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Parámetros clave de las pasarelas LoRaWAN® de grado operador 

Muchos ingenieros de telecomunicaciones han recibido formación o conocen los requisitos de nivel de operador introducidos a finales de la década de 1990 para garantizar que los equipos de telecomunicaciones se desarrollen y prueben según estándares críticos, ya que de ellos dependen las personas, las empresas y las operaciones gubernamentales. Los requisitos iniciales de nivel de operador se centraron en las infraestructuras de telecomunicaciones públicas cableadas y, posteriormente, inalámbricas. Más tarde, estos mismos requisitos se adoptaron para infraestructuras críticas como la VoIP e Internet en general.

Las especificaciones clásicas de grado operador de telecomunicaciones se centran en la red. Disponibilidad (los llamados 5 9s o 6 9s); Rendimiento (mejores indicadores clave de rendimiento para el tipo de producto); Seguridad (producto y red); y Mantenimiento (operación y evolución). Para que cualquier producto cumpla con los requisitos de grado operador, existen muchos estándares relativos y especificaciones de producto que debe cumplir dependiendo de la red y el despliegue. Sin embargo, hay 12 áreas clave que cualquier producto de grado operador debe abordar. Los desarrolladores y operadores también deben comprender las Puerta de enlace LoRaWAN de grado operador Implementación del diseño, especificaciones y su importancia. La Figura 1 representa cuatro diseños de pasarelas LoRaWAN que cumplen con los requisitos de rendimiento de Carrier Grate mencionados anteriormente.

                   Figura 1: Puertas de enlace LoRaWAN de grado operador Mega, Macro, Móvil y de Cable

A continuación se detallan las áreas importantes que todo desarrollador debe considerar al diseñar y probar. Puertas de enlace LoRaWAN®Antes de implementar las pasarelas LoRaWAN®, cada operador debe verificar si tiene la intención de operarlas durante 5 a 10 años sin tiempos de inactividad significativos, numerosos problemas, visitas al sitio o un rendimiento deficiente, ya que todo esto conlleva aumentos significativos en los costos para el operador o reemplazos de equipos mucho antes de lo previsto.

1. ¿El Gateway admite una disponibilidad mínima de 5 nueves o 0.99999 (tiempo de inactividad máximo de 5 minutos/año)?

2. ¿Cumple el Gateway con un tiempo medio entre fallos (MTBF) de más de 15 años según el diseño y el análisis de fallos en el tiempo (FIT)?

3. ¿El Gateway admite todas las actualizaciones y mejoras de software y firmware, configuraciones y aprovisionamiento de forma remota y autónoma sin necesidad de visitar el sitio del Gateway (una sola visita puede ser más costosa que el propio Gateway y tardar días debido a la ubicación, la accesibilidad y las condiciones climáticas)?

4. ¿El Gateway supervisa sus subsistemas digitales, de radio, módem 3G-4G, de enlace troncal y de fuente de alimentación para garantizar que funcionen normalmente y, si no es así, activa una alarma e indica qué subsistema generó la alarma o falló, y cuáles son los pasos correctivos a seguir?

5. ¿Causa la puerta de enlace interferencias a otros tipos de sistemas inalámbricos, especialmente en las bandas con licencia, debido a que la puerta de enlace no tiene un filtro de paso de banda de RF adecuado en su antena (lo que conlleva el riesgo de tener toda la Red LoRaWAN® ¿La FCC u otros organismos reguladores lo clausurarán hasta que se solucione la interferencia?

6. ¿Otros sistemas inalámbricos (3G, 4G, 5G, radio FM, radio pública digital, transmisión de TV, retransmisión GPS, etc.) causan interferencias en la puerta de enlace porque no tiene filtros de paso de banda de RF adecuados en su antena y reduce efectivamente la cobertura de la red LoRaWAN®, la fiabilidad de la recepción, la fiabilidad general de la red y, en muchos casos, daña los circuitos LNA de la puerta de enlace?

7. ¿El Gateway y el Red LoRaWAN® ¿Se incorporan medidas de seguridad para garantizar que el rendimiento y la seguridad de la red no se vean comprometidos en ningún nivel y que los datos recopilados estén protegidos?

8. ¿Es el Gateway ¿Diseño, características y rendimiento optimizados para una implementación y operación específicas del cliente (o es "una talla para todos") para ahorrar costos significativos de implementación y operación anuales, ya que el costo de la puerta de enlace es solo del 5% al ​​15% del costo total del operador cuando se amortiza en 5 a 7 años?

9. ¿El diseño del Gateway, el Backhaul y los módems 3G, 4G y 5G son compatibles con la evolución de estándares y productos durante los próximos 5 a 10 años? En particular, ¿los módems 3G, 4G y 5G están certificados por los operadores celulares globales y serán compatibles con las versiones LTE de los operadores durante los próximos 5 a 10 años? Por este motivo, los proveedores de Gateways deberían utilizar módems 4G CAT-6 para garantizar un rendimiento óptimo de recepción y transmisión con MIMO y soporte a largo plazo por parte de los operadores.

10. ¿El Gateway cuenta con todas sus interfaces externas protegidas contra descargas electrostáticas (ESD) y rayos? ¿Cumple el Gateway con los requisitos normativos y de seguridad nacionales y regionales? (Los requisitos de seguridad podrían acarrear responsabilidad penal y anular el seguro comercial del operador si el Gateway causa daños).

11. ¿Cumple el Gateway con la clasificación IP67, soporta una humedad de condensación del 5 % al 100 %, funciona entre -40 °C y +60 °C sin degradación alguna y admite el arranque en frío a -40 °C (encendido tras más de 4 horas a -40 °C)? Además, ¿funciona el Gateway con normalidad y cumple con sus especificaciones en todo el rango de voltaje de entrada y en los "cuatro extremos" definidos como una combinación de voltaje y temperatura de funcionamiento mínimos y máximos?

12. ¿El Gateway admite la operación, administración y mantenimiento (OA&M) integral a nivel de red en toda la red LoRaWAN® para garantizar al operador el menor costo operativo o costo total de propiedad?

Si las pasarelas seleccionadas para la red IoT no cumplen con los requisitos anteriores, dichas pasarelas le costarán al operador mucho más anualmente, e incluso, lo que es peor, aumentarán su coste año tras año a medida que el producto envejezca y se vuelva menos fiable, provocando un mayor tiempo de inactividad del equipo.

Factores que influyen en los costos de los operadores de redes LoRaWAN® 

Los operadores de telefonía móvil tradicionales cuentan, en promedio, con 30 años de experiencia en despliegue y operación, y han optimizado su modelo para garantizar que la estación base seleccionada asegure un alto rendimiento, disponibilidad de red y bajos costos operativos. No eligen las estaciones base más económicas, ya que saben que el rendimiento de la red, los costos operativos y el costo total de la red se verán afectados. Esto no solo los haría menos competitivos, sino que también resultaría en la pérdida de clientes frente a la competencia y la imposibilidad de reinvertir en el crecimiento y la mejora de la red. Por esta razón, todos los operadores inalámbricos protegen el costo real de la red y su optimización, ya que es una de sus métricas clave que determina no solo la rentabilidad, sino también el crecimiento futuro, la expansión de mercados, las alianzas y las fusiones y adquisiciones.

Actualmente, algunos operadores de LoRaWAN® se ven obligados a reparar o reemplazar sus gateways LoRaWAN® tras solo 1 a 3 años de funcionamiento. Es importante destacar que, en la mayoría de los casos, el coste de reemplazo de un gateway LoRaWAN® es superior a su precio de compra. Además, el coste adicional derivado de la calidad deficiente de los gateways LoRaWAN® incrementa el coste operativo anual de la red LoRaWAN® entre un 25 % y más del 100 %.

 Figura 2: LoRaWAN® Despliegue de pasarelas en una torre de telecomunicaciones de 33,5 metros (110 pies) mediante una grúa pórtico.

Ahora bien, veamos cómo el costo total de la red del operador se ve afectado por solo dos parámetros: el rendimiento y la confiabilidad de la radio de la puerta de enlace. A continuación, en la tabla, se muestra un costo típico de una red LoRaWAN® para una ciudad mediana de 1.25 millones de habitantes, como Calgary, Canadá.

Los datos proporcionados en la tabla son una buena aproximación del rendimiento y el coste de la red en la vida real por parte de un operador centrado en optimizar el coste total de la red. Cualquiera que desee ajustar alguno de los parámetros o datos puede hacerlo. Descarga el archivo XLS de TEKTELIC. sitio web para su propio uso.

Tabla 1: Cifras típicas de costos simplificados de una red LoRaWAN

El costo anual de operar un Red LoRaWAN® Para una ciudad de tamaño y densidad similares a Calgary, el costo total se estima en $1.38 millones como se muestra en la Tabla 1. Aquí asumimos que todas las pasarelas desplegadas cumplen con los requisitos de telecomunicaciones. Nivel de operador El rendimiento se analizó previamente en este documento. En particular, asumimos que el rendimiento de la radio de la puerta de enlace LoRaWAN no se degrada debido a una sensibilidad, linealidad u otras deficiencias subóptimas del receptor o transmisor. También asumimos que los sistemas inalámbricos ubicados en el mismo lugar no interfieren con las señales de recepción de LoRaWAN y que las puertas de enlace LoRaWAN son confiables y no requieren visitas adicionales al sitio, salvo una visita de mantenimiento típica cada 24 meses.

Cabe destacar que el coste del gateway LoRaWAN, como porcentaje del coste total del sitio, es de tan solo el 3.3 % anual al amortizarse a 7 años. En algunas redes LoRaWAN, este porcentaje puede ser incluso menor, pero rara vez supera el 10 %. En otras palabras, el coste operativo de una red LoRaWAN depende en gran medida de la calidad y fiabilidad de los gateways LoRaWAN implementados, pero no es tan sensible al coste real de los gateways LoRaWAN en sí, ya que representa un pequeño porcentaje del coste total de la red.

De hecho, el coste amortizado de la puerta de enlace LoRaWAN es muy bajo en comparación con el coste total de la red LoRaWAN, incluso si se amortiza a lo largo de 5 años en lugar de 7. Sin embargo, el coste total de la red LoRaWAN depende en gran medida del rendimiento de la radio de las puertas de enlace LoRaWAN y de su fiabilidad.

Para demostrar hasta qué punto el coste total de la red LoRaWAN depende del rendimiento del Gateway, reduzcamos el radio efectivo del Gateway LoRaWAN debido a un rendimiento de radio inferior y, al mismo tiempo, aumentemos el número de visitas al sitio debido a una menor fiabilidad del Gateway LoRaWAN (alarmas, fallos, sustitución gratuita del Gateway, actualizaciones manuales de software y otros factores que influyen en los costes) y a costes laborales adicionales.

La Tabla 2 a continuación muestra claramente la sensibilidad del costo de la red LoRaWAN® al rendimiento y la confiabilidad de la radio de puerta de enlace. Si el radio de las puertas de enlace LoRaWAN se reduce en un 30%, una reducción insignificante en términos de dB, el costo total de la red LoRaWAN se duplicará aproximadamente a $2.8 millones por año. Y si cada sitio LoRaWAN® requiere una visita cada 5 meses, o 2.5 visitas por año, el costo total de la red LoRaWAN aumentará aún más en $430 mil por año. Estos son aumentos de costos anuales significativos que no aportan ningún valor incremental al operador ni a sus clientes. Podríamos pensar en un servicio de mensajería como FedEx, donde solo la mitad de los vehículos están en funcionamiento y la otra mitad está siempre en reparación, pero se realizan pagos constantes por toda la flota.

Tabla 2: Coste de la red LoRaWAN® en función del rendimiento y la fiabilidad de la radio.

La Tabla 3 muestra el costo incremental de la red LoRaWAN® en función del bajo rendimiento y confiabilidad de la radio, en comparación con el rendimiento óptimo de la puerta de enlace LoRaWAN de grado operador. Ambas tablas indican claramente el valor de la puerta de enlace de grado operador y su rendimiento considerando dos parámetros, pero existen más de 15 que impactan el costo total de propiedad de la red del operador.

Tabla 3: Coste incremental de la red LoRaWAN® en función del peor rendimiento y fiabilidad de la radio.

¿Un aumento del 25 %, 50 % o 100 % en el costo anual de la red del operador es significativo o perjudicial para el éxito del operador de LoRaWAN®? La respuesta depende de si la red LoRaWAN® es experimental y se utiliza para una prueba de concepto (POC), una prueba inicial o si es una red comercial de gran tamaño. Por ejemplo, si una red LoRaWAN® es pequeña y se utiliza para una POC sin clientes reales, no necesita cumplir con un Acuerdo de Nivel de Servicio (SLA) específico y solo cuenta con unos pocos gateways LoRaWAN®, entonces no hay un impacto real en los clientes y el costo anual incremental para operar dicha red experimental de POC es muy bajo. Podría haber una buena razón para hacerlo: se podrían adquirir gateways LoRaWAN® de menor costo o soluciones completas para probar el caso de uso, realizar demostraciones para clientes o ejecutar la red en paralelo mientras se negocia con otros proveedores de gateways. En la mayoría de los casos, una red de prueba o POC no cuesta mucho y no supone un riesgo significativo para el negocio futuro del operador o la empresa.

Sin embargo, si el operador o la empresa implementa grandes redes comerciales LoRaWAN® con cientos o incluso miles de gateways LoRaWAN®, su prioridad es mantener bajos sus costos operativos anuales, que representan el costo total de la red. Para ello, necesitan implementar los gateways LoRaWAN® de grado operador más confiables y de mejor rendimiento, como se muestra en las Tablas 1, 2 y 3.

Despliegue de Puertas de enlace LoRaWAN® de nivel empresarial Esto no solo resultará en el menor costo total de red para los operadores, sino que la puerta de enlace de grado operador también dará como resultado la mejor cobertura práctica en exteriores e interiores, alta confiabilidad y disponibilidad de la red, baja interferencia, menos retransmisiones de dispositivos y mayor duración de la batería de los dispositivos.

El éxito de un operador inalámbrico típico depende de la mejor cobertura, el nivel de servicio más fiable y el menor coste total de propiedad de la red. Esta ha sido la fórmula ganadora para la mayoría de los operadores celulares globales durante más de 30 años, y sigue siendo válida hoy en día. La mayoría de los profesionales de las telecomunicaciones creen que también se aplica a los operadores y empresas de LoRaWAN®.