプライアンス テスト コストを提供します。認定モジュールでは、設計リスクがチップ レベルの設計よりも低く、コンプライアンス テストがチップセット設計で必要なもののサブセットであるため、市場投入までの時間が一般的に短縮されます。認定モジュールの実装はチップセットよりも簡単ですが、電源とアンテナをモジュールに接続するだけというほど簡単ではありません。モジュール ソリューションを検討するときは、成功を確実にするために、技術サポートと徹底した設計ドキュメントを提供するモジュール ベンダーを選択してください。
認定モジュールのユーザーは、設計にセルラー モジュールを統合したら、最終製品に対してテストを実行する必要があります。モジュール サプライヤーが実行するテストの多くを活用できますが、それでも機器で最終製品のテストを実行する必要があります。
組み込みモジュール
組み込みモジュールは、組み込み製品にセルラー接続を追加するための簡略化された手段を提供します。組み込みモジュールは、アンテナまたは組み込みソリューションにアンテナを接続するためのコネクタを含む、完全準拠のセルラー ソリューションを提供します。組み込みモジュールのコストはモジュールよりも高くなりますが、ベンダーは設計リスクコンプライアンステストとキャリア認証をすべて実行しています。
多くの組み込みモジュールには標準的なフットプリントとインターフェースがあり、ユーザーはアプリケーションに応じてCDMAまたはGSMソリューションを選択できます。このオプションは、顧客にさまざまな携帯電話技術の選択肢を提供するための簡単で効果的な方法です。標準フットプリントの組み込みモジュールを選択すると、設計を「将来対応」することができ、最新のテクノロジーを製品に簡単かつシームレスに統合できるようになります。
組み込みモジュールは、設計リスクを最小限に抑えながら、市場投入までの時間を短縮できるため、製品を迅速に市場に投入するための魅力的な選択肢となります。組み込みモジュールを選択するときは、組み込みソリューションにどのモジュールが使用されているかを理解することが重要です。製品が成功し、コスト削減が保証される場合は、ソフトウェアおよびアプリケーションの開発コストを最小限に抑えるために、組み込みモジュール サプライヤーが使用するモジュールに移行する必要があります。サポートはサプライヤーによって大きく異なるため、優れたモジュール サポートを備えたソリューションを選択することを検討する必要があります。組み込みモジュール ソリューションでは、通常、OEMの中核となる能力を超える技術的な専門知識は必要ありません。
ボックス製品
ボックス製品のセルラー ソリューションは、セルラー ソリューションを実装するための市場投入までの時間が最も短くなります。ほとんどのボックス製品は、シリアル接続またはUSB接続を介して組み込みデバイスに接続できます。ボックス製品は、リストされている4つのソリューションの中で最もコストが高いソリューションですが、市場投入までの時間が最も短く、設計リスクが最も低いソリューションを提供します。ボックス製品を使用すると、概念実証を迅速に構築し、ハードウェアを稼働させて、設計サイクルの早い段階でアプリケーションの開発とテストを開始できる優れた方法になります。ボックス製品は、既存のハードウェアを改造するコストが高額または不可能な現場に導入されているレガシー ハードウェアを更新するのに最適です。多くの場合、ボックス製品内のソリューションは、ケースの有無にかかわらずサプライヤーによって提供されます。どちらを選択するかはアプリケーションによって異なります。
アプリケーションにはどのタイプのセルラー モジュールを選択すればよいですか?
セルラー モジュールの選択に最も影響を与えるのは、製品がどこで販売されるかを定義することです。次に、製品が提供される地域でサービス キャリア プランを取得できるかどうかが、モジュールの選択に影響します。
北米展開
o北米ではCDMAとGSMの両方の携帯電話サービスが提供されているため、CDMAと
グローバル展開
o GSMは、世界中の他の国々におけるグローバル標準です。したがって、もしあなたが
消費電力
oバッテリーで動作している場合、2Gモデムは、
データのアップロード/ダウンロード速度と遅延
oアプリケーションに応じて、
モジュール サイズ
o最終製品のサイズによってセルラー モジュールの選択が決まる場合があります。製品の設計
モジュール コスト
oモジュール コストは2つの方法で理解する必要があります。1つはデバイスの価格、そして2つ目は
モジュールフォームファクタ
o複数の技術を可能にするセルラーモデムのフォームファクタを選択する
携帯電話データプラン
oさらに、携帯電話に関連するデータプランのコストを理解する必要があります。
セルラーモデムを実行するには特別なプロセッサが必要ですか?
この質問に対する答えは「いいえ」です。追加のプロセッサが必要かどうかは、アプリケーションによって決まります。多くのセルラー モデム ソリューションはARM9などの高性能プロセッサ アーキテクチャに基づいているため、モジュールには追加のリソースが搭載されており、追加のプロセッサを必要とせずに単純なアプリケーションを処理できます。
セルラー モジュールとインターフェイスするにはどうすればよいですか?
最も一般的な2つのインターフェースは、シリアルのユニバーサル非同期レシーバートランシーバー (UART) とユニバーサルシリアルバス (USB) です。正確なインターフェースについてはデータシートを確認してください。
携帯電話データプラン
個人用携帯電話と同様に、すべての組み込み携帯デバイスにはサービス キャリア プランが必要です。設計者が最初に取り組まなければならない質問の1つは、「デバイスまたは製品は世界のどこで使用されるのか?」です。その答えによって、携帯電話モデムの選択とサービス キャリアの選択が決まります。米国で展開する場合は、CDMAまたはGSMがソリューションになりますが、世界の他の地域で運用する必要が生じた場合は、GSMが主なソリューションになります。
通常、組み込みデバイスにはデータのみのプランが必要ですが、場合によっては音声も必須となります。ニーズに合った適切なデータ プランを調査する際には、ニーズに合ったプランを作成するために次の情報が必要になります。
- 導入されたデバイスの数
- どの国でサービスが必要ですか
- 毎月消費されるデータ量 – 通常はキロバイトまたはメガバイトで測定されます
- SMSテキストメッセージが必要
- 静的IPアドレス
- カスタム アクセス ポイント名 (APN)
- プールされたデータプラン
携帯電話接続に関連するその他のコストは次のとおりです (ただし、これらに限定されません)。
- SIMカードの購入
- SIMアクティベーション
- 電子シリアル番号 (ESN) と (MEID) のアクティベーション
- 季節プランに関連する一時停止料金
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製造およびテスト用のテストSIM
デバイスを効果的に「管理」するには、複数のMNOおよびMVNO管理プラットフォームまたはポータルが必要になる場合があります。管理プラットフォームは、展開されているすべてのデバイスを表示および管理する手段を提供します。製品を世界のどこに展開しているかに応じて、専用のM2Mデバイス管理プラットフォームとSIMカードとともにすべてのデバイスを効果的に管理するために複数のプラットフォームが必要になる場合があることに注意することが重要です。業界ではこれが欠点であると認識されており、デバイス クラウド ネットワークなどの新しい革新的なプロバイダーにより、1つのプラットフォームを介してすべてのデバイスを管理および診断できるようになりました。
今日の管理プラットフォームの欠点を解決するために、DCNの革新的なプラットフォームは次の機能を提供します。
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プログラム可能な「ソフト」SIMカードは、ポリカーボネートソリューションまたは組み込みユニバーサル集積回路カード（eUICC）として提供されます。
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ワイヤレス接続のためのクラウドベースの大容量自動セルフプロビジョニング システム。
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デバイスおよびマシンの診断、管理、プログラミング、リモート制御のためのクラウドベースのプラットフォーム。
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ローカル接続が提供される国が増えています。
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多通貨、多言語の請求エンジン。
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すべて1つのSKUとして提供されます。
MNO、MVNO、MVNEの役割は何ですか?
携帯電話データ サービスを調達できる事業者には、モバイル ネットワーク オペレーター (MNO) とモバイル仮想ネットワーク オペレーター (MVNO) の2種類があります。
MNOは、エンド ユーザーへのサービスの販売と提供に必要なすべての要素を所有または管理する無線通信サービスのプロバイダーです。AT&T、Verizon、Sprint、T Mobileは、米国のMNOの例です。MNOは、自社ブランドで小売サービスを提供して収益を得るだけでなく、ネットワーク サービスへのアクセスをMVNOに卸売価格で販売することもできます。
MVNOは、無線スペクトルや無線ネットワーク インフラストラクチャを所有しない無線通信サービス プロバイダーです。MVNOは、独自の顧客サービスおよび課金サポート システム、マーケティングおよび営業担当者を使用することも、モバイル仮想ネットワーク イネーブラー (MVNE) のサービスを利用することもできます。
モバイル仮想ネットワーク イネーブラー (MVNE) は、MVNOにビジネス インフラストラクチャ ソリューションを提供する組織です。サービスには、課金、管理、運用、基地局サブシステムのサポート、運用サポート システム、バックエンド ネットワーク要素のプロビジョニングが含まれます。
MNOではなくMVNOを選択する理由
通常、MNOはMVNOよりも大きな機会を求めており、多くの場合、小規模な組み込みクライアントをサポートしない可能性があります。第二に、MVNOは多くの地域および世界規模の通信事業者と関係を築いています。これは、ローミングやグローバル サービスに関連する多くの問題がMVNOによって解決されているため重要です。彼らのサービスがなければ、地域ごと、国ごとに自分でキャリアとの関係を構築する必要があります。通常、MVNOは最大200以上の異なるキャリアと関係を持つ場合があります。
一般的に、MNOの方が料金は有利ですが、多くのサポートが必要な場合やOEMが小規模な場合は、サポートに遅延が発生する可能性があります。
2Gサンセット問題
2012年8月、AT&T社は、2016年末までに第2世代 (「2G」) ワイヤレス ネットワークをシャットダウンすると発表しました。シャットダウンは一度に行われるわけではなく、全国で散発的に行われ、2017年1月1日には2Gワイヤレス ネットワークは存在しなくなります。AT&Tは、自社のネットワーク上で展開する新しい2G GSMアプリケーションの認証を停止しました。顧客は、米国内で使用または販売するための新しい2G GSM M2M製品を開発できなくなります。AT&Tは、既存の認定済み2G GSMデバイスおよびアプリケーション向けの新しいSIMのプロビジョニングも停止しました。これは、顧客がAT&Tのネットワークを使用して、既存のM2Mアプリケーションのインストール ベースに2G GSMデバイスをさらに導入できないことを意味します。
非常に多くのGSM/GPRSデバイスが導入されているため、GSMの廃止は米国のM2M業界にとって大きな問題です。インストールされた接続でサービスを維持するために、2017年までに推定1,000万から1,200万台の2G GSMデバイスを交換するか、メンテナンスする必要があります。では、導入済みの製品を持つOEMにはどのような選択肢があるのでしょうか。
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同じ2G GSMデバイスを使用して別の2G GSMキャリアにサービスを変更する
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2G GSMデバイスを3G HSPAデバイスに置き換える
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2G GSMデバイスを2G CDMAデバイスに置き換える
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2G GSMデバイスを4G LTEデバイスに置き換える
言及する価値のある点として、この問題の2G終了は北米だけの問題です。M2Mデバイスのほとんどが2Gネットワーク上にあるヨーロッパでは、引き続き2Gネットワークを運用しています。
SIMカードとは何ですか?
GSM対応デバイスとCDMA対応デバイスのもう1つの違いはSIMカードです。GSMではSIMカードが使用されますが、CDMAでは通常使用されません。ただし、少し混乱を招くように、LTEの展開ではGSMとCDMAの両方でSIMカードが使用されます。SIMカードは、加入者のID、料金プラン データ、およびすべての連絡先やカレンダー情報などのその他のユーザー データを提供するオンボード メモリ デバイスとして機能します。CDMAは、電話帳やスケジュール情報などのユーザーのデータをオペレータのデータベースに保存します。
SIMカードには4つの基本的な選択肢があります: コンシューマーホワイトラベルSIMカード
o主に消費者向け製品やスマートフォンに使用されます。
強化された耐久性のあるプラスチックSIMカード
o過酷な産業環境や過度の振動でも動作するよう設計されています。
3FF SIM
o SIM規格の第3フォームファクタ（3FF）であり、
eUICC
o組み込みユニバーサル集積回路カード（eUICC）は、取り外し可能な
eUICC SIMは、SIMカードをホルダーから取り外すだけではデバイスから取り外すことができないため、従来のポリカーボネートSIMよりも安全です。遠隔地でのデバイスのセキュリティが懸念される場合、eUICCソリューションはSIMカードの盗難を減らす優れた方法です。
帯域幅と遅延
携帯電話データ プランを選択する際には、データ ペイロード、レイテンシ、およびデータ転送の要件の頻度を理解する必要があります。デバイスは例外のみを送信しますか、それとも常にステータスを通信しますか。アプリケーション、データ ペイロード、レイテンシはすべて、サービス キャリア プランのコストに影響を与える可能性があります。FOTA (Firmware over the Air) アップデートなどの例外は、全体的なデータ プランのニーズとコスト モデルの一部として理解する必要があることに留意してください。
組み込み展開ではSMSメッセージが使用されますか?
リモート サイト監視のもう1つのオプションは、SMSメッセージングを使用して、リモート ノードおよびデバイスからサービス担当者にアラーム通知を送信することです。組み込みセルラー モデムには、事前にプログラムされた技術者またはサービス担当者の電話番号にアラーム状態を通知する、事前にプログラムされたメッセージを送信するためのデジタル入力接続が含まれています。SMSメッセージは個別に課金することも、サービス キャリア プランの一部としてバンドルして課金することもできます。
ローミングとは何ですか?
ローミングとは、携帯電話の顧客が、別のネットワークを使用することで、ホーム ネットワークの地理的範囲外にいるときに、自動的にデータを送受信したり、他のサービスにアクセスしたりできる機能です。モビリティ管理、認証、課金手続きによって技術的にサポートされています。訪問先のネットワークがホーム ネットワークと同じ国にある場合、これは国内ローミングと呼ばれます。訪問したネットワークが自国外にある場合、これは国際ローミングまたはグローバル ローミングと呼ばれます。
グローバルまたは遠隔地で動作するM2M展開を容易にするには、いくつかの考慮事項を考慮する必要があります。M2Mローミングにおける主要な技術的課題には、「M2Mローミング者のID管理とセキュリティ、構成管理、サービス層、接続管理」が含まれます2。これに、サービス品質、コスト管理、SIMの複数のSKU、アプリケーション管理用のエクストラネットなどのビジネス上の課題が加わると、認証によって展開プロセスがすぐに圧倒される可能性があります。
Device Cloud Networksなどの企業は、グローバルな接続、デバイス管理、診断、課金、工場出荷時の1つのSKUを簡素化する有効なテクノロジーを提供することで、デバイスを管理するシンプルなエンドツーエンドのプロセスを通じて、M2Mデバイスのグローバル展開のためのシンプルで簡単な統合を提供します。
認定試験
最後に、コンプライアンス テストについて触れなければ、携帯電話に関する記事は完結しません。スマートデバイスとマシンを接続する市場機会が劇的に拡大し続けるにつれて、これらの製品をテストして認証する必要性が生じ、認証機関はプロセスを合理化してソリューション開発を可能にし、市場投入までの時間を短縮する必要に迫られています。コンプライアンス テストと規制テストは国によって異なりますが、すべての分野に必須の規制コンプライアンス テストが含まれており、OEMは製品を市場に提供する前にこのテストを実行して合格する必要があります。EMC/EMIテストの概要
無線モジュールを搭載した新しいデバイスが市場に急増するにつれ、そのような組み込み製品のOEMは、製品を国内および国際市場にリリースするために必要なコンプライアンスおよび規制テストに直面しています。GSM/UMTS、WLAN/Wi-Fi®、Bluetooth®、GPS、RFIDなどの無線モジュールは事前に認定されている場合もありますが、OEMデバイスに統合された後に再テストが必要になる場合がよくあります。製品に複数の無線が追加されるにつれて、テスト要件とシステム設計の理解がさらに複雑になります。米国では、すべての新しいデバイスは、FCCおよびIC規格に従って連邦通信委員会 (FCC) のテストに合格する必要があります。FCC認証プロセスでは、意図的および非意図的な放射および伝導放出が検査されます。
PTCRBテストとは何ですか?
PCSタイプ認証審査委員会 (PTCRB) のテストにより、セルラー ネットワークに接続するデバイスがネットワークに損害を与えないことが保証されます。北米で展開する製品の一部としてGMS/WCDMAセルラー モデムを統合するすべての企業は、PTCRBテストを実行して合格する必要があります。PTCRBは、サードパーティ認証を確立するために北米の通信事業者によって作成されました。これにより、ネットワーク通信事業者は、認証されたデバイスがメンバーによって確立された最低限の要件を満たしていることに自信を持つことができます。PTCRBは、PTCRBオペレータ ネットワーク上で動作するGSM/UMTSセルラー デバイスの製造業者に対するテストおよび認証プロセスを管理します。
事前認定済みのセルラーモジュールを使用していますか?
よくある質問は、「設計で事前認定されたモジュールを使用する場合、PTCRBテストを実行する必要がありますか?」です。簡単に答えると、イエスです。事前認証済みのモジュールをワイヤレス製品に統合するOEMは、最終生産フォーム ファクタの「最終製品」をPTCRB認定のテスト ラボに提出し、テストと認証を受ける必要があります。チップセット設計ではなく、事前認定済みのセルラー モジュールを使用すると、モジュールが最初に認定されたときにテスト ケースの大部分がすでに完了しているため、PTCRBテスト プロセスを高速化できます。
キャリアテスト
PTCRBの要件に加えて、北米の一部の事業者は独自の認証プロセスを要求しています。たとえば、AT&Tのネットワーク上で動作するように設計されたデバイスは、AT&Tネットワークに接続される前に、PTCRBテストに合格し、特定の全等方性感度 (TIS) および全放射電力 (TRP) 要件を満たす必要があります。AT&Tキャリアのテストを開始する前に、次のテストが正常に完了している必要があることに注意することが重要です。
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FCC認証
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PTCRB認証
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RFパフォーマンス/OTA
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CTIA IEEE 1725
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音声機能を備えたデバイスに関するすべての関連規制および安全認証、例：
E911と補聴器の互換性。
事前認証テストの利点
事前認証テストは、公式認証中に予期しない問題が発生するのを防ぐための費用対効果の高い方法です。事前スキャンにどのようなテストが含まれているかについては、認定ラボにお問い合わせください。提供されるスキャン前テストに含まれるテストには、放射スプリアス放出 (RSE) やOTAテストなどがあります。事前スキャンは、システムのパフォーマンスとコンプライアンスに関する公式レポートではありません。むしろ、公式の認定プロセスを開始する前に、合格するという高い信頼性を提供します。 事前テストは問題を早期に発見するための費用対効果の高い方法であり、公式認証プロセス中に障害が発生した場合でも、コストのかかる再設計、遅延、再テストを行うことなく問題を修正する時間があります。事前スキャンに失敗した場合、Arrowは、こうした問題の解決を専門とするサードパーティの設計サービス パートナーを通じてサポートを提供できます。
PTCRBおよびFCCテストには通常どのくらいの時間がかかりますか?
最善の答えは、テストラボに直接問い合わせることです。PTCRBおよびFCCテストとすべての文書は4 ～ 6週間で完了します。夏季は、休暇中に販売される多くの消費者向け製品が承認のためにラボに持ち込まれるため、ラボにとっては通常忙しい時期です。
認証プロセスに関するArrow Electronicsからのガイダンス
Arrow Electronicsには、プロセス全体を通してお客様をサポートできる知識と経験豊富な専門家がいます。Arrowは、製品の設計、統合、テストを通じてクライアントを支援するエンジニアリング サポートと設計サービスも提供しています。
Arrowマシンツーマシンソリューション
Arrow Intelligent Systemsのワイヤレスに関する専門知識、世界クラスのサプライヤーからの幅広い製品ラインナップ、比類のないM2Mエンジニアリング サポート、包括的なサービス、定評のあるサプライ チェーン管理機能は、コンセプトから生産まで、設計サイクルの各ステップでお客様をサポートし、効率を最大化し、市場投入までのプロセスを合理化します。