Barrieren überwinden in „
“ Globales IoT:
Bewältigung und Überwindung der Herausforderungen, die sich aus der weltweiten Einführung von 4G/LTE-IoT ergeben.
Weißbuch – Zusammenfassung
Kurz
Globale IoT-Implementierungen versprechen Skalierbarkeit und Effizienz – in der Praxis stehen Hersteller jedoch vor zwei hartnäckigen Hindernissen: der Fragmentierung der LTE-Frequenzen und kostspieligen, regionsspezifischen Zertifizierungen. Mit weltweit über 70 LTE-Bändern und unterschiedlichen Anforderungen der Betreiber ist eine grenzüberschreitende „Plug-and-Play“-Konnektivität alles andere als einfach.
Dieses Whitepaper beschreibt, wie die Router der GLOBAL-Serie von Robustel diese Herausforderungen direkt angehen, indem sie eine breite Frequenzabdeckung, umfangreiche globale Zertifizierungen und innovative Softwarefunktionen wie Smart Reboot und RobustVPN kombinieren. Durch die Reduzierung von Risiken, die Senkung von Zertifizierungskosten und die Vereinfachung des Flottenmanagements hilft Robustel OEMs, vernetzte Produkte schneller auf den Markt zu bringen – und sie weltweit mit größerer Zuverlässigkeit zu betreiben.
Was Sie lernen werden
- Warum die LTE-Fragmentierung die globale Abdeckung erschwert – und wie man dieses Problem lösen kann.
- Die Realitäten der Regulierungs-, Telekommunikations- und Betreiberzertifizierungen und warum sie die Bereitstellungskosten in die Höhe treiben.
- Wie die GLOBAL-Router von Robustel mit breiter Frequenzunterstützung und Zertifizierungsabdeckung entwickelt wurden, um die Komplexität zu reduzieren.
- Wie Smart Reboot für ausfallsicheres Roaming und hohe Verfügbarkeit sorgt und kostspielige Vor-Ort-Einsätze reduziert.
- Wie RobustVPN einen sicheren und kostengünstigen Fernzugriff auf Geräte über jede SIM-Karte, jedes Netzwerk und jede Region ermöglicht.
- Wie das globale Testprogramm von Robustel die Zuverlässigkeit auf allen Kontinenten validiert und die Leistung dort sicherstellt, wo es am wichtigsten ist.
Einführung
Die meisten OEMs und Maschinenbauer, die ihre Produkte weltweit verkaufen, gehen zu Recht davon aus, dass die Integration von Mobilfunkkonnektivität in ihre Produkte ein relativ einfaches Unterfangen sein sollte.
„Kaufen Sie eine SIM-Karte und einen 4G-Router und schließen Sie ihn an – ganz einfach! – Oder?“
Nicht ganz…
Leider gibt es zwei Probleme, die dieses Ziel erheblich behindern, und trotz zahlreicher Diskussionen über das Internet der Dinge und Standardisierung stellen die Fragmentierung der 4G-Frequenzen und kostspielige Zertifizierungen für viele nach wie vor ein Hindernis dar.
Problem 1: LTE-Fragmentierung
„LTE-Fragmentierung“ ist eine komplizierte Umschreibung dafür, dass weltweit viele verschiedene Frequenzen für 4G genutzt werden und viele davon miteinander nicht kompatibel sind.
Wenn wir uns anschauen, wie schwierig globale Bereitstellungen geworden sind, ist das tatsächlich ziemlich überraschend:
Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels ist es sehr schwierig, eine definitive Zahl für die Anzahl der 4G-Bänder anzugeben, die für die Netzabdeckung aller Betreiber in allen Regionen erforderlich sind.
Die Tabelle hier soll verdeutlichen, warum dies der Fall ist.
Dieser Auszug enthält nur 5 Zeilen aus dem vollständigen Wikipedia-Eintrag zu globalen LTE-Bändern von insgesamt 72 aufgeführten Bändern.
Wenn man jedoch Abschnitt 5.5-1 von „E-UTRA Operating Bands” in 3GPP TS 36.101 (Technische Spezifikation der für 4G zuständigen Stelle) konsultiert, beträgt die Gesamtzahl 88 Bänder!
Unabhängig von der genauen und aktuellen Zahl verdeutlichen die über 70 Frequenzbänder (
) einen völligen Mangel an Harmonisierung und zeigen, dass die Bürokratie denjenigen, die IoT-Implementierungen auf globaler Basis vorantreiben wollen, direkt entgegenwirkt.
3G wäre eine Option, aber viele Betreiber haben ihre Netze bereits abgeschaltet oder sind dabei, dies zu tun. 2G (GPRS) könnte eine Option für Anwendungen mit geringer Bandbreite sein, aber die Gefahr, dass 2G in einer oder mehreren Regionen eingestellt wird, macht den Einsatz von 2G im Jahr 2020 ziemlich riskant und unattraktiv.
Die Auswirkungen dieser uneinheitlichen Frequenzverteilung auf die Hersteller sind, dass eine weltweite Bereitstellung teuer (Einheitsprodukte sind traditionell teuer) oder kompliziert (es muss ein 4G-Router oder -Modul für jede Region verwendet werden) ist, was dazu führt, dass mehrere Produkte erforderlich sind und es keine Möglichkeit gibt, mit einer einzigen festen Stückliste – jedes eingesetzte Gerät muss über ein spezifisches Modul/einen spezifischen Router verfügen, um die Abdeckung sicherzustellen.
Problem 2: Zertifizierungen – obligatorisch und Betreiber
„Europa ist einfach!“
Dies ist ein Ausdruck, den wir häufig verwenden, wenn wir über Mobilfunknetze innerhalb der Europäischen Union sprechen. Eine gute Harmonisierung sowohl hinsichtlich der Frequenzen als auch der Zertifizierung bedeutet, dass ein Mobilfunkprodukt, sofern es über eine CE-Zertifizierung verfügt und den „GCF“-Anforderungen entspricht (siehe: https://www.globalcertificationforum.org/), als rechtlich zulässig für die Vermarktung UND als zweckmäßig für die Netzbetreiber in der EU angesehen wird.
Die Tatsache, dass dies relativ „einfach“ ist, vermittelt vielen Herstellern mit Sitz in der EU ein „falsches Gefühl der Sicherheit“ und lässt sie davon ausgehen, dass die Bereitstellung von Produkten außerhalb der EU genauso einfach ist und denselben Kriterien unterliegt wie die Bereitstellung innerhalb der EU. Die vollständige Akzeptanz dessen, was eine globale Zertifizierung wirklich bedeutet, ist für diejenigen, die einen vernetzten Dienst anbieten möchten, oft eine bittere Pille und führt aufgrund der damit verbundenen Kosten regelmäßig zu einer enttäuschenden Kehrtwende bei einem Geschäftsvorhaben.
Regulatorische Zertifizierung/Konformität
Einige der bekanntesten Beispiele für behördliche Zertifizierungen sind:
- CE – Europäische Norm
- FCC – US-Norm
Diese gelten grundsätzlich für alle Arten von elektronischen HF-Produkten, die auf dem jeweiligen Kontinent verkauft werden. Die Normen verweisen auf mehrere Tests, die durchgeführt werden müssen. Nur wenn die Tests erfolgreich sind, dürfen die Produkte legal zum Verkauf angeboten werden.
Einige Länder gestatten die Verwendung der Kennzeichnungen FCC oder CE innerhalb ihres Hoheitsgebiets, aber es gibt auch viele, die auf der Einhaltung ihrer eigenen spezifischen Normen bestehen.
Die Nichteinhaltung von Vorschriften ist ein rechtliches Problem und kann im schlimmsten Fall zu Freiheitsstrafen für Unternehmensleiter führen, insbesondere wenn Produkte eine Gefahr für Gesundheit und Sicherheit darstellen.
Telekommunikationsindustrie-Zertifizierung
GCF (https://www.globalcertificationforum.org/) und PTCRB (https://www.ptcrb.com/) sind Organisationen, die dafür zuständig sind, zu zertifizieren, dass ein Mobilfunkprodukt
grundsätzlich das Netz eines Mobilfunkbetreibers nicht „stört“ und für den vorgesehenen Zweck geeignet ist.
Wo genau sie in der Hierarchie der Herstellerpflichten stehen, würde den Rahmen dieses Dokuments sprengen, aber es genügt zu sagen, dass sie letztendlich für jeden, der Mobilfunkprodukte entwickelt, mit einem Aufwand an Zeit und Geld verbunden sind.
Betreiberzertifizierung
Viele Menschen sind überrascht, wenn sie erfahren, dass trotz der Erlangung von Zulassungen und Zertifizierungen der Regulierungs- und Telekommunikationsbranche noch weitere Hürden zu überwinden sind, bevor ein Produkt verkauft werden kann.
Die Betreiberzertifizierung ist ein weiterer Prozess, der abgeschlossen werden muss – im Wesentlichen, um dem Netzbetreiber zu versichern, dass Ihr Gerät für den Betrieb in seinem Netz geeignet ist. Bekannte Beispiele für diese Anforderung stammen von AT+T und Verizon in den USA.
Nur eine Minderheit der Betreiber schreibt dies zwingend vor, aber es handelt sich dabei in der Regel um die einflussreicheren, sodass dies als Teil der allgemeinen Überlegungen zur Bereitstellung berücksichtigt werden muss.
Die Zertifizierung von Bedienern bedeutet noch mehr Zeit- und Geldaufwand.
Robustels Lösung für globale Herausforderungen bei der Bereitstellung
Die neue „GLOBAL“-Router-Serie von Robustel wird einer der weltweit ersten global einsetzbaren LTE-Router sein, der zu einem äußerst wettbewerbsfähigen Preis angeboten wird – etwas, das bis vor kurzem (Stand 2020) noch undenkbar war.
Diese Gelegenheit ergab sich aufgrund der Verfügbarkeit wettbewerbsfähigerer „globaler“ 4G (LTE)-Chipsätze/Module und Robustels Bestreben, ein solch begehrtes Produkt schnell auf den Markt zu bringen.
Ein globaler Router erfordert zwei Dinge: globale Frequenzen und globale Zertifizierungen. Beides war bisher mit hohen Kosten verbunden, was eine Markteinführung solcher Produkte erschwerte. Diejenigen, die es dennoch geschafft haben, mussten einen hohen Preis verlangen, wodurch sie für viele IoT-Anwendungen – insbesondere in großem Maßstab – unerschwinglich wurden.
Die Verwaltung mehrerer Versionen eines Routers kann einen höheren Lagerbestand, mehrere Konfigurationsdateien und einen komplexeren Prozess für die Zuordnung von Geräten zu Routern bedeuten, was die Wahrscheinlichkeit menschlicher Fehler erhöht. Daher fragen Kunden zu Beginn oft ganz verständlicherweise:
„Kann ich nicht einfach einen 4G-Router haben, der überall funktioniert?“
Aus diesen Gründen ist eine einheitliche 4G-Lösung zu einem erschwinglichen Preis ein begehrtes Produkt für globale Hersteller/OEMs, die einen „vernetzten Produkt”-Service anbieten möchten, und genau diesen Markt zielt die „GLOBAL”-Serie von Robustel an.
Die aktuellen Hauptprodukte des GLOBAL-Router-Angebots von Robustel sind folgende:
R3000-Global
R1520-Global
Neben einer Vielzahl von LTE-Frequenzen, die eine Abdeckung auf allen Kontinenten gewährleisten, profitiert die GLOBAL-Serie von den erheblichen Investitionen von Robustel in kostspielige Zertifizierungen, wodurch sie zu den besten zertifizierten Produkten in ihrer Preisklasse auf dem Markt gehören.
Eine vollständige Liste der aktuellen, ausstehenden und geplanten Zertifizierungen für R1520 und R3000 ist bei Ihrem Robustel-Vertreter erhältlich. Wenn ein Router nicht über eine bestimmte Zertifizierung für ein Kundenprojekt verfügt, wird Robustel die Erlangung dieser Zertifizierung in Betracht ziehen, damit das Projekt durchgeführt werden kann. Eine solche Maßnahme wäre Teil der Gesamtverhandlungen bei der Beschaffung von Robustel-Hardware. Das Forschungs- und Entwicklungsteam von Robustel verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Erlangung globaler Zertifizierungen und berät Sie gerne zu diesem Thema, um die kostengünstigste Lösung für bestimmte Projektanforderungen zu finden.
Globale Tests – Robustel hat sie durchgeführt, damit Sie es nicht tun müssen
4G/LTE ist ein äußerst komplexes System, in dem viele Technologien zusammenwirken, um den meisten Verbrauchern ein hervorragendes Erlebnis zu bieten. Die Anforderungen industrieller Nutzer unterscheiden sich jedoch etwas davon, da sie hauptsächlich Verbindungen zu statischen Anlagen (die niemals in einen Bereich mit besserem Empfang verlegt werden können!) benötigen, die eine möglichst 100-prozentige Verfügbarkeit erfordern.
Bei jeder neuen Technologie kann es zu Anlaufschwierigkeiten in der gesamten Lieferkette (SIMs/Komponenten/Firmware) kommen. Aus diesem Grund hat sich Robustel dazu entschlossen, ein „R3000-GLOBAL” weltweit zu versenden, um die tatsächliche Leistung zu messen und auf Anomalien oder unerwartetes Verhalten zu überprüfen.
Testregime-
Das primäre Ziel bestand darin, den Prozess der Netzwerkzugehörigkeit/Registrierung und den anschließenden Aufbau einer Datenverbindung an verschiedenen Standorten zu überprüfen.
Es bot auch die Gelegenheit, die einzigartige „Smart Reboot”-Funktion von Robustel zu testen, die später in diesem Dokument beschrieben wird.
An jedem Standort wurde der Router eingeschaltet und die Standard-Boot-Routine durchgeführt. Der Netzwerkauswahlprozess wurde genauestens untersucht. Da kein „zuletzt bekanntes funktionierendes Netzwerk” vorhanden war, musste der Router einen dynamischen Scan nach verfügbaren Netzwerken durchführen und dann eines mit „guter Signalqualität” auswählen, wobei die Signalstärke über einem akzeptablen Schwellenwert liegen musste. Wenn mehrere Netzwerke die Kriterien erfüllten, wählte der Router zufällig eines der verfügbaren Netzwerke aus, um die Verbindungslast auf die umliegenden Mobilfunknetze/Zellen zu verteilen.
An allen Standorten funktionierte der Router wie erwartet und stellte innerhalb eines akzeptablen Zeitraums automatisch Verbindungen zu folgenden Netzwerken her:
|
Standort |
Netzwerk |
|---|---|
|
Guangzhou, China |
China Unicom |
|
Melbourne, Australien |
Telstra |
|
Brighton, Vereinigtes Königreich |
Drei Großbritannien |
|
München, Deutschland |
Vodafone Deutschland |
|
Florida, USA |
AT&T |
|
Toronto, Kanada |
Glocke |
USA – Ein Sonderfall
Von besonderer Bedeutung sind die Tests, die in Nordamerika durchgeführt wurden, wo die beiden großen Netzwerke aus technologischen und politischen Gründen traditionell unterschiedliche Routermodelle erfordern.
In der Regel fiel die Wahl auf einen von Verizon zugelassenen Router oder einen von AT+T zugelassenen Router, was für diejenigen, die einfach nur die bestmögliche Abdeckung, logistische Einfachheit und Zuverlässigkeit wünschen, nicht ideal ist. Der R3000-GLOBAL kann bei Verwendung einer geeigneten SIM-Karte eine 4G-Verbindung in allen großen US-Netzwerken wie folgt herstellen:
- AT&T
- Verizon
- T-Mobile
- Sprint
Traditionell verwendeten Verizon und Sprint die CDMA-Technologie, die mit der von AT+T und T-Mobile verwendeten GSM-Mobilfunktechnologie nicht kompatibel war.
Mit der Einführung von 4G wurde diese Inkompatibilität beseitigt, da alle Betreiber auf LTE (4G) umgestellt haben, sodass nun eine einzige Roaming-SIM-Karte in Verbindung mit einem „GLOBAL”-Router den Internetzugang bei allen großen Betreibern in den USA ermöglicht.
Ein kostengünstiger 4G-Router, der sowohl mit AT+T als auch mit Verizon verbunden werden kann, ist eine wünschenswerte Lösung, da viele US-Unternehmen sich aus politischen oder finanziellen Gründen für einen Anbieter
oder einen anderen entscheiden und bei diesem bleiben.
OEMs müssen in der Lage sein, diesen „Kundenwünschen“ gerecht zu werden, ohne die Gesamtlösung finanziell erheblich zu belasten, und genau dabei kann die GLOBAL-Serie in den USA helfen.
Smart Reboot & Smart Roaming – Robustels einzigartige Lösung für ein globales Problem
Roaming-SIM-Karten werden oft als Möglichkeit zur Verbesserung der Zuverlässigkeit in IoT-Anwendungen verkauft, aber es gibt viele Beispiele für erfolglose Ergebnisse, da der 4G-Router nicht zu einem anderen Netzwerk wechselt, wenn die Datenkommunikation im aktuellen Netzwerk ausgefallen ist.
Eine ausführliche Erläuterung dieses Themas finden Sie in der Produktbeschreibung zu Smart Roaming, die in unserem Whitepaper zu Smart Roaming verfügbar ist.
Kurz gesagt, der Prozess, mit dem Router bestimmen, welches Netzwerk sie verwenden sollen (automatische Netzwerkauswahl), nutzt nur die Signalstärke, um ein nutzbares Netzwerk zu ermitteln, und dies korreliert nicht unbedingt mit einem Netzwerk, das tatsächlich Daten übertragen kann.
Durch Senden einer SMS-Nachricht mit dem Text „SIM1 SMARTREBOOT” an einen Robustel-Router löscht der Router das „zuletzt bekannte funktionierende Netzwerk” von der SIM-Karte und startet anschließend neu. Das bedeutet, dass der Router einen Scan durchführt und nach dem Zufallsprinzip ein Netzwerk aus einer Liste von Netzwerken mit ausreichender Signalstärke gemäß der 3GPP-Definition der automatischen Netzauswahl auswählt.
Das Global-Testprojekt war eine hervorragende Gelegenheit, Smart Reboot in verschiedenen Umgebungen einem Stresstest zu unterziehen.
Im Zusammenhang mit weltweit eingesetzten Routern kann eine einfache SMS-Nachricht zum intelligenten Neustart den Unterschied zwischen einem Vor-Ort-Einsatz und keinem Vor-Ort-Einsatz ausmachen. Eine SMS-Nachricht für 10 Cent kann einen Vor-Ort-Einsatz per Flugzeug im Wert von 1000 Dollar ersparen.
Smart Reboot funktionierte in allen Ländern wie erwartet – ein Beispiel für die Verwendung der Smart Reboot-Funktionen finden Sie unten, während sich der Router in China befand. Beachten Sie, dass die SMS-Nachrichtensequenz chronologisch von unten nach oben angeordnet ist, mit einer Beschreibung jeder „Aktion” in der Spalte „Hinweis” daneben:
Kommunikationsprobleme sind bei der Verwendung von RF-Systemen von Drittanbietern immer eine Gefahr, aber bei einer globalen Bereitstellung steht noch viel mehr auf dem Spiel, und die Kosten für einen Vor-Ort-Besuch können sich auf Tausende von Dollar belaufen. Aus diesem Grund kann die Smart-Reboot-Funktion von Robustel eine unschätzbare Hilfe sein, wenn es darum geht, eine Vielzahl weit verstreuter 4G-Router zu verwalten.
RobustVPN – Ein weiteres Teil des Puzzles
Eine weitere Herausforderung für OEMs, die weltweit tätig sind, ist das Thema Fernzugriff. Wenn ein Teil der installierten Geräte einen PC umfasst, auf dem Anwendungen wie Teamviewer oder Logmein laufen, lässt sich eine sofortige ausgehende Verbindung zu Geräten, die mit einem 4G-Router verbunden sind, relativ einfach herstellen.
Viele IoT-Geräte verfügen jedoch nicht über den Luxus solcher verbraucherfreundlicher Softwarepakete (und der dazugehörigen Hardware zum Ausführen von Betriebssystemen), sodass die Möglichkeit, sich direkt über die IP-Adresse und die TCP-Portnummer mit einem Gerät zu verbinden, unerlässlich ist – und genau hier beginnen sehr oft die Probleme!
Aufgrund ihrer Beschaffenheit sind 4G-Netze für solche „eingehenden“ Verbindungen nicht ohne Weiteres geeignet, sodass eine Lösung für dieses Problem – oft als „Einwegproblem“ bezeichnet – gefunden werden muss.
Die einfachste Option ist, sich an einen SIM-Anbieter zu wenden, der eine SIM-Karte mit fester IP-Adresse und einen zugehörigen VPN-Dienst anbietet. Allerdings ist es für den OEM nicht immer möglich oder wünschenswert (SIM-Verträge können riskant und kostspielig sein), den Endkunden vorzuschreiben, welche SIM-Karten an jedem Standort verwendet werden sollen.
Hinzu kommt, dass Roaming-SIM-Karten in manchen Regionen unerschwinglich teuer sein können, sodass eine andere „lokale“ SIM-Karte verwendet werden muss. Hier kann der RobustVPN-Dienst von Robustel eine unschätzbare Lösung sein.
RobustVPN ist eine innovative Anwendung der Cloud-basierten VPN-Tunneling-Technologie, die Robustel-Routern feste private IP-Adressen zuweist, die einen einfachen Fernzugriff von überall auf der Welt ermöglichen.
Der von Robustel auf Microsoft Azure gehostete Server kümmert sich um die komplizierten Einrichtungsprobleme, die normalerweise mit OpenVPN verbunden sind, einschließlich Zertifikatsaustausch und Passwörtern.
RobustVPN ist vollständig SIM-unabhängig – das bedeutet, dass JEDE SIM-Karte von jedem Anbieter verwendet werden kann und ein fester IP-Dienst effektiv über diese 4G-SIM-Karte gelegt wird.
RobustVPN ist außerdem „trägerunabhängig“ – das bedeutet, dass es nicht nur mit jeder 4G-SIM-Karte funktioniert, sondern auch mit jeder kabelgebundenen oder kabellosen Internetverbindung, was vollständige Flexibilität bietet, wenn die verfügbaren Internetverbindungsarten an den einzelnen Standorten variieren können. RobustVPN wird auch für Satellitenmodem-Verbindungen (VSAT) auf globalen Schifffahrtsrouten verwendet.
Werden Sie Partner von Robustel: Machen Sie Ihre IoT-Anwendung weltweit verfügbar
Globale IoT-Implementierungen sind eine Herausforderung, müssen aber nicht unerschwinglich sein. Robustel hat in Zertifizierungen, Feldtests und fortschrittliche Funktionen investiert, die eine weltweite Konnektivität praktikabel und kostengünstig machen. Arbeiten Sie noch heute mit unseren Experten zusammen, um Ihre Implementierungsstrategie zu vereinfachen, Risiken zu reduzieren und die Markteinführung mit IoT-Lösungen zu beschleunigen, die überall auf der Welt funktionieren.
Eine Partnerschaft mit Robustel im Rahmen Ihrer globalen Strategie bietet Ihnen folgende Vorteile:
- Globale Frequenzkompetenz: Die GLOBAL-Router-Serie von Robustel wurde für die fragmentierte Welt der 4G-LTE-Bänder entwickelt und gewährleistet nahtlose Konnektivität über Regionen hinweg, ohne die Komplexität oder Kosten mehrerer Geräte-SKUs.
- Weltweit zertifiziert: Durch umfangreiche Investitionen in globale Zertifizierungen beseitigt Robustel eine große Hürde für den Markteintritt und bietet OEMs erschwingliche, weltweit zertifizierte Produkte, die überall einsatzbereit sind.
- Bewährte Risikominderung: Von Smart Reboot bis hin zu realistischen Stresstests auf allen Kontinenten hat Robustel Sicherheitsvorkehrungen getroffen, die Ausfallzeiten reduzieren, kostspielige Vor-Ort-Besuche vermeiden und globale Rollouts risikofrei machen.
- Sicherer Fernzugriff: Die fortschrittlichen VPN- und Fernverwaltungstools von Robustel vereinfachen die Verbindung zu Geräten überall auf der Welt, senken die Supportkosten und machen den globalen Einsatz des IoT praktikabel und nachhaltig.