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Robustel Smart Roaming – die nächste Generation der globalen IoT-Konnektivität

Weißbuch – Zusammenfassung

Kurz

Roaming-SIM-Karten werden seit langem als Lösung für unzuverlässige GSM-Verbindungen in IoT- und M2M-Anwendungen angepriesen. In der Praxis lösen sie jedoch nur einen Teil des Problems. Die Netzauswahl wird von der Hardware und Firmware bestimmt – nicht von der SIM-Karte –, was bedeutet, dass Geräte trotz der Verfügbarkeit von Multi-Netzwerk-SIM-Karten in schlechten oder ausgefallenen Netzwerken „stecken bleiben“ können.

Die Smart Roaming-Technologie von Robustel geht noch einen Schritt weiter. Sie überprüft kontinuierlich nicht nur die Signalstärke, sondern auch die tatsächliche Datenverbindung anhand von Ping-Zeiten und Abschlussraten. Wenn eine Verbindung ausfällt oder unter die festgelegte Qualität fällt, schaltet Smart Roaming den Router automatisch auf ein leistungsfähigeres Netzwerk um.

Dieser proaktive Ansatz bietet Carrier-Grade-Zuverlässigkeit für IoT-Anwendungen, bei denen Ausfallzeiten inakzeptabel sind, wodurch kostspielige Vor-Ort-Besuche entfallen und eine nahezu 100-prozentige Verfügbarkeit der verbundenen Geräte gewährleistet wird.

Was Sie lernen werden
  • Die Einschränkungen von SIM-Karten für ein einziges Netzwerk und gesteuertes Roaming und warum ungesteuerte SIM-Karten allein für missionskritisches IoT nicht ausreichen.
  • Wie die automatische Netzauswahl (3GPP 23.122) funktioniert – und warum sie bei IoT-Anwendungen oft versagt.
  • Warum der Mythos vom „stärksten Signal“ irreführend ist und wie er sich auf die tatsächliche Verfügbarkeit auswirkt.
  • Wie Smart Roaming durch die Kombination von Zustandsprüfungen, Ping-Tests und manuellem Netzwerkwechsel für mehr Intelligenz sorgt.
  • Bereitstellungsoptionen: Installation von Smart Roaming über das RobustOS App Center oder vorkonfiguriert in großem Maßstab für eine Zero-Touch-Einführung.

Einführung

SMART Roaming ist eine neue Technologie, die ausschließlich in Robustel-Routern verfügbar ist und die Zuverlässigkeit der GSM-Verbindung auf das von IoT- und M2M-Lösungsanbietern geforderte Niveau erhöht.

Multi-Netzwerk-SIM-Karten (auch bekannt als Roaming-SIM-Karten) wurden oft als Lösung für zeitweise unterbrochene GSM-Kommunikation vorgeschlagen, aber das ist nur die halbe Wahrheit – eine Wahrheit, die von den Anbietern solcher Produkte selten verstanden oder vollständig erklärt wird.

Das Problem

Grundsätzlich scheinen Roaming-SIM-Karten, die Zugang zu allen 2G-, 3G- und 4G-Netzen in einem Land bieten, eine großartige Lösung für die Einschränkungen einer Mobilfunk-Internetverbindung über nur einen Netzbetreiber zu sein (begrenzte Abdeckung und mögliche zeitweise Überlastung sind die Hauptprobleme). Dies ist jedoch nur ein Teil des Problems.

Die Netzauswahl ist eine Funktion der Hardware und NICHT der SIM-Karte. Daher scheint eine Roaming-SIM-Karte zwar grundsätzlich eine gute Idee zu sein, aber es ist möglich, dass Sie trotz Verwendung einer Multi-Netzwerk-SIM-Karte feststellen, dass Ihr Gerät (Router/Modem) bei Verbindungsabbruch nicht auf ein alternatives Netzwerk umschaltet.

Die vollständigen Details des Prozesses, der die „Netzauswahl“ regelt, sind in der 3GPP-Norm TS 3GPP 23.122 beschrieben, die unter https://portal.3gpp.org/ heruntergeladen werden kann. Dies hilft technisch versierten Lesern, die vollständigen Details und Einschränkungen der automatischen Netzauswahl zu verstehen.

Die Lösung

Alle Robustel-Router, die „SMART Roaming“ unterstützen, können so konfiguriert werden, dass sie den Verlust der mobilen Datenkommunikation im aktuellen Netzwerk überprüfen und innerhalb kurzer Zeit zu einem alternativen Netzwerk wechseln. Dies kann die Kosten für Vor-Ort-Besuche einsparen und gibt Ihnen die Gewissheit, dass Sie die „höchstmögliche Zuverlässigkeit“ der Kommunikationsmethodik für Ihre verbundenen Geräte implementiert haben, bevor Sie eine große Anzahl von Mobilfunkgeräten in Betrieb nehmen.

SMART Roaming überprüft nicht nur die Signalstärke, sondern auch die „Ping-Zeiten“ und die „Ping-Vollständigkeit“, um ein vollständigeres Bild der aktuellen Verbindung zu erhalten. Wenn der Gesundheitscheck fehlschlägt, bewertet der Router dynamisch die Qualität alternativer Netzwerke und wechselt zum nächstbesten, wenn die Kommunikation unterbrochen ist oder eine „geringe Qualität“ aufweist.

SIM-Typen

Zunächst einmal ist es notwendig, die grundlegenden Arten von SIM-Karten zu verstehen, die für M2M-/IoT-Anwendungen verkauft werden:

Einzelne Netzwerk-SIM-Karte

Diese SIM-Karten bieten Netzabdeckung in einem einzigen Netz, in der Regel in einem einzigen Land. Das bedeutet, dass die Kommunikation nicht funktioniert, wenn am Installationsort (insbesondere in einem Gebäude) keine Netzabdeckung vorhanden ist. Außerdem müssen bei einer multinationalen Bereitstellung viele verschiedene SIM-Verträge für verschiedene Gebiete abgeschlossen werden, was logistisch schwierig und in großem Maßstab praktisch unmöglich zu verwalten ist.

Die traditionelle Lösung für diese Probleme bestand darin, eine Roaming- oder „Multi-Netzwerk“-SIM-Karte anzubieten, wie sie typischerweise von Aggregatoren wie Jersey Telecom, Tele2, Telenor, KPN, Vodafone, Telefonica und anderen angeboten wird.

Was die meisten Menschen nicht wissen, ist, dass nicht alle Roaming-SIM-Karten gleich sind!

Gesteuerte Roaming-SIM-Karte

Dieser SIM-Typ „kann“ auf mehrere Netzwerke pro Land zugreifen, bevorzugt jedoch ein bestimmtes Netzwerk oder eine bestimmte Untergruppe von Netzwerken, um dem Mobilfunkbetreiber einen wirtschaftlichen Vorteil zu verschaffen. In den meisten Fällen wird diese Steuerung nicht zum Zweck einer zuverlässigen Kommunikation implementiert, sondern um das System durch die Nutzung „bevorzugter“ Netzwerke kostengünstiger zu gestalten. Dies steht in der Regel im Widerspruch zu den Anforderungen von IoT-Dienst-/Systemanbietern, die eine Netzwerkverfügbarkeit von möglichst 100 % benötigen.

Die Steuerung des Roamings ist ein komplexes Thema, das in diesem Dokument nicht behandelt wird. Die primäre und einfachste Lösung besteht darin, eine hochwertige „unsteuerbare“ Roaming-SIM-Karte auszuwählen, obwohl eine geschickte Kombination von steuerbaren Roaming-Programmen dazu beitragen kann, wünschenswerte wirtschaftliche Ergebnisse zu erzielen.

Unsteered Roaming SIM

Da die Nachteile des gesteuerten Roamings auf dem Markt immer deutlicher zutage treten, haben einige Mobilfunkanbieter begonnen, „ungesteuerte“ Roaming-SIM-Karten anzubieten und zu bewerben. Das bedeutet, dass die SIM-Karte keine Liste mit bevorzugten Netzwerken enthält und keiner steuerung durch den Betreiber auf Netzwerkebene unterliegt. Im Wesentlichen ist eine ungelenkte Roaming-SIM-Karte eine leere Leinwand, die einfach bei Bedarf Zugang zu Netzwerken bietet, ohne dass „die Würfel gezinkt” sind. Dies ist wohl der bevorzugte Ausgangspunkt für jede M2M/IoT-Anwendung, bei der Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit entscheidend sind.

Netzwerkauswahlprozess

Eines der am häufigsten missverstandenen Konzepte im Zusammenhang mit Roaming-SIM-Karten ist das der Netzauswahl.

Entgegen der weit verbreiteten Meinung spielen SIM-Karten keine aktive Rolle bei der Netzauswahl (mit Ausnahme derjenigen, die SIM-Toolkit-Anwendungen nutzen, um solche Ziele zu erreichen, was jedoch nicht üblich ist). Die Auswahl eines geeigneten Netzes ist eine Funktion der Hardware und/oder der Art und Weise, wie die Hardware durch die zugehörige Firmware (in der Regel über AT-Befehle) gesteuert wird.

Es gibt zwei grundlegende Arten der Netzauswahl:

Automatische Netzwerkauswahl

Dieser Prozess wird durch eine Reihe von Regeln in TS 3GPP 23.122 definiert, die im Folgenden näher erläutert werden:

„Das MS (Mobilfunkgerät) wählt andere PLMN/Zugangstechnologie-Kombinationen aus und versucht, sich in der folgenden Reihenfolge zu registrieren, sofern diese verfügbar und zulässig sind:

  1. entweder das HPLMN (wenn die EHPLMN-Liste nicht vorhanden oder leer ist) oder das EHPLMN mit der höchsten Priorität, das verfügbar ist (wenn die EHPLMN-Liste vorhanden ist);
  2. jede PLMN/Zugangstechnologie-Kombination in der Datendatei „Benutzergesteuerter PLMN-Selektor mit Zugangstechnologie” auf der SIM-Karte (in der Reihenfolge ihrer Priorität);
  3. jede PLMN/Zugangstechnologie-Kombination in der Datendatei „Operator Controlled PLMN Selector with Access Technology” auf der SIM-Karte (in der Reihenfolge ihrer Priorität);
  4. andere PLMN-/Zugangstechnologie-Kombinationen mit empfangenen Signalen hoher Qualität in zufälliger Reihenfolge;
  5. andere PLMN-/Zugangstechnologie-Kombinationen in absteigender Reihenfolge der Signalqualität.

Diese Regeln zur Netzauswahl wurden ursprünglich vor vielen Jahren definiert und nutzen nicht die Fähigkeit der TCP/IP-Kommunikation als Indikator für ein nutzbares Netzwerk. Das bedeutet, dass sich das Mobilfunkgerät zwar in einem Netzwerk mit guter Signalstärke befinden kann, aber aus anderen Gründen keine Daten übertragen werden können. Dies ist für jeden IoT/M2M-Dienstanbieter äußerst unerwünscht.

Ein weiterer kritischer Punkt ist, dass die Hardware vor diesem Auswahlprozess immer versucht, das „zuletzt bekannte funktionierende Netzwerk“ oder RPLMN (Registered PLMN) zu verwenden, was bedeutet, dass selbst ein Neustart ein nicht verbundenes System nicht unbedingt in einen funktionsfähigen Zustand versetzt. Das RPLMN-Konzept könnte bedeuten, dass ein Router aufgrund von Fehlern im automatischen Netzwerkauswahlprozess weiterhin eine Verbindung zu einem Netzwerk herstellt, ohne dass die Datenkommunikation funktioniert. Die Nettoauswirkung davon ist ganz einfach der Verlust der Datenkommunikation.

Dieser sehr obskure Punkt wird häufig nicht verstanden und hat große Auswirkungen auf diejenigen, die erwarten, dass alles „einfach funktioniert“, wenn eine Roaming-SIM-Karte mit automatischer Netzauswahl verwendet wird.

Der automatische Netzwerkauswahlprozess berücksichtigt keine paketvermittelte Kommunikation. Daher bleibt eine Anwendung, die zwar eine gute Signalstärke erkennt, aber nicht mit einem Server im Internet kommunizieren kann, in einem Zustand ohne Verbindung und wird nicht automatisch wiederhergestellt.

Um dieses Problem zu vermeiden, ist eine zusätzliche Logik in der Geräte-Firmware erforderlich.

Genau dieses grundlegende Problem möchte die Anwendung „SMART Roaming” von Robustel lösen, indem sie die Einfachheit der automatischen Netzauswahl nutzt, diese jedoch durch Zustandsprüfungen und die manuelle Netzauswahl ergänzt, um eine möglichst hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Der Mythos vom stärksten Signal

Es kommt immer häufiger vor, dass man von Anbietern von Roaming-SIM-Karten ohne Festnetzanschluss – insbesondere von deren Vertriebs-/Marketingabteilungen – folgende oder ähnliche Aussagen hört:

„Diese SIM-Karte verbindet sich mit dem stärksten Netz und ist daher wesentlich zuverlässiger als andere SIM-Karten.“

Wie in diesem Dokument dargelegt, ist der Prozess der Netzauswahl leider komplizierter als diese vereinfachte Darstellung und aus den folgenden Gründen nachweislich falsch.

  • SIM-Karten stellen keine aktive Verbindung her. Sie treffen auch keine eigenständigen Entscheidungen über die Netzauswahl – dies ist eine Funktion des Mobilfunkmoduls/Routers, das/der gemäß dem TS 3GPP 23.122-Prozess programmiert wurde. SIM-Karten sind im Grunde genommen nur ein Speicherort für Dateien.
  • Aus Abbildung 2.0 oben geht aus Schritt (iv) eindeutig hervor, dass Netzwerke „zufällig“ ausgewählt werden – nicht zuerst das stärkste Signal. Für diese Gestaltung gibt es einen sehr guten Grund. Wenn jedes Gerät immer das beste Signal nach RSSI wählen würde, wäre die Wahrscheinlichkeit einer Sättigung höher als wenn Roaming-Geräte zufällig aus allen verfügbaren Zellen auswählen, solange sie eine gute („hochwertige“) Signalstärke haben.
Manuelle Netzwerkauswahl

Im Vergleich dazu ist die manuelle Netzauswahl relativ einfach im Vergleich zur automatischen Netzauswahl. Ein Gerät kann eine Verbindung zu einem bestimmten Netz anfordern, und solange die Registrierung für die entsprechenden Dienste durch die SIM-Karte/den Anbieter erlaubt ist, wird eine Verbindung hergestellt.

An dieser Stelle wäre es sinnvoll zu fragen,

„Warum verwenden nicht alle M2M-Anwendungen die manuelle Netzauswahl?“

Das mangelnde Verständnis der Hardwarehersteller in Verbindung mit einem relativ hohen Risiko-/Komplexitätsgrad im Entwicklungsprozess für solche Unterprogramme führt dazu, dass viele davor zurückschrecken, ihren vernetzten Produkten solche „Feinschliff“-Funktionen hinzuzufügen.

Das „SMART Roaming“ von Robustel überwindet die Einschränkungen der automatischen Netzauswahl und ermöglicht so eine zuverlässige Verbindung für Mobilfunk-IoT-Geräte, die eine hohe Verfügbarkeit erfordern.

Werden Sie Partner von Robustel: Sichern Sie sich Ihre Betriebszeit


Unzuverlässige Konnektivität ist der versteckte Kostenfaktor bei IoT-Implementierungen – aber das muss nicht sein. Die Smart Roaming-Technologie von Robustel verwandelt Multi-Netzwerk-SIM-Karten in wirklich ausfallsichere Verbindungen, unterstützt durch Hardware der Enterprise-Klasse und globales Fachwissen. Werden Sie noch heute Partner von Robustel, um Ausfallzeiten zu vermeiden, Supportkosten zu senken und Ihren IoT-Geräten die zuverlässige Konnektivität zu bieten, die sie verdienen.