Hvordan et kernenetværk definerer din IoT-forbindelsesudbyders muligheder

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Hvordan et kernenetværk definerer din IoT-forbindelsesudbyders muligheder — Illustration: © IoT For All

I modsætning til radioadgangsnetværk, hvis elementer kan ses, som mobiltårne, kernenetværk forbliver normalt den usynlige del af cellulære kommunikationssystemer. Det spiller dog en nøglerolle i forbindelsen.

Bortset fra sin hovedfunktion - routing og overførsel af datatrafik - er kernenetværket ansvarligt for identifikation af en enhed og dens placering, dens autentificering og autorisation til at bruge visse tjenester, holde styr på tjenestebrug og opkræve klienten.

Det er kernenetværket, der tillader applikationspolitikker som trafikbegrænsninger, drosling, roaming-begrænsninger eller tjenester, som kun nogle af enhederne kan bruge.

Men der er mere til et kernenetværk end blot at udføre alle nøglefunktioner, for mange kritiske tilslutningsfunktioner afhænger af dets arkitektur, komponenter og netværksløsninger, der bruges.

Det kan være endnu vigtigere for IoT-implementeringer, da de ofte har krav, der er anderledes end almindelige mobilbrugere, såsom enheds- eller brugsspecifikke krav.

I vid udstrækning vil udbyderens evne til at imødekomme disse krav blive defineret af kernenettet. Selvom det ikke er nødvendigt at eje alle netværkselementer for at levere tilslutningstjenester, har de operatører, der har bygget deres kernenetværk, en stor fordel.

Hvem ejer og bruger kernenetværk

En mobilnetværksoperatør, også kendt som en mobilnetværksoperatør (MNO), er en virksomhed, der har bygget både et kernenetværk og et radioadgangsnetværk og bruger dem til at give forbindelse til sine kunder.

Ved siden af mobilnetværksoperatører bruger andre udbydere MNO-netværk til at tilbyde mobilforbindelsestjenester, kaldet Mobile Virtual Network Operators (MVNO). I modsætning til MNO'er fokuserer disse udbydere normalt på et bestemt segment af markedet og tilbyder et skræddersyet tilslutningstilbud, for eksempel til bilindustrien.

Mens udbydere af virtuelle tilslutningsmuligheder, som deres navn antyder, typisk vil bruge den infrastruktur, der er bygget af og tilhører andre virksomheder, konceptet er mere komplekst. Der er flere typer MVNO'er, og de adskiller sig fra hinanden ved den andel af infrastruktur, de ejer, og efterfølgende mængden af tjenester, de kan levere.

Nogle MVNO'er vælger en forretningsmodel, der ikke kræver at eje nogen infrastruktur, såsom Brand Resellers, og der er Light MVNO'er, der kan eje nogle af kernenetværkselementerne, men de er alle afhængige af andre operatørers kernenetværk til en større eller en mindre omfang.

Det kan være mindre krævende med hensyn til investeringer, men indebærer begrænset kontrol både teknisk og forretningsmæssigt, hvilket påvirker deres værditilbud.

En fuld MVNO er en udbyder, der har sit eget kernenetværk i fuld skala og kun bruger andre operatørers radioadgangsnetværk til at forbinde enhederne til det. Opbygning og vedligeholdelse af et kernenetværk er ikke en nem opgave: det er dyrt, tager tid og kræver en masse ekspertise.

Men med hensyn til tjenesterne giver det fuld MVNO'er fleksibilitet i deres tilslutningstilbud og muligheden for at imødekomme behovene og specifikationerne for visse brugssager, hvilket er afgørende for IoT-implementeringer.

Der er lokale og globale MVNO'er, og den største forskel mellem dem er, hvor deres netværk fysisk er placeret. En lokal MVNO har hver netværksknude i sit hjemland.

En global MVNO har ikke et hjemland og ville have alle kernenetværkselementer placeret forskellige steder rundt om i verden. Det kommer med et behov for at vedligeholde udstyr og fejlfinde mange steder langt væk, men det giver også nogle fordele.

Hvad betyder det at eje et netværk

Der er flere noder, som udbydere skal eje for at have fuld kontrol over kernenetværket. Først er databasen over alle abonnenter, den hedder HLR i 3G, HSS i 4G og UDM i 5G-netværk.

Den indeholder oplysninger om brugere, hvilke tjenester de er registreret for at få, hvad er deres sidst kendte placering, om de har tilladelse til at roame, og om der er andre begrænsninger på forskellige tjenester, de må bruge. Når en abonnent forsøger at få adgang til netværket, sendes en forespørgsel til denne database for at kontrollere, om han har tilladelse til at bruge en bestemt tjeneste.

Det andet element er PGW, pakkegatewayen i 4G eller GGSN i 3G. Teknisk set er det routeren, som datatrafikken fra abonnenter dirigeres igennem til dens destination.

At eje den del af netværket sikrer, at udbyderen kontrollerer trafikstrømmen, kan pålægge forskellige restriktioner og politikker, implementere firewalls og DPI-løsninger eller udføre trafikformning, regulering eller ændring af QoS-niveauet.

Det er også vigtigt at kontrollere nogle aspekter af adgangen til netværket ved at eje modulet Authentication, Authorization, and Accounting (AAA). Når en abonnent forsøger at få adgang til netværket, skal han være autentificeret og autoriseret til at bruge tjenesterne.

Nogle af AAA-funktionaliteten kan leveres af en RADIUS-server, der kan kontrollere adgangen til netværket ved at tildele IP-adresser.

Udvalget og kvaliteten af forbindelsestjenester, som en bestemt MVNO kan levere, er imidlertid ikke kun defineret af, hvilke netværkselementer den ejer. Den måde, hvorpå udbyderens netværk er bygget og konfigureret, kan spille en afgørende rolle i IoT-implementeringer.

Nøglefunktioner såsom latenstid, robusthed, skalerbarhed og overholdelse af regler afhænger af det.

Latency

Den maksimalt acceptable latenstid kan variere afhængigt af brugssituationen og enhedstypen, men det er vigtigt at forstå, at det faktiske niveau af latenstid vil blive defineret af kernenetværksarkitekturen.

Når en IoT-enhed sender data ved hjælp af en mobilforbindelse, går den gennem det mobile kernenetværk til sin destination. Hvis enheden roamer, skal de data, den sender, til forbindelsesudbyderens datacenter, før de går til dets modtagepunkt.

I nogle tilfælde kan det øge latensen betydeligt, især for globale implementeringer, hvilket gør den geografiske arkitektur af et kernenetværk til et vigtigt kriterium.

Det er her, en global MVNO har nogle fordele for roaming-abonnenter: Ved at placere PGW'erne i forskellige lande rundt om i verden er det muligt at sikre, at abonnentens data ikke rutes til hans hjemregion, men snarere håndteres af en gateway, der er tæt på hans faktiske placering. Jo flere PGW'er en MVNO har rundt om i verden, jo bedre service kan den levere med hensyn til latens.

Pålidelighed

Da kernenetværket har en afgørende rolle i routing af trafik, skal det være pålideligt og redundant. Kernenetværksoperatører implementerer visse arkitekturer, komponenter og protokoller for at distribuere trafik for at sikre høj tilgængelighed og undgå fejl.

Men evnen til at håndtere enhver form for problem og, endnu vigtigere, reaktionshastigheden vil i høj grad afhænge af, om udbyderen har øjeblikkelig adgang til netværket eller skal henvende sig til en partner, der driver det.

At have fuldstændig kontrol over sit kernenetværk giver en fuld MVNO mulighed for at analysere sin ydeevne og foretage eventuelle nødvendige ændringer inden for den kortest mulige tid.

Antallet og placeringen af de PGW'er, som udbyderen ejer, påvirker forsinkelsen direkte, men de er også vigtige for netværkets robusthed. Teknisk set kan gateways sættes op i en redundant tilstand, og hvis forbindelsen til en af PGW'erne svigter, eller gatewayen er helt nede, kan trafikken dirigeres til en anden PGW.

Det kan være lidt længere væk, hvilket kan øge forsinkelsen lidt, men er stadig en bedre mulighed end at have en gateway nede hos en lokal udbyder, der normalt kun har en eller to PGW'er, der håndterer al den trafik, der kommer fra udlandet.

HLR/HSS skal være tilgængelig 100 procent af tiden, og det ville være en katastrofe, hvis det mislykkedes, så en udbyder ville normalt have det i en redundant opsætning, hvilket betyder, at to noder kopierer hinanden, den ene i en aktiv tilstand, den anden i standbytilstand, eller begge er aktive, men synkroniserer konstant med hinanden.

Der er også geografisk redundans: Hvis noder er placeret på to forskellige steder, er chancen for, at de svigter samtidigt på grund af et strømafbrydelse, en naturkatastrofe eller en anden årsag mindre. Bagsiden af medaljen er dog altid omkostninger, så der er ikke så mange udbydere, der gør deres netværk virkelig geo-redundant.

Skalerbarhed

Med nogle IoT-implementeringer skal kernenetværket være klar til eksponentiel vækst i trafik eller geografisk ekspansion. Skalering blev meget nemmere, efterhånden som netværk udviklede sig og opdelte hardware- og softwareelementerne i netværket.

Alt kernenetværksudstyr er normalt lagret i datacentre, og hvis der tidligere var dedikerede hardwareenheder med bestemt software, der giver specifik funktionalitet, er datacentre nu hovedsageligt fyldt med standardservere med specifik software kørende på dem.

Så næsten enhver skaleringsproces – lige meget om det er tilføjelse af endnu en gateway, udvidelse af kapaciteten på PGW eller forøgelse af størrelsen på HLR – kan teknisk set udføres med det samme ved at leje en ekstra server i samme datacenter og installere den nødvendige software.

Det forenkles yderligere af endnu en opdeling, denne gang i arkitekturen mellem det udstyr, der håndterer signaldelen, og det udstyr, der håndterer datatrafik. Mens det i 2G- og 3G-netværk håndterede det samme udstyr begge dele, er det nu nemt at skalere for eksempel kun Mobile Management Entity (MME), hovedsignalknudepunktet i 4G eller kun gateways, når du skal håndtere mere trafik.

Arkitekturmæssigt har fulde MVNO'er typisk et distribueret kernenetværk, der forbinder IoT-enheder til en række tilslutningsenheder, der er knyttet til centrale forbindelsesnoder som switche og hubs. Det giver mulighed for hurtig udvidelse ved at tilføje flere lag af enheder over de eksisterende lag, hvilket sikrer skalerbarhed for enhver IoT-implementering.

Overholdelse

De fleste lande har allerede vedtaget lovgivning om datalokalisering og datasuverænitet, som kan forbyde de data, der genereres og indsamles inde i landet, i at forlade dets grænser.

Det kan være en alvorlig udfordring for globale IoT-implementeringer, fordi nogle elementer af et kernenetværk bør være tilgængelige i alle de lande, enhederne udrulles til, for at overholde lokale regler. Det ville kræve enten at indgå en aftale med en anden operatør, der ejer lokal infrastruktur eller tilføje nødvendige elementer til forbindelsesudbydernes kernenetværk, hvilket kun er muligt, hvis det er en fuld MVNO.

I stærkt regulerede lande som Tyrkiet kan en MVNO muligvis også have yderligere integrationer med lokale autoriserede enheder for at give problemfri forbindelse. Og også her er det sådan, at jo flere gateways en udbyder har rundt om i verden, jo lettere er det at overholde de lovmæssige krav.

Tilbyder tilpasning

Fra et forretningsperspektiv giver et kernenetværk mulighed for, at fulde MVNO'er kan være uafhængige af infrastrukturejere, blive mere fleksible i deres tilbud og skræddersy dem til hver enkelt kunde i stedet for at bruge en-size-fits-all-tilgangen. Det kan være særligt værdifuldt for IoT-klienter med deres branche- eller enhedsafhængige use cases.

Selvom det kun er store virksomheder, der kan kræve specifikke infrastrukturløsninger, kan en komplet MVNO teoretisk let implementere en PGW i kundens lokale hub. Det, IoT-klienter har brug for, er dog typisk mere relateret til tjenester, ikke til netværksinfrastrukturen.

Så da klienter normalt beder om et IP-adresseområde eller en VPN-opsætning, vil tilpasningsmulighederne komme ned på, om en MVNO kan levere en bestemt service eller ej. En global MVNO er mere tilbøjelig til at have fleksibilitet og give enhver form for skræddersyet tilbud end nogle andre operatører.

Sammen med minimal latenstid og fuld overholdelse af lovkrav har en global fuld MVNO en masse andre fordele: bedre dækning, centraliserede administrationsmuligheder og synlighed for databrug og netværkshændelser.

Desuden, da IoT-enhedens livscyklus er op til 15 år, og både teknologi- og reguleringslandskaber kan ændres, er det vigtigt at sikre, at implementeringer er fremtidssikrede, og hvem der ejer kernenetværket er nøglen.

Alt i alt, selvom skalaen og konfigurationen af en bestemt IoT-implementering ikke kræver geografisk specifik arkitektur, er der mange gode grunde til, at en forbindelsesudbyder, der ejer et redundant kernenetværk spredt over hele verden, er en bedre mulighed.