Eliminación de los puntos débiles en el backhaul de LoRaWAN
Aplicación de tarjetas SIM multin red para el backhaul celular en puertas de enlace LoRaWAN
Libro blanco: resumen ejecutivo
Breve
Las pasarelas LoRaWAN dependen de un backhaul fiable para mantener el flujo de datos desde los dispositivos periféricos hasta los servidores. Las tarjetas SIM tradicionales de red única, e incluso las tarjetas SIM de roaming controlado, suelen dejar las implementaciones expuestas a tiempos de inactividad cuando falla la red «preferida».
Las tarjetas SIM multired mejoran la resiliencia al ofrecer acceso a múltiples operadores, pero siguen dependiendo del proceso de selección automática de red, que elige aleatoriamente entre las redes disponibles y no garantiza la calidad .
Robustel resuelve este problema con SMART Roaming, una tecnología integrada en sus puertas de enlace LoRaWAN que va más allá de la intensidad de la señal. Al medir los tiempos de ping, la calidad de la conexión y cambiar dinámicamente a la mejor red disponible, SMART Roaming permite un tiempo de actividad cercano al 100 %, lo que elimina las costosas visitas al sitio y protege el caso de negocio para las implementaciones de LoRaWAN.
Lo que aprenderás
- Las limitaciones de las tarjetas SIM de red única y por qué fallan a gran escala.
- La diferencia entre las tarjetas SIM de itinerancia dirigidas y no dirigidas, y por qué solo las opciones no dirigidas ofrecen una verdadera resiliencia.
- Cómo funciona la selección automática de red (3GPP 23.122) y por qué no es suficiente para el backhaul de IoT de misión crítica.
- Por qué el mito de la «señal más potente» induce a error en las implementaciones del IoT y qué ocurre realmente cuando las pasarelas eligen las redes.
- Cómo SMART Roaming de Robustel mejora la selección de redes con comprobaciones de estado, pruebas de ping y conmutación dinámica.
- Consideraciones comerciales: por qué las tarjetas SIM de roaming son ahora asequibles y cómo Robustel salva la brecha entre los proveedores de tarjetas SIM y el hardware.
Introducción
En este artículo, exploramos las consideraciones técnicas y comerciales del uso de tarjetas SIM multired para hacer que el backhaul desde puertas de enlace de largo alcance (LoRa) basadas en redes celulares sea más fiable que cuando se utiliza una tarjeta SIM de red única (Figura 1).
Figura 1: El uso de una tarjeta SIM de itinerancia proporciona diversas rutas a Internet, lo que aumenta las posibilidades de que las comunicaciones entre la puerta de enlace y el servidor se realicen con éxito.
Tipos de SIM
Para comprender plenamente las opciones, comenzamos con una descripción general de los tipos fundamentales de tarjetas SIM que se pueden utilizar en una pasarela de red de área amplia de largo alcance (LoRaWAN).
Red única
Las tarjetas SIM de red única cubren una sola red, normalmente en un solo país. Si no hay cobertura en una red concreta en el lugar de instalación, especialmente si se trata de un edificio, las comunicaciones no funcionarán. Y si la implementación es multinacional, será necesario mantener muchos acuerdos SIM diferentes para cada territorio, lo que resulta logísticamente difícil y prácticamente imposible de gestionar a gran escala.
Las tarjetas SIM de itinerancia o multired, como las de los agregadores KPN, Vodafone GDSP, Tele2, Telenor y sus socios distribuidores de valor añadido, han sido la solución tradicional propuesta para los problemas que acabamos de mencionar. Lo que la mayoría de la gente no sabe es que no todas las tarjetas SIM de itinerancia son iguales.
Tarjetas SIM con roaming controlado
En teoría, este tipo de SIM puede acceder a múltiples redes por país, pero en la práctica favorecerá una red específica o un subconjunto de redes para el beneficio comercial del operador móvil. Por lo general, la orientación no se implementa en beneficio de unas comunicaciones fiables, sino para reducir el coste del sistema utilizando únicamente las redes preferidas. Sin embargo, este uso de redes preferidas da lugar a lo contrario de lo que desean los proveedores de servicios/sistemas de IoT, que necesitan un tiempo de actividad de la red lo más cercano posible al 100 %, ya que la red preferida puede ser incapaz de prestar un servicio cuando otra no preferida sí puede hacerlo.
Aunque el roaming dirigido es un tema complejo que solo se ha abordado aquí de forma superficial, una solución consiste en seleccionar un proveedor de tarjetas SIM de roaming no dirigidas de buena calidad para eliminar los caprichos del direccionamiento de la aplicación.
Tarjetas SIM sin control de itinerancia
A medida que las desventajas del roaming dirigido se han hecho más evidentes en el mercado, algunos proveedores de redes móviles han comenzado a ofrecer y promover tarjetas SIM de roaming no dirigidas. Esto significa que la tarjeta SIM no tiene una lista de redes preferidas y no sufre la dirección del operador a nivel de red. Básicamente, una tarjeta SIM de roaming no dirigida es un lienzo en blanco que simplemente proporciona acceso a las redes cuando es necesario, sin «cargar los dados».
Una vez establecida una fuente de tarjetas SIM de itinerancia sin control de buena calidad, podemos investigar cómo reacciona una pasarela LoRa ante dichas tarjetas SIM y otras medidas para optimizar la fiabilidad de las comunicaciones entre la pasarela y el servidor.
Proceso de selección de red
Uno de los conceptos más malinterpretados en torno a las tarjetas SIM de itinerancia es el de la selección de red.
Contrariamente a lo que se ha dicho a mucha gente, las tarjetas SIM no desempeñan un papel activo en la selección de la red (excepto en las aplicaciones del kit de herramientas USIM). La elección de una red adecuada es una función del hardware, no de la tarjeta SIM.
Las pasarelas LoRa se fabrican utilizando módulos celulares (normalmente 4G/LTE) disponibles en el mercado, como los fabricados por Telit, Gemalto, Quectel, Huawei y otras empresas.
El módulo se encarga de toda la interacción con la red móvil desde la capa RF hacia arriba. La mayoría de los módulos tienen una pila TCP/IP integrada para simplificar el desarrollo de aplicaciones, pero también pueden actuar en modo módem, en cuyo caso la pila TCP/IP del sistema host (normalmente Linux para una pasarela LoRa) actúa como punto final IP para las comunicaciones entre la pasarela y el servidor.
El sistema host se comunica con un módulo celular utilizando comandos de atención (AT) estándar del sector, tal y como se definen en GSM07.07 y GSM07.05, así como una serie de comandos AT específicos del fabricante (del módulo).
Estos comandos determinan cómo debe comportarse el módulo en una pasarela LoRa, y un subconjunto de comandos AT está directamente asociado con el proceso de selección de red.
La gran mayoría de los fabricantes de pasarelas LoRa utilizarán la selección automática de red mediante el envío de «AT+COPS=0» al módulo, lo que le indica que se encargue de registrarse en una red según el conjunto de reglas de TS 3GPP 23.122, tal y como se detalla a continuación:
«El MS (dispositivo celular, es decir, LoRa Gateway) selecciona e intenta registrarse en otras combinaciones de PLMN/tecnología de acceso, si están disponibles y son admisibles, en el siguiente orden:
- ya sea el HPLMN (si la lista EHPLMN no está presente o está vacía) o el EHPLMN de mayor prioridad que esté disponible (si la lista EHPLMN está presente);
- cada combinación de PLMN/tecnología de acceso en el archivo de datos «Selector PLMN controlado por el usuario con tecnología de acceso» de la SIM (por orden de prioridad);
- cada combinación de PLMN/tecnología de acceso en el archivo de datos «Selector PLMN controlado por el operador con tecnología de acceso» de la SIM (por orden de prioridad);
- otras combinaciones de PLMN/tecnología de acceso con señal recibida de alta calidad en orden aleatorio;
- otras combinaciones de PLMN/tecnología de acceso en orden decreciente de calidad de señal».
Para comprender mejor el proceso de selección automática de red, consulte el glosario de términos de la tabla 1.
- PLMN = Red móvil pública terrestre = Red móvil
- HPLMN = Red móvil pública doméstica = Red doméstica
- EHPLMN = Red móvil pública eficaz = Red con estado eficaz de red doméstica
- Tecnología de acceso = Tecnología de acceso por radio, como GPRS/UMTS/LTE, equivalente a 2G/3G/4G.
Es importante señalar que el proceso de selección automática de red no hace mención al paradigma de «última red conocida válida», por el cual se almacena en la tarjeta SIM el registro anterior exitoso en una red. Este paradigma tendrá prioridad y significa que una tarjeta SIM se conectará a la red anterior, independientemente de un cambio de ubicación o de las condiciones de la red, siempre y cuando se cumplan los criterios básicos.
Cuando se utiliza una tarjeta SIM sin notificación de una red registrada previamente, no se cumple ninguna de las condiciones i a iii anteriores, lo que significa que el módulo tomará la medida iv como primer paso en la selección automática de la red.
La acción 5 implica que el módulo realice un escaneo de red para identificar las redes locales y la tecnología asociada (GPRS/UMTS, etc.).
Una vez completado, el módulo determinará qué redes tienen una señal de buena calidad y elegirá al azar la red en la que intentará registrarse primero, seleccionando entre todas las redes de buena calidad.
El término clave aquí es «al azar».
Muchas personas difunden el mito de la «señal más fuerte», sugiriendo que una tarjeta SIM en roaming siempre se conectará primero a la «señal más fuerte». Como se puede ver en la especificación TS 3GPP 23.122 mencionada anteriormente, el registro en la señal más fuerte solo se intentará en el paso 5 si no hay posibilidad de registrarse en una red utilizando la metodología descrita en el paso 4.
Si imaginamos a 200 personas bajando de un avión en un destino vacacional y encendiendo sus teléfonos más o menos al mismo tiempo, resulta bastante evidente por qué es deseable un reparto aleatorio y distribuido del tráfico de itinerancia, de ahí el diseño fundamental del proceso de selección automática de red. (¡El proceso de itinerancia se inventó originalmente para teléfonos móviles de consumo, no para pasarelas LoRa!).
El problema con la selección automática de red
Ahora que se comprende el proceso de selección automática de redes, es fácil descubrir sus limitaciones. La selección automática solo utiliza la intensidad de la señal para determinar una red utilizable, pero una medición baja del indicador de intensidad de señal recibida (RSSI) no es en absoluto una prueba definitiva de que la red elegida pueda soportar comunicaciones IP de extremo a extremo. Por lo tanto, necesitamos algo más, algo que complemente la selección automática de redes para asegurarnos de que obtenemos el mejor servicio disponible.
Consideraciones comerciales sobre las tarjetas SIM de itinerancia/multired
Una vez comprobado que una tarjeta SIM de itinerancia probablemente proporcionará un mejor «tiempo de actividad» para un conjunto de puertas de enlace LoRaWAN, es esencial tener en cuenta las implicaciones financieras que conlleva el cambio de una red única a tarjetas SIM de itinerancia.
Hasta hace poco, las tarjetas SIM de itinerancia solo eran comercialmente viables para aplicaciones con un uso de datos muy bajo, como el seguimiento de vehículos y la medición inteligente, especialmente si se tiene en cuenta una tarjeta SIM de itinerancia sin control, en la que se puede acceder libremente a cualquier red sin limitaciones.
Sin embargo, los cambios en el mercado hacen que, en algunos continentes, el roaming sea ahora muy asequible, y la UE está sin duda liderando la iniciativa en este ámbito.
En la UE, ahora se puede disfrutar de un servicio de itinerancia sin control de buena calidad por entre 10 y 20 dólares al mes por GB. ¿Merece la pena pagar más para acercarse al 100 % de tiempo de actividad en una red de puertas de enlace LoRa? Aunque la respuesta depende de la aplicación prevista, es importante saber que aquellos cuyo backhaul depende totalmente de las comunicaciones celulares tienen la opción de recibir un mejor servicio y deben saber qué deben hacer para aprovechar esta opción.
Es precisamente este problema fundamental el que pretende resolver la función SMART Roaming de Robustel, utilizando la simplicidad de la selección automática de red, pero complementándola con comprobaciones de estado y el uso de la selección manual de red para garantizar la máxima fiabilidad posible.
SMART Roaming: una solución a un problema ancestral
Las pasarelas LoRaWAN de Robustel son compatibles con SMART Roaming, que se puede configurar para comprobar si se ha producido una pérdida de comunicaciones de datos móviles en la red actual y forzar un cambio a una red alternativa en un breve periodo de tiempo. Esto puede ahorrar el coste de las visitas in situ y proporcionar la tranquilidad de que la metodología celular de mayor fiabilidad posible mantiene el reenviador de paquetes de la pasarela en comunicación con el servidor de red LoRaWAN.
SMART Roaming comprueba no solo la intensidad de la señal, sino también los tiempos de ping y la finalización del ping para obtener una imagen más completa de la conexión actual. Si la comprobación de estado falla, el router evaluará dinámicamente la calidad de las redes alternativas y cambiará a la siguiente mejor si se pierde la comunicación o esta es de «baja calidad».
Este concepto fundamental se utiliza con gran eficacia en el mercado de la medición, donde se despliegan millones de dispositivos y, como consecuencia, se consigue un tiempo de actividad global cercano al 100 %. Esta tecnología se desarrolla y ajusta generalmente para una combinación específica de módulo celular (2G/3G/4G) y SIM de itinerancia. Generalizar la solución para una multitud de redes no es fácil, pero eso es lo que se ha conseguido en las pasarelas LoRaWAN de Robustel gracias a la aplicación SMART Roaming.
La idea de poder transmitir datos en múltiples redes de radio en lugar de depender de una sola como medio para mejorar la fiabilidad se reconoce desde hace mucho tiempo. Sin embargo, se trata de un tema complejo que se encuentra entre el ámbito del proveedor de SIM y el del proveedor de hardware. Romper estas barreras de conocimiento y proporcionar una solución SMART Roaming lista para usar es la contribución de Robustel para ayudar a la proliferación de LoRaWAN como una solución LPWAN basada en estándares y altamente flexible.
Asóciese con Robustel: implementaciones LoRaWAN a prueba de fallos
Una red de retorno poco fiable es uno de los mayores riesgos en las implementaciones de LoRaWAN, pero no tiene por qué ser así. Robustel combina routers de nivel operador, experiencia en SIM de itinerancia no dirigida y tecnología SMART Roaming para ofrecer conectividad permanente a las pasarelas de todo el mundo. Asóciese hoy mismo con Robustel para eliminar el tiempo de inactividad, reducir los costes y aprovechar todo el potencial de su red LoRaWAN.
