Hur ett kärnnätverk definierar din IoT-anslutningsleverantörs kapacitet

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Hur ett kärnnätverk definierar din IoT Connectivity-leverantörs kapacitet — Illustration: © IoT för alla

I motsats till radioaccessnätverk, vars delar kan ses, som mobiltorn, kärnnätverk förblir vanligtvis den osynliga delen av cellulära kommunikationssystem. Det spelar dock en nyckelroll i anslutning.

Bortsett från sin huvudfunktion – dirigering och överföring av datatrafik – ansvarar kärnnätverket för identifiering av en enhet och dess plats, dess autentisering och behörighet att använda vissa tjänster, hålla reda på tjänstanvändning och debitering av klienten.

Det är kärnnätverket som tillåter applikationspolicyer som trafikbegränsningar, strypning, roamingbegränsningar eller tjänster som bara vissa av enheterna kan använda.

Men det finns mer i ett kärnnätverk än att bara utföra alla nyckelfunktioner, för många viktiga anslutningsfunktioner beror på dess arkitektur, komponenter och nätverkslösningar som används.

Det kan vara ännu viktigare för IoT-distributioner eftersom de ofta har krav som skiljer sig från vanliga mobilanvändare, som enhets- eller användningsfallsspecifika krav.

Till stor del skulle leverantörens förmåga att möta dessa krav definieras av kärnnätet. Även om det inte är nödvändigt att äga alla nätelement för att tillhandahålla anslutningstjänster, har de operatörer som har byggt sina kärnnät en stor fördel.

Vem äger och använder kärnnätverk

En mobilnätsoperatör, även känd som en mobilnätsoperatör (MNO), är ett företag som har byggt både ett kärnnät och ett radioaccessnät och använder dem för att tillhandahålla anslutning till sina kunder.

Vid sidan av mobilnätsoperatörer använder andra leverantörer MNO-nätverk för att erbjuda mobila anslutningstjänster, så kallade Mobile Virtual Network Operators (MVNO). Till skillnad från MNO:er fokuserar dessa leverantörer vanligtvis på ett visst segment av marknaden och tillhandahåller ett skräddarsytt anslutningserbjudande, till exempel för fordonsindustrin.

Medan leverantörer av virtuella anslutningar, som deras namn antyder, vanligtvis skulle använda den infrastruktur som byggs av och tillhör andra företag, konceptet är mer komplext. Det finns flera typer av MVNO:er, och de skiljer sig från varandra genom andelen infrastruktur de äger och, därefter, mängden tjänster de kan tillhandahålla.

Vissa MVNO:er väljer en affärsmodell som inte kräver att äga någon infrastruktur, som varumärkesåterförsäljare, och det finns lätta MVNO:er som kan äga några av kärnnätverkets element, men de är alla beroende av andra operatörers kärnnätverk till en större eller en mindre utsträckning.

Det kan vara mindre krävande när det gäller investeringar, men innebär begränsad kontroll både tekniskt och affärsmässigt, vilket påverkar deras värdeerbjudande.

En Full MVNO är en leverantör som har ett eget fullskaligt kärnnät och bara använder andra operatörers radioaccessnät för att ansluta enheterna till det. Att bygga och underhålla ett kärnnätverk är ingen lätt uppgift: det är dyrt, tar tid och kräver mycket expertis.

Men när det gäller tjänsterna ger det full MVNO:er flexibilitet i deras anslutningserbjudande och möjligheten att tillgodose behoven och specifikationerna för vissa användningsfall, vilket är väsentligt för IoT-distributioner.

Det finns lokala och globala fullständiga MVNO:er, och den största skillnaden mellan dem är var deras nätverk finns fysiskt. En lokal MVNO har varje nätverksnod i sitt hemland.

En global MVNO har inget hemland och skulle ha alla kärnnätverkselement placerade på olika platser runt om i världen. Det kommer med ett behov av att underhålla utrustning och felsöka på många avlägsna platser men ger också vissa fördelar.

Vad innebär att äga ett nätverk

Det finns flera noder som leverantörer måste äga för att ha full kontroll över kärnnätet. Först är databasen över alla abonnenter, den kallas HLR i 3G, HSS i 4G och UDM i 5G-nätverk.

Den innehåller information om användare, vilka tjänster de är registrerade för att få, vad är deras senast kända plats, om de får roama och om det finns några andra restriktioner för olika tjänster de får använda. Närhelst en abonnent försöker komma åt nätverket skickas en förfrågan till denna databas för att kontrollera om han får använda en viss tjänst.

Det andra elementet är PGW, paketgatewayen i 4G eller GGSN i 3G. Tekniskt sett är det routern som datatrafiken från abonnenter dirigeras genom till sin destination.

Att äga den delen av nätverket säkerställer att leverantören kontrollerar trafikflödet, kan införa olika restriktioner och policyer, implementera brandväggar och DPI-lösningar, eller göra trafikformning, strypa eller ändra QoS-nivån.

Det är också viktigt att kontrollera vissa aspekter av åtkomst till nätverket genom att äga modulen Authentication, Authorization, and Accounting (AAA). Närhelst en abonnent försöker komma åt nätet måste han vara autentiserad och auktoriserad att använda tjänsterna.

En del av AAA-funktionaliteten kan tillhandahållas av en RADIUS-server som kan kontrollera åtkomsten till nätverket genom att tilldela IP-adresser.

Utbudet och kvaliteten på anslutningstjänster som en viss MVNO kan tillhandahålla definieras dock inte bara av vilka nätverkselement den äger. Sättet som leverantörens nätverk är byggt och konfigurerat på kan spela en avgörande roll vid IoT-distributioner.

Nyckelfunktioner som latens, robusthet, skalbarhet och efterlevnad av regelverk beror på det.

Latens

Den maximala acceptabla latensen kan variera beroende på användningsfallet och enhetstypen, men det är viktigt att förstå att den faktiska latensnivån kommer att definieras av kärnnätverkets arkitektur.

Närhelst en IoT-enhet skickar data via en mobilanslutning går den genom det mobila kärnnätet till sin destination. Om enheten roaming, skulle data som den skickar behöva resa till anslutningsleverantörens datacenter innan den går till dess mottagningspunkt.

I vissa fall kan det avsevärt öka latensen, särskilt för globala distributioner, vilket gör den geografiska arkitekturen för ett kärnnät till ett viktigt kriterium.

Det är där en global MVNO har vissa fördelar för roaming-abonnenter: genom att placera PGW i olika länder runt om i världen är det möjligt att säkerställa att abonnentens data inte dirigeras till hans hemregion utan snarare hanteras av en gateway som är nära hans faktiska platsen. Ju fler PGW:er en MVNO har runt om i världen, desto bättre service kan den ge när det gäller latens.

Pålitlighet

Eftersom kärnnätet har en avgörande roll för att dirigera trafik måste det vara tillförlitligt och redundant. Kärnnätverksoperatörer implementerar vissa arkitekturer, komponenter och protokoll för att distribuera trafik för att säkerställa hög tillgänglighet och undvika fel.

Men förmågan att hantera vilken typ av problem som helst och, ännu viktigare, reaktionshastigheten skulle i avgörande grad bero på om leverantören har omedelbar tillgång till nätverket eller behöver vända sig till en partner som driver det.

Genom att ha fullständig kontroll över sitt kärnnätverk kan en fullständig MVNO analysera dess prestanda och göra nödvändiga ändringar inom kortast möjliga tid.

Antalet och platsen för de PGW som leverantören äger påverkar fördröjningen direkt, men de är också viktiga för nätverkets robusthet. Tekniskt sett kan gateways ställas in i ett redundant läge, och om anslutningen till en av PGW:erna misslyckas, eller om gatewayen är nere helt, kan trafiken dirigeras till en annan PGW.

Det kan vara något längre bort, vilket kan öka latensen lite men är fortfarande ett bättre alternativ än att ha en gateway nere hos en lokal leverantör som vanligtvis bara har en eller två PGW som hanterar all trafik som kommer från utlandet.

HLR/HSS måste vara tillgänglig 100 procent av tiden och det skulle vara en katastrof om det misslyckades, så en leverantör skulle vanligtvis ha det i en redundant installation, vilket innebär att två noder kopierar varandra, en i aktivt tillstånd, den andra i standby-läge, eller båda är aktiva men synkroniserar ständigt med varandra.

Det finns också geografisk redundans: om noder placeras på två olika platser är chansen lägre att de misslyckas samtidigt på grund av ett strömavbrott, en naturkatastrof eller någon annan orsak. Men baksidan av myntet är alltid kostnaden, så det finns inte så många leverantörer som gör deras nätverk verkligen geo-redundant.

skalbarhet

Med vissa IoT-distributioner måste kärnnätet vara redo för den exponentiella tillväxten av trafik eller geografisk expansion. Skalningen blev mycket enklare när nätverken utvecklades och delade upp hårdvaru- och mjukvaruelementen i nätverket.

All kärnnätverksutrustning lagras vanligtvis i datacenter, och om det tidigare fanns dedikerade hårdvaruenheter med viss mjukvara som ger specifik funktionalitet, är nu datacenter huvudsakligen fyllda med standardservrar med specifik mjukvara som körs på dem.

Så nästan vilken skalningsprocess som helst – oavsett om det är att lägga till ytterligare en gateway, utöka kapaciteten på PGW eller öka storleken på HLR – kan tekniskt göras omedelbart genom att hyra en extra server i samma datacenter och installera nödvändig programvara.

Det förenklas ytterligare genom ytterligare en splittring, denna gång i arkitekturen mellan utrustningen som hanterar signaleringsdelen och utrustningen som hanterar datatrafik. Medan i 2G- och 3G-nätverk hanterade samma utrustning båda, är det nu enkelt att skala till exempel endast Mobile Management Entity (MME), huvudsignalnoden i 4G, eller bara gateways när du behöver hantera mer trafik.

Arkitekturmässigt har fullständiga MVNO:er vanligtvis ett distribuerat kärnnätverk som ansluter IoT-enheter till en rad anslutningsenheter som är länkade till centrala anslutningsnoder som switchar och hubbar. Det möjliggör snabb expansion genom att lägga till fler lager av enheter över de befintliga lagren, vilket säkerställer skalbarhet för alla IoT-distributioner.

Compliance

De flesta länder har redan antagit lagstiftning om datalokalisering och datasuveränitet, vilket kan förbjuda data som genereras och samlas in i landet från att lämna dess gränser.

Det kan vara en allvarlig utmaning för globala IoT-distributioner eftersom vissa delar av ett kärnnätverk bör vara tillgängliga i alla länder som enheterna distribueras till för att följa lokala regler. Det skulle kräva att antingen nå en överenskommelse med en annan operatör som äger lokal infrastruktur eller lägga till nödvändiga element till anslutningsleverantörernas kärnnät, vilket bara är möjligt om det är en fullständig MVNO.

I hårt reglerade länder som Turkiet kan en MVNO också ha ytterligare integrationer med lokala auktoriserade enheter för att tillhandahålla sömlös anslutning. Och även här, ju fler gateways en leverantör har runt om i världen, desto lättare är det att följa regulatoriska krav.

Erbjuder anpassning

Ur ett affärsperspektiv tillåter ett kärnnätverk fullständiga MVNO:er att vara oberoende av infrastrukturägare, bli mer flexibla i sina erbjudanden och skräddarsy dem för varje kund istället för att använda en helhetslösning. Det kan vara särskilt värdefullt för IoT-klienter med deras bransch- eller enhetsberoende användningsfall.

Även om endast stora företag kan behöva specifika infrastrukturlösningar, kan teoretiskt sett en fullständig MVNO enkelt implementera en PGW i kundens lokala nav. Men vad IoT-klienter behöver är vanligtvis mer relaterat till tjänster, inte till nätverksinfrastrukturen.

Så eftersom klienter vanligtvis frågar efter ett IP-adressintervall eller en VPN-inställning, skulle anpassningsmöjligheterna bero på om en MVNO kan tillhandahålla en viss tjänst eller inte. En global MVNO är mer benägen att ha flexibilitet och tillhandahålla alla slags skräddarsydda erbjudanden än vissa andra operatörer.

Tillsammans med minimal latens och full överensstämmelse med regulatoriska krav, har en global full MVNO många andra fördelar: bättre täckning, centraliserade hanteringsmöjligheter och synlighet för dataanvändning och nätverkshändelser.

Dessutom, eftersom IoT-enhetens livscykel är upp till 15 år och både teknik och reglering kan förändras, är det viktigt att se till att implementeringar är framtidssäkra, och vem som äger kärnnätverket är nyckeln.

Sammantaget, även om skalan och konfigurationen av en viss IoT-distribution inte kräver geografiskt specifik arkitektur, finns det många goda skäl till varför en anslutningsleverantör som äger ett redundant kärnnätverk spritt över hela världen är ett bättre alternativ.