17 листопада 2021
Зміст:
« ..у телекомунікаційних системах термін Carrier grade («операторський клас») відносять до систем, їх апаратних чи програмних компонентів, які відрізняються високою надійністю.»
Ключові параметри шлюзів LoRaWAN операторського рівня
Вимоги Carrier Grade введені наприкінці 1990-х з метою підвищення надійності рішень та забезпечення ключових стандартів обладнання для об’єктів критичної інфраструктури, а також, телекомунікаційної галузі.
Серед широкого кола стандартів і специфікацій, яким повинні відповідати телекомунікаційні рішення залежно від архітектури та умов розгортання, існує 12 ключових вимог (показників, KPI), які мають бути враховані в будь-якому дизайні складових елементів cистем операторського класу - Carrier Grade.
Ключовими вимогами керуються розробники та оператори LoRaWAN рішень, для досягнення надійності операторських мереж, продуктивності каналів радіозв’язку, балансу інвестицій та поточних експлуатаційних витрат.
Моделі базових станцій (шлюзів) Tektelic KONA
На малюнку - чотири моделі шлюзів LoRaWAN виробника Tektelic, які відповідають показникам пристроїв «операторського класу» (Carrier Grade), деталі ключових вимог та їх вплив на комерційний успіх мереж LoRaWAN будуть розглянуті в даному матеріалі.
Відповідність телекомунікаційного обладнання рівню «операторського класу» (Carrier Grade) описано 12 ключовими показниками (KPI), які є орієнтиром для розробників та операторів мереж:
- для розробників - на стадіях проектування, впровадження та тестування
- для операторів - на стадії планування та розгортання мережі з періодом експлуатації 8-10 років без простоїв, проблем, регулярних відвідувань сайтів, що в підсумку призведе до щорічного збільшення витрат або повної заміни обладнання, значно раніше запланованого часу.
Детальніше з моделями Tektelic KONA можна ознайомитись на сторінці нашого сайту:
Ключові показники шлюзів LoRaWAN операторського класу (Carrier Grade):
- Доступність мережі на базі шлюзів (нормальне обслуговування запитів) мінімум 0,99999 (максимум 5 хвилин простою на рік). Системи HA (High Availability) зазвичай мають онлайн-доступність в діапазоні 99,9% до 99,999%.
-
Середній час між відмовами (MTBF) - понад 15 років завдяки конструкції шлюзу та аналізу збоїв у часі.
-
Оновлення конфігурації та оновлення програмного забезпечення - без візиту на сайт шлюзу (один візит може бути дорожчим, ніж сам шлюз, і тривати кілька днів через віддаленість локації, доступність та погодні умови).
-
Контроль шлюзом власних функціональних вузлів та елементів: радіотракт, 3G-4G-модеми, підсистеми зворотного зв'язку та живлення, контроль телеметрії (при виявленні відхилень - шлюз генерує тривогу та вказує, яка підсистема вийшла з ладу та пропонує можливі дії по відновленню).
-
Відсутність перешкод від шлюзу іншим типам бездротових мереж, особливо в ліцензованих діапазонах. Показник зумовлює наявність в конструктиві високо селективного смугового радіочастотного фільтра на передавальному тракті (створення радіо перешкод - ризик вимкнення всієї мережі LoRaWAN регулюючими органами).
-
Захист від інтерференції радіовипромінювання інших радіо систем (3G, 4G, 5G, FM-радіо, телевізійне мовлення, GPS). Відсутність належних фільтрів антенного входу спричиняє спотворення корисного сигналу, зменшує площу покриття мережі LoRaWAN, вірогідність правильного прийому сигналу, загальну надійність мережі (див п.1). В багатьох випадках виходить з ладу радіоприймальний тракт.
-
Захищеність даних мережі. Програмні та конструктивні реалізації шлюзу й мережі LoRaWAN в цілому повинні гарантувати захищеність та конфіденційність зібраних даних.
-
Гнучкі налаштування та конфігурація. Дизайн, функціональність, продуктивність (технічні характеристики) шлюзу для конфігурації під потреби конкретного замовника.
-
Підтримка функціоналом шлюзу стандартів 3G, 4G (LTE) та еволюцію операторських технологій протягом 5-10 років (включає сертифікацію вбудованих модемів 3G, 4G глобальними операторами стільникового зв'язку).
-
Захищеність всіх зовнішніх інтерфейсів шлюзу від електростатичного розряду та грозозахисту.
-
IP67, вологість конденсації від 5% до 100%, діапазон роботи від -40˚C до +60˚C без будь-якого погіршення характеристик.
-
Комплексний мережевий рівень експлуатації, адміністрування та обслуговування (OA&M) на всіх рівнях мережі LoRaWAN, щоб гарантувати Оператору оперативність та зручність підтримки.
Якщо вибрані шлюзи LoRaWAN не відповідають наведеним KPI, то це спричинить непрогнозоване збільшення витрат на володіння мережею LoRaWAN, особливо з часом, через старіння шлюзів та погіршення технічних характеристик.
Драйвери витрат мережевих операторів LoRaWAN
Традиційні оператори стільникового зв’язку, на відміну від багатьох операторів LPWAN, мають понад 30 років досвіду розгортання та експлуатації бездротових мереж. Вони оптимізували розгортання мережі та моделі вартості, щоб вибрані операторські базові станції гарантували високу продуктивність радіозв’язку, доступність мережі та низькі експлуатаційні витрати.
Читайте також: Технологія LoRaWAN
Стільникові оператори ніколи не вибирають базові станції з низькою продуктивністю, навіть якщо їх ціна нижча, ніж для базових станцій операторського рівня, тому що якість роботи стільникової мережі знизиться, а щорічні експлуатаційні витрати, а також загальна вартість мережі зростуть.
Оператори мереж LPWAN часто не мають подібного досвіду при інсталяції мереж та вибору обладнання як їхні «стільникові» колеги.
Така ж ситуація й щодо розробників (постачальників) LoRaWAN Gateway - відсутність глибокого досвіду проєктування, розробки та виробництва шлюзів LoRaWAN Carrier Grade.
Це призвело до ряду кейсів, коли компанії - оператори LoRaWAN вимушені частково або повністю замінювати свої шлюзи LoRaWAN вже через 1-3 роки роботи. Вартість заміни шлюзу, в більшості випадків, дорожча, ніж сама вартість шлюзу.
Інсталяція зовнішніх шлюзів LoRaWAN
Нижче - приклад інсталяції зовнішніх шлюзів LoRaWAN на телекомунікаційній вежі. Монтажна бригада та кран Boomer. Досвідчена команда може розгорнути відкритий шлюз за 3-4 години або 2 шлюзи на день. Типова вартість робочої сили для Північної Америки становить від 120 доларів США/год до понад 200 доларів США/год, а витрати на Boomer Crane становлять мінімум 180 доларів США/год. Витрати не включають антени, кабелі, захист від перенапруг, інші матеріали, а також витрати на інженерне планування та підтримку.
Для аналізу, як вибір шлюзу безпосередньо впливає на загальну вартість мережі оператора, достатньо деталізувати лише два параметри шлюзу:
- Продуктивність (якість) радіоканалу
-
Надійність
Вартість мережі LoRaWAN для міста з населенням 1,25 млн (Калгарі, Канада)
Сукупні витрати на розгортання та експлуатацію мережі LoRaWAN для міста, подібного до Калгарі за розміром і щільністю забудови, оцінюються в 1 380 304 доларів (табл.1).
Таблиця 1
Сума включає все обладнання, стартове розгортання та щорічні експлуатаційні витрати. Всі розгорнуті шлюзи відповідають 12 показникам KPI Carrier Grade, які розглядалися вище.
В моделі прийняті припущення, що продуктивність (якість) радіоканалу (LoRaWAN Gateway Radio) не погіршується через неоптимальну чутливість або лінійність приймача, відсутність селективності суміжного каналу або смугової фільтрації, впливу інших радіочинників.
Крім того, розміщені поруч радіосистеми стільникових операторів не заважають сигналам приймального тракту (LoRaWAN Receive), а шлюзи LoRaWAN є надійними та не потребують додаткового обслуговування, крім планового технічного обслуговування кожні 24 місяці.
Читайте також: Вигоди Розумних Міст з LoRaWAN
Як видно з даних, вказаних у таблиці, вартість шлюзів LoRaWAN у відсотках від загальних витрат становить лише 3,3% (перерахунок вартості на річній основі з амортизацією протягом 7 років).
Іншими словами, експлуатаційна вартість мережі LoRaWAN критично залежить від якості та надійності розгорнутих шлюзів, але не критично чутлива до фактичної вартості самих шлюзів LoRaWAN, оскільки становить невеликий відсоток від сукупних витрат на мережу.
Дійсно, амортизована вартість шлюзу LoRaWAN дуже низька у порівнянні з загальною вартістю мережі LoRaWAN, навіть якщо вона амортизується протягом 5 років замість 7 років.
Загальна річна вартість мережі LoRaWAN
Щоб оцінити, наскільки загальна річна вартість мережі LoRaWAN (графа Total Yearly Network Costs в таблиці) залежить від продуктивності (якості) радіоканалу шлюзу, варто зменшити ефективний радіус дії шлюзу (LoRaWAN GateWay Effective Radius) та водночас збільшити кількість відвідувань сайту (сервісні візити) через тривожні сигнали, збої, безкоштовну заміну шлюзу, оновлення ПЗ вручну та інші чинники витрат на оплату праці (див. табл. 2).
Якщо радіус покриття шлюзу LoRaWAN зменшиться на 30% (є незначним зменшенням у дБ), загальна вартість мережі LoRaWAN подвоїться до 2 816 948 доларів на рік!
У випадку необхідності збільшити частоту сервісного обслуговування до місць інсталяції шлюзів - кожні 5 місяців або 2,5 відвідування на рік, то загальна вартість володіння мережею LoRaWAN зросте на 430 тисяч доларів на рік – до 1 686 377 доларів (перша колонка в табл. 2).
Таблиця 2
Це означає щорічне збільшення витрат, яке не приносить прибутку для оператора або його клієнтів.
Таблиця 3 показує додаткові витрати на розгортання мережі LoRaWAN як функцію зменшення якості радіоканалу (зниження в відсотках ефективного радіусу покриття - Effective Radius) та надійності (збільшення сервісних випадків - Site Visits per Year).
Таблиця 3
В матеріалі оцифровані результати впливу двох параметрів шлюзу, існує понад 15 чинників, які впливають на вартість володіння мережею.
Критичність річних витрат на володіння мережею для загального успіху оператора LoRaWAN
Відповідь залежить від того, чи є мережа LoRaWAN невеликою і використовується для підтвердження концепції (Proof of concept, РОС) чи мережа є велика за масштабом та реалізує певні комерційні задачі.
Читайте також: LoRaWAN - універсальні логістичні технології
При невеликих розмірах мережі яка розгорнута для POC без реальних клієнтів, не потребує угоди про рівень обслуговування (SLA) і має лише кілька шлюзів LoRaWAN, тоді додаткові витрати на запуск такої мережі POC не стануть критичними.
Можливо інсталювати недорогі шлюзи або комплексне рішення для тестування функціональності, демонстрації для клієнтів або пробного запуску мережі, продовжуючи при цьому переговори з постачальниками шлюзів операторського класу.
У випадку, якщо оператор або замовник розгортає велику комерційну мережу зі 100 або 1000 шлюзів LoRaWAN, тоді рішення повинно забезпечити вибрану фінансову модель - річна операційна вартість мережі та загальна річна вартість мережі (OPEX та амортизовані CAPEX) мають бути якомога нижчими при фіксованому рівні сервісного обслуговування.
Для цього операторам необхідно провести розрахунки, розглянути та вибрати надійні шлюзи LoRaWAN Carrier Grade, як у прикладі в таблицях.
Розгортання шлюзів LoRaWAN операторського рівня не тільки забезпечить найнижчу загальну вартість володіння мережею, але й надасть якісне радіопокриттямна відкритому повітрі та всередині приміщень, надійність і доступність мережі для користувача, низький рівень радіоперешкод, менше повторних передач пристроїв та триваліший термін служби батареї кінцевих пристроїв.
Така виграшна формула підтверджується більшістю глобальних операторів стільникового зв’язку вже протягом 30 років, і є актуальною в сьогоденні.
Більшість професіоналів у сфері телекомунікацій, фахівці команди «РОМСАТ», вважають, що такий принцип є коректним для операторів та виробників обладнання LoRaWAN, наприклад, таких як Tektelic (Канада).
Примітки:
- Розрахунок вартості мережі LoRaWAN, виконаний експертами компанії Tektelic, дозволяє завантажити розрахунок XLS, який був використаний для моделювання таблиць у матеріалі.
- Якщо потрібна додаткова інформація, є пропозиції по покращенню розрахунків або поділитися досвідом, будь ласка, зв’яжіться з info@romsat.ua.
- Команда «РOМСАТ», офіційний дистриб’ютор ТМ Tektelic в Україні, готова допомагати та спілкуватись щодо розвитку IoT мереж.
Сергій Рашевський, департамент систем безпеки та IoT «РОМСАТ»
За матеріалами:
LoRa ALLIANCE®
Tektelic
Базова Станція вулична KONA MACRO, 3G/4G Modem, No Geolocation Tektelic MICO1LEU868
Базова Станція внутрішня KONA MICRO, Ethernet, No Battery Backup Tektelic MICI1NEU868
Базова Станція внутрішня KONA MICRO Lite Tektelic PICI1NEU868 (Ethernet Backhaul)
