不断发展的专用物联网网络:LoRa和CBRS

公共与专用网络

在探讨LoRa,CBRS以及私有LTE IoT网络如何使解决方案提供商受益时,我们先确保我们清楚什么是公共网络。我们都对日常用户级别的公共网络和私有网络之间的差异有些熟悉。

公共网络的一个示例是您的计算机或手机目前正在使用的互联网。公共互联网使公共和私有的全球子网阵列能够相互联网,使用标准的TCP/IP协议套件将数据路由到组成它的各个子网,而这些子网又将流量路由到各自的子网,等等。

另一方面,专用网络的一个简单示例是虚拟专用网络(VPN)。由于COVID-19,我们中的许多人都在远程工作,而我们的公司需要内部数据和访问来保持安全性,就好像我们都在同一建筑物内的安全LAN中一样。可以将VPN视为公共网络(通常是Internet)中的私有网络。

为了方便讨论,假设您现在正在使用VPN。你的连接是通过一个VPN服务器来路由的,它可以确保任何嗅探你流量的人只能看到加密的数据。通过VPN连接,您的手机或计算机可以访问Internet并在公共域名服务器(DNS)上查找我们的域名iot996.com网站。DNS发回给您的匹配IP地址告诉您的浏览器如何访问托管此网站的服务器。

专用物联网网络

在物联网(IoT)的背景下,我们的目标不仅仅是将手机和电脑联网,使用公共网络作为物联网的主干/核心将导致许多复杂的问题。

对于许多物联网解决方案提供商而言,在通过公共的网络进行回程之前,通常使用专用网络将设备连接在一起,或者在关键任务或敏感的用例中,可以完全跳过公共网络。专用网络还可以在物理上独立于客户公共网络(例如WiFi),以实现IoT流量的分段,更精细的访问和控制以及增强的安全性。

选择公共和专用网络组件时,有哪些主要注意事项

在确定哪些网络组件应该是公共,私有和/或哪些组件可以在许可频谱与非许可频谱中运行时,您应该考虑一些关键因素。

1)每台设备的网络使用成本是多少?如果你的设备直接与商业蜂窝网络通话,你必须考虑运营商的SIM卡和使用费,这在规模上可能会令人望而却步。

2)我所在地区的蜂窝网络覆盖情况如何?如果您在偏远地区运营,如农村,或拥有地下和地上建筑的资源开采场地,您是否能够使用公共运营商的基础设施?可能不会。

3)我是否担心让相对公共的网络主干充当设备和解决方案体系结构之间的中间人?如果数据隐私、安全性、监管或所有权是首要问题,那么使用公共网络主干网可能是一个问题。假设您正在为智能医院设计物联网解决方案,例如,重要的患者数据将通过该解决方案传输。公共网络是一种选择吗?

4)您的解决方案是关键型的吗是否需要增加部署专用网络基础设施的前期成本?负责管理您自己的网络的正常运行时间是一把双刃剑。

5)射频环境如何?如果您的新物联网解决方案是一家智能医院,并且您正在考虑构建基于LoRa的校园/企业局域网(CAN),它将占用与大量使用ISM频段的大学CAN相同的RF环境,则您可能需要仔细考虑您的解决方案是否可以使用未许可的频段产生者来应对潜在的竞争。您可能需要在本地许可某些频谱,以便可以依靠它对专用网络完全可用。

6)我的物联网需要克服哪些物理障碍?如果您将室内和室外资产跟踪结合起来,那么一定要调查设备连接在室内/室外(可能还有地下/地面边界)遇到障碍时的情况。

LoRa/LoRaWAN是什么样的专用网络

如果您的IoT解决方案具有严格的功率限制,低数据速率,不是关键任务和/或在无法将设备直接与蜂窝或公共网络接口的区域中运行,则构建一个私有IoT网络, 使用未许可的ISM频段可能是最佳选择。

对于许多低功耗广域网(LPWAN)实施者来说,事实上的选择是LoRa。LoRa芯片组技术以及在其之上开发的流行的LoRaWAN开放标准,多年来已经实现了强大且不断发展的IoT生态系统。专家预测,到2023年,LoRaWAN及其大致类似的蜂窝网络替代方案NB-IoT可能会占据LPWAN市场的80%以上。

私有物联网网络的变化格局

直到最近,基于LoRa的解决方案似乎几乎是私有LPWAN物联网的唯一选择。随着美国大部分公民宽带无线电服务(CBRS)的商业化,私有LTE是物联网网络日益可行的主干。CBRS正在开辟这一领域。到目前为止,要建立一个私有的LTE网络,你要么要经历很多麻烦才能得到一个分布式天线系统(DAS),该系统还将您锁定在特定的蜂窝运营商中,要么在一个相对较小的生态系统中使用MulteFire未经许可的5GHz LTE产品。

CBRS承诺不仅为蜂窝用户提供解决方案,这些用户通常只在建筑物中体验零散的覆盖,也为室内和基于室内/室外的物联网解决方案提供商提供服务,而这些提供商则处于两难境地。他们可能会尝试使用现有的WiFi骨干网,从物联网系统的角度来看,这有许多安全性、范围、一致性和可靠性缺陷。

或者,另一方面,开发人员可以尝试将BLE、LoRa、WiFi和/或蜂窝网络拼接成一个特别的集合,尝试覆盖所有盲点并实现校园范围的网络覆盖。

公民宽带无线电服务(CBRS)承诺提供新的物联网解决方案和策略

CBRS是3550 MHz至3700 MHz(“ 3.5 GHz”)之间的无线电频谱的一部分,直到最近,DOD运营商仍将其保留,主要用于海上和沿海雷达系统。在FCC,军事以及工业/商业实体之间的令人钦佩的合作关系中,这一宝贵的频谱正在被释放,代表着商用4GHz以下频谱扩展了16%。

CBRS被FCC和其他机构称为“创新带(innovation band)”。负责监督OnGo CBRS标准的CBRS联盟估计,CBRS的商业化将产生数百亿美元的新经济价值。

CBRS频谱在三层许可系统中向用户公开,该系统使企业和机构可以在3.5GHz频谱中建立专用LTE网络,但前提是他们的网络可以确保通过环境感知能力(ESC)不会干扰 CBRS频段的现有(例如军事)运营。频谱共享在创新的频谱访问系统(SAS)模型上运行,该模型自动协调频率访问。

尽管在低于GHz ISM频段中运行的基于LoRa的解决方案对于LPWAN市场以及物联网行业仍然至关重要,但CBRS将支持新的物联网战略并释放更高的带宽使用案例。例如,正如Link Labs的前首席技术官Brian Ray所说:“对于高可靠性的用例或那些已经被复杂的IT系统和拥挤的无执照频段使用所困扰的环境(例如医院),CBRS可以开启安装物联网解决方案的新能力。”

CBRS开放之所以令人兴奋的原因之一是:过去,蜂窝载波在许多优质频谱中占据着主导地位,而有线电视和科技公司则无法参与竞争。 现在,随着中立主机LTE变得可行,Comcast,Cox,Charter,Google等有线和科技公司可以建立更大的垄断。 当蜂窝运营商不再是众多商用频谱“最佳地点”的唯一看门人时,像Google和Comcast这样的巨头将能够更直接地接触最终客户。 至少在短期内,直到新的垄断形成之前,这可以使消费者受益。

如果医院提供自己的连接组件,则中立的主机连接性可以使智能医院避免支付每台设备的蜂窝运营商费用。我们的智能医院部署的4G/5G设备的可视范围可能是尝试使用医院WiFi时看到的范围的三到四倍,而不必担心如何管理WiFi安全,因为这个问题现在已经通过SIM卡解决了。

智慧医院解决方案运营商不必担心自己需要使用LoRa或Zigbee等物联网专用网络基础架构来解决的底层网络问题。他们会将许多这些问题转移到当前回程其网络的蜂窝主机上。

也许最重要的是,由于建筑物内的消费蜂窝而非物联网是CBRS商业化的主要推动力,因此,一般的建筑物内连接性可能会大大改善,而智能应用程序将搭载在新的CBRS主干网之上。

物联网和支持CBRS的智能手机的共同未来

商业CBRS才刚刚开始变得可行。尽管在CBRS基础架构之上部署IoT解决方案可能要花费数年时间,但所有迹象都表明该频段是IoT应用的主要推动力。正如Brian Ray总结的那样,物联网系统将利用CBRS的最可能方案不是为物联网用例部署专用的CBRS网络,而是将物联网系统分层安装在启用CBRS的专用LTE网络之上,并将其安装在建筑物中。在企业级扩大建筑物内和校园范围内的蜂窝访问。

Google,Apple,Sony,Commscope和Federated Wireless等最近都通过了SAS认证,这意味着它们可以开始生产设备了,例如可以使用CBRS波段的智能手机模块。 CBRS的商业化基于共享频谱的创新思想。 启用CBRS的IoT解决方案与目前更占主导地位的设备智能手机共享舞台也许才是合适的。随着移动设备驱动的兴起,我们将看到物联网解决方案的蓬勃发展。这种新的、强大的共享专用网络有望推动物联网行业向前发展。

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