IoT產品驗證新趨勢:無線Heat Map場域分析

在物聯網時代,所有裝置幾乎都將透過無線技術連接上網。然而,無線環境宛如無形高速公路,頻道、頻寬相當有限,物聯產品的無線功能驗證方式,與過去已有非常大差異,本篇文章將從常見的無線連接問題談起,透過實境場域的熱區圖(Heat Map)連線分析,為各位介紹物聯網時代的無線驗證趨勢。

未來物聯網、智慧家庭產品將會越來越多,所使用的無線頻段越來越擁擠,消費者將會更不能接受無線品質差的使用體驗。無線技術應用已逾二十年,大多數用戶早已熟悉Wi-Fi、Bluetooth等等應用技術,但仍有一些常見的連線問題,卻將是最直接影響產品品質與實際消費者體驗的關鍵:

  1. 無線訊號不穩定
    產品與產品、無線基地台之間,距離的遠近、傳輸路徑上經過的材質,會影響無線網路傳輸訊號的強弱,也就直接造成無線傳輸效能上的差異。舉一個家中常見的例子,當手機連接家中無線網路的時候,坐在家中客廳還連得上,但把手機帶進臥室或其他房間,隔了道水泥牆,瞬間從滿格變成訊號微弱。
  2. 狀態顯示已連線,但網路超慢延遲高
    這也是很常見的無線連線問題,明明就顯示已連線、與AP訊號連線滿格,但網路速度就是慢、延遲高,有時甚至等同於無法操作。這類型問題常常發生在同頻段的同頻干擾,或是其他無線技術的訊號干擾。
  3. 「無線漫遊」有連線卻無作用

當使用範圍比較廣的時候,往往會需要擴展無線網路的覆蓋範圍。然而,無線漫遊(Wireless Roaming)在不同AP切換之間,仍然會有短暫斷線的時間差,而這時間差就會有無法重連、程式作用中斷的可能。像是掃地機器人在家中打掃,走到另一個空間,在A位置還能被操控,走到B雖然裝置顯示有連線,卻什麼指令都傳不出去,得再重新連接才能上網。

「無線網路」與「IoT產品」、「使用場域」之間息息相關、密不可分;未來智慧家庭的面貌,從攝影機,到插座、燈光、甚至是煙霧偵測器等等,所有的裝置,都得透過無線技術連上網路。如果因為剛剛那些問題,而影響使用者體驗,嚴重者甚至可能造成生命財產損失,對消費者、產品及品牌,都會是傷害。

圖說:未來智慧家庭應用眾多,網路連線是物聯串接的重要關鍵。

百佳泰在無線網路領域深耕十多年,更是許多無線(Wi-Fi、Bluetooth)及物聯網技術(LoRa、OCF)協會所指定的認證測試實驗室,早已從物聯網產品的應用面、技術面著手,運用「Heat Map場域分析」,設計出「從產品到場域」的完整驗證方案,來確保產品最佳的無線效能表現。

.為何需要無線 Heat Map 場域分析?

現在無線產品的效能驗證,已與過去有非常大的差異。對IoT產品而言,一般的無線效能測試已不足夠,必須以實際情境為考量,從使用者行為角度出發,模擬真實無線環境,才可避免發生「實驗室Pass、市場Failed」的尷尬處境。

「無線Heat Map場域分析」考量到不同產品有著不同的連線需求,結合了實境場域概念,具備了以下兩種有別於以往的驗證特點:

  1. 無線品質視覺化 確保訊號完整性及最佳效能

無線訊號觸不著、摸不到,在不同場域中的品質較難掌握,Heat Map 則補足了這部份的不足,能做出高效清楚的圖形化場域分析。

像是AP放置的位置、周邊環境、設備,甚至是家具的材質,都會影響到產品效能。以往無線訊號的品質,都是圖表「點」對「點」的方式呈現;百佳泰經過長時間的驗證研究,以多年專業的測試經驗,設計開發了一套由Heat Map做為工具,從「點」到「面」的分析方法。以更全貌的方式,完整呈現訊號強度 (RSSI),可以具體掌握智慧裝置的無線連接(如Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee等等)效能與品質。

以上圖的Heat Map場域實測為例,在這Wi-Fi的場域環境中,紅色為訊號較強的區域,裝置會有較佳的效能表現,黃色則代表著訊號強度中等,綠色、藍色則為訊號強度尚可、或較差的覆蓋環境。我們實際量測後發現,不同的智慧裝置在不同的訊號環境下,效能的確都有差異。透過實測分析,我們可藉此確保在整個場域中都能有一定的連線品質。而在Heat Map場域分析中,還會輔以三種指標作為連線品質參考:

  1. 延遲  (Latency)
  2. 吞吐量 (Throughput)
  3. 丢包率 (Packet Loss)

這三種指標能夠協助分析出裝置無線連線品質,找出訊號不穩定的問題點,進而改善連線狀況。

  1. .環境因子模擬 發掘裝置關鍵問題

使用環境千變萬化,無線訊號也會受到各種影響。IoT產品開發過程,要以各種環境條件來測試,以確保無線品質可靠度。百佳泰控制各種會影響訊號的因子,模擬出訊號單純、複雜的環境,來協助找出影響裝置效能的關鍵問題。

以下圖為例,圖左是訊號單純的環境,右邊則是訊號複雜的環境,訊號源很多,很有可能也參雜著不同的無線技術。因此,同頻、鄰頻的無線射頻(如Wi-Fi, Zigbee, Thread皆使用2.4G網段),很有可能造成訊號干擾,造成裝置效能差異。此外,我們也能藉此判斷出環境死角、訊號強弱點,藉此改善裝置效能。

 

然而,要營造控制變因的測試環境,不論是技術或成本皆有一定門檻。百佳泰現已建構了實境場域,透過各種困難測試環境,控制訊號差異的變因,並輔以Heat Map,來協助廠商找出無線裝置的關鍵問題。

.IT玩家實測 無線問題狀況多

為了驗證智慧型裝置的無線效能,我們情商一位長期關注智慧產品的IT玩家,其家中已有多種不同類型、品牌的智慧裝置,包含了攝影機、語音助理、門鎖甚至是煙霧感測器等等。在這IT玩家55坪的家裡,已經配置了兩台無線AP供這些裝置連線使用。我們以他的情況,以Heat Map實地分析;驗證後發現,部份的智慧裝置的無線連接效能不如預期,甚至雙AP情況下,家中仍有3分之1區域是沒訊號或訊號不良。我們就舉當中的幾個例子,說明實測所遇到的狀況與發現的問題點。

圖說:IT玩家55坪的家中,即使已配置兩台AP,仍有3分之1是收不到訊號或訊號不良。

  1. 智慧攝影機:距離近卻常瞬間斷線

這位IT玩家將智慧攝影機裝在家門口,希望能遠端監控家中狀況。剛開始使用時,功能連線還算正常可用,不過後來卻發現,雖然攝影機距離無線AP僅有5公尺,各項訊號指數(延遲、吞吐量、訊號強度)皆良好,但卻常常發生瞬斷,造成使用上極大困擾。

這是一個很典型的使用情境案例,當智慧裝置連線時,即使在互聯裝置間的直視性(Line Of Sight,LOS)範圍內,仍然有可能會斷線。而這樣的結果,造成的原因除了可能是裝置間的互通性問題,也有很大機率是室內裝潢導致裝置可靠度不夠。

後來,我們將智慧攝影機移動位置之後,功能運作就恢復正常。以此實測案例來看,原因是來自攝影機鄰近家中的風水裝潢,受到其金屬材質干擾的影響。這種例子,在台灣的消費者家中環境,絕非少見的單一個案。

圖說:攝影機距離AP僅有5公尺,但仍然會發生瞬間斷線的連線問題。

  1. 智慧音箱:反應時快時慢,延遲導致效果差

這位IT玩家擁有著許多不同廠牌的智慧音箱、智慧插座,並習慣將其擺放在家中桌上使用。他發現,環境條件相同、但將產品擺在不同材質的桌面上時,在訊號傳輸上也產生了不同程度的延遲差異;有的產品完全不受影響,效能表現依舊極佳,但有的就出現了延遲(Delay)問題。

無線裝置遇上了延遲問題,消費者會立即對其印象分數大打折扣,這類問題在智慧音箱上更尤其明顯。

深究其原因,我們發現,這跟這位玩家家中的桌子材質有關。他的桌子為金屬材質,當移到木質桌面上時,情況就有好轉;當產品放置在金屬表面材質上,有可能會讓無線訊號時好時壞,而導致延遲問題。除此之外,其他電子產品也會造成影響(短距離訊號干擾),例如在家中,不少人都會把無線AP、數位機上盒或其他網路設備放在一起,但我們實測時也發現,這些裝置彼此間也會造成訊號干擾。

圖說:產品位置相同,但擺放在不同材質表面上時,效能也會有明顯差異。

  1. 無線AP:特定區域收不到無線訊號

在這次的場域實測中,我們也遇到一個狀況:明明這位玩家家中無線訊號穩定,裝置也運作正常,更沒有其他無線訊號的干擾,但一樣坐在餐桌上,有些位置就是訊號不穩定或收不到訊號;但稍稍離開或走幾步路之後,卻又有了收訊。

這種訊號不穩定、甚至無訊號的問題,倘若沒有透過Heat Map 找出收訊問題點,很難找到最根本的原因。通常無線訊號覆蓋率不足的原因,可能是受到家具、牆柱、鏡面,或是其他特殊物品、金屬材質的干擾。以這次案例為例,後來發現導致裝置無法作用的關鍵,是來自家中室內裝潢及按摩椅的干擾。

圖說:家中無線訊號不穩定、甚至無訊號,很有可能是受到裝潢或是金屬材質物品的干擾。

未來物聯網的智慧生活,網路連線能力重要性如同電力一般,缺一都不可。這位IT玩家的使用情境,可能你我家中都是如此。當所有家電產品智能化,連電鍋、冰箱、洗衣機都可連網之際,無線訊號問題若未被重視,反而會成為智慧產品的隱憂。

 

RF效能測試 協助除錯改善無線效能

物聯網產品開發過程中,除了發現問題,如何改善也很重要。當透過「Heat Map 場域分析」發現連線問題後,我們可再由「RF效能測試」來協助找出根本原因。RF效能測試能夠驗證無線元件的效能,從天線、模組到最終產品逐步測試,各有不同的驗證項目,三項環節缺一不可。

另外,各種裝置本身中的電子元件,也會產生電磁干擾,從CPU、無線晶片組,到甚至USB、HDMI接口或螢幕,都有可能干擾效能。不同的使用情境也會也可能影響無線傳輸速度,甚至造成訊號中斷。例如Wi-Fi連線時,USB裝置進行資料存取,可能會導致Wi-Fi傳輸速率下降,甚至無法正常連線。

除了裝置本身的干擾源之外,其他無線技術更是一大隱憂。2.4G頻帶的使用技術非常多,Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee甚至是無線電話,皆使用2.4GHz頻率。使用手機時,就很有可能因為Wi-Fi、Bluetooth同時開啟而受到干擾。

.智慧裝置需整合性驗證 才能打造最佳使用體驗

物聯網裝置功能複雜,以往純效能導向驗證,已不足以應付智慧裝置所需要的應用類型測試。目前百佳泰已備有各種的RF測試環境,包括843 Chamber、333 Shielding Room、Shielding Box等等,能提供完善的RF訊號測試量測與分析;而為了模擬真實的智慧裝置用戶場景,百佳泰以其多年專業經驗,投入IoT測試研究,設計了最常見的五大應用情境,也已於2017年底正式啟用IoT實驗場域,透過裝置互連驗證,協助廠商發掘智慧產品可能遭遇的技術問題。

未來智慧裝置測試趨勢,將會朝著整合式驗證邁進。百佳泰還會持續推出更多測試驗證服務,對症下藥,提供最符合您需求的產品解決方案。