Il 4G LTE è buono? Valutazione tecnica e considerazioni sull'implementazione

Mentre il panorama tecnologico si sposta verso il 5G, è facile sottovalutare la perdurante importanza del 4G LTE. Tuttavia, l'LTE rimane il cavallo di battaglia della connettività industriale ed embedded. In questa guida, vi guiderò attraverso una valutazione rigorosa dei punti di forza, delle debolezze e delle considerazioni pratiche sull'implementazione dell'LTE, in modo che possiate fare una scelta consapevole per il vostro progetto.

Indice dei contenuti

• Introduzione
• Panoramica della tecnologia 4G LTE
• Caratteristiche delle prestazioni
• Copertura, disponibilità e resilienza
• Indirizzamento e connettività di rete
• Caratteristiche di sicurezza e conformità dei dati
• Qualità del servizio e priorità
• Gestione delle SIM e provisioning su scala
• Distribuzioni private LTE e CBRS
• Consumo di energia e integrazione dei dispositivi
• Valutazione e idoneità dei casi d'uso
• Considerazioni sui costi

Introduzione

Quando si progetta una piattaforma IoT industriale o un sistema di monitoraggio incorporato, la connettività non è mai un elemento secondario. Mentre il 5G è sotto i riflettori, il 4G LTE offre stabilità e portata comprovate. Questa guida vi aiuta a valutare se le prestazioni e l'ecosistema LTE sono in linea con i vostri requisiti di implementazione.

• Perché valutare l'LTE?-È ancora ampiamente supportato, conveniente e maturo.
• Ambito di applicazione-Casi d'uso industriali, embedded e IoT.
• Pubblico-Ingegneri hardware, architetti di soluzioni e sviluppatori embedded.

Alla fine, avrete le idee chiare per stabilire se l'LTE fa al caso vostro o se è arrivato il momento di investire in alternative.

Panoramica della tecnologia 4G LTE

L'LTE, standardizzato dal 3GPP, ha spostato la rete cellulare verso un paradigma all-IP, aprendo la strada al moderno IoT.

• L'evoluzione-Dalla Release 8 LTE a LTE-Advanced Pro, con aggregazione delle portanti e miglioramenti MIMO.
• Caratteristiche principali-Velocità di download di picco da 150 Mbps (LTE) a oltre 1 Gbps (LTE-A Pro).
• Miglioramenti della latenza-Circa 30-50 ms di andata e ritorno.

Queste capacità rimangono più che adeguate per molte applicazioni industriali.

Caratteristiche delle prestazioni

Le prestazioni dell'LTE nel mondo reale dipendono fortemente dall'ambiente e dal carico di rete.

• Produttività-In genere 20-80 Mbps in downlink nelle aree urbane.
• Latenza-Mediamente 30-60 ms, con picchi occasionali durante la congestione.
• Jitter-5-20 ms nella maggior parte degli scenari.

"La coerenza della latenza è spesso più critica della larghezza di banda per i loop SCADA e di controllo".

Se il carico di lavoro richiede determinismo, è necessario eseguire test approfonditi nell'ambiente di rete di destinazione.

Copertura, disponibilità e resilienza

La copertura LTE è quasi universale nei mercati maturi, ma varia altrove.

• Urbano-Siti cellulari densi e forti segnali interni.
• Rurale-Distanze maggiori tra le torri; il segnale può degradarsi rapidamente.
• Ridondanza-Considerate le SIM multirete o il ripiego su Wi-Fi/satellite.

Prima di distribuire l'LTE su scala, vi consiglio di effettuare dei sopralluoghi per verificare la copertura e la potenza del segnale.

Indirizzamento e connettività di rete

Le reti LTE si affidano comunemente al NAT del vettore e all'IPv4, ponendo problemi per le connessioni in entrata.

• Vettore NAT-Blocca il traffico in entrata non richiesto.
• IPv6-Cresce il sostegno, ma l'adozione non è uniforme.
• Attraversamento NAT-Spesso richiede VPN o tunnel inversi.

Prevedere tempo e risorse per le soluzioni di rete durante la pianificazione dell'implementazione.

Caratteristiche di sicurezza e conformità dei dati

L'LTE ha migliorato notevolmente la sicurezza rispetto al 2G/3G, ma non è immune da vettori di attacco.

• Autenticazione-Credenziali basate su SIM.
• Crittografia-La crittografia AES protegge i collegamenti radio.
• VulnerabilitàGli exploit di protocollo e i cattura-IMSI persistono.

Assicuratevi di implementare la crittografia VPN per i dati sensibili e di mantenere aggiornato il firmware.

Qualità del servizio e priorità

L'LTE supporta la QoS tramite le QCI, ma le reti pubbliche non possono garantire il determinismo.

Suggerisco di collaborare con i carrier per assicurarsi APN dedicati o fette private se sono necessarie prestazioni mission-critical.

Gestione delle SIM e provisioning su scala

La gestione di migliaia di SIM richiede automazione.

• eSIM-Semplificare la logistica con il provisioning remoto.
• Ciclo di vita-Piano di attivazione, sospensione e disattivazione.
• Contratti con i vettori-Negoziare condizioni che corrispondano al vostro modello di scalabilità.

L'utilizzo di piattaforme di gestione centralizzate può ridurre notevolmente i costi operativi.

Distribuzioni private LTE e CBRS

L'LTE privato offre prestazioni prevedibili senza dipendere dalle reti pubbliche.

• Architettura-EPC ed eNodeB on-premise.
• CBRS-Negli Stati Uniti, la condivisione dello spettro apre nuove possibilità.
• Casi d'uso-Fabbriche, magazzini e reti di campus.

"L'LTE privato offre una miscela convincente di controllo, sicurezza e prestazioni rispetto all'LTE pubblico".

Consumo di energia e integrazione dei dispositivi

I moduli LTE possono essere avidi di energia, soprattutto durante la trasmissione.

• Inattivo-Basso consumo energetico (~5-10 mA).
• Trasmissione-Picchi fino a 2 A.
• Ottimizzazione-Il ciclo di funzionamento e la messa a punto del firmware riducono i consumi.

Considerare l'impatto della batteria quando si progetta un'installazione remota.

Valutazione e idoneità dei casi d'uso

L'LTE rimane molto adatto a molti scenari.

• SCADA-Ottimo per la telemetria periodica, meno ideale per i loop di controllo in tempo reale.
• Tracciabilità delle risorse-Eccellente copertura e prestazioni della batteria con cicli di lavoro ottimizzati.
• Edge computing mobile-Velocità di trasmissione adeguata alla maggior parte dei carichi di lavoro.

Prima di scegliere un modulo, mappare attentamente i requisiti dei casi d'uso con le capacità dell'LTE.

Considerazioni sui costi

I costi hardware e operativi dell'LTE possono essere inferiori a quelli delle alternative 5G.

• Costi del modulo-$10-$40 per dispositivo, a seconda delle capacità.
• Piani dati-Varia molto in base alla regione e al volume.
• Costo totale di proprietà-Include il provisioning, la gestione e la manutenzione.

Tenete sempre conto dei costi del ciclo di vita, non solo delle spese iniziali per l'hardware.

Conclusione

La maturità, la copertura e i vantaggi economici dell'LTE ne fanno un'opzione affidabile per i sistemi embedded e industriali. Anche se il 5G diventerà sempre più importante, l'LTE rimane la spina dorsale per molte implementazioni critiche. Vi consiglio di convalidare le prestazioni della rete locale, di pianificare l'attraversamento dei NAT e di progettare l'efficienza energetica. Quando questi fattori si allineano, l'LTE è ancora una scelta eccellente.

Suggerimento: Per ulteriori risorse sulle soluzioni di connettività embedded, si consiglia di esplorare Scheda MiniITX.