实用物联网|物联网(IoT)网络规划与设计|康宁

物联网规划与网络设计

为物联网的到来进行网络规划设计。

Art King -康宁公司
出现在布线安装与维护2019年1月

在过去的几年里，有很多关于物联网(IoT)的文章，讨论了连接设备数量的爆炸性增长预测以及它们将给全球业务带来的预期价值。仅增长预测就令人震惊。从本文的图表中可以看到，从2018年到2019年，全球物联网设备的数量增长为35.2亿台。

这将量化IT网络和系统集成商的需求，以帮助将这些设备连接到各种网络，它们的潜在影响，并制定规划指导方针。在本文的平衡部分，我们将重点关注对于网络专业人员来说什么是重要的，因为我们的业务客户要求我们将物联网设备添加到基础设施环境中。

首先，让我们来定义物联网。物联网不是我们每天使用的台式机、笔记本电脑和平板电脑。一般来说，物联网是人类不使用的网络设备/应用程序的集合，也称为机器对机器通信或M2M。它们可以是发送信息的传感器，也可以是采取行动的控制器，或者两者兼而有之。这些设备可以在家庭、办公楼、仓库或从城市街道到农田的户外工作。

大多数物联网设备都是独立的，并针对其预期用途进行了优化。为了给一个人附加一个物联网身份，因为我们的智能手机是主人的“数字镜子”，有一些应用程序在数字空间中代表我们，并与配套的物联网基础设施进行交互。例如，当消费者进入分行时，可以检测到银行应用程序，并为他们量身定制工作人员的体验。最后，智能手机上安装了许多应用程序，它们本质上是流动的传感器，为更大的物联网平台收集数据。在大多数企业的基础设施角色中，物联网项目最终将由有兴趣采用它们的业务部门带到网络团队中。

对于任何物联网使用，有几个常见的基础设施问题需要考虑:

网络需求是什么?
它对业务来说是“关键任务”吗?
谁管理它?
正确的安全姿势是什么?


	Statista的这一市场预测表明，到2015年，全球联网设备的预期增长将惊人。仅从2018年到2019年，就将增长35.2亿台设备。

网络需求

物联网供应商支持大量的网络技术。物联网供应商将为他们的系统提供最好的网络技术，从以太网电缆到无线低功耗广域网(LPWA)服务。由于物联网设备最终连接到应用程序，来自物联网设备的数据流量将通过IP网络(私有网络或互联网)传输到企业数据中心的服务器或亚马逊AWS或微软Azure等云服务。

对于每种网络类型，规划都是必要的，以了解物联网连接需求是否得到充分满足。

在物联网的规划和预算中，引入服务的企业应该为所有必要的费用做预算。目标网络的网络评估用于制定额外的网络改进预算要求。

网络设计注意事项:

如果物联网设备不受管理或连接到外部云服务，有线以太网可能需要单独的以太网交换机。
WiFi可能需要不同于目前使用的SSID和身份验证方法。
可能需要对更多接入点进行WiFi工程评估，以增加网络覆盖。
为了确保网络覆盖，可能需要对整个企业的物联网设备的服务提供商/频段进行蜂窝覆盖评估。
蜂窝物联网检查覆盖范围，以及安装的支持室内信号的基站是否支持NB- IoT协议。
安装前尝试连接LPWA网络，以确保LPWA网络可用性。
物联网可以影响IT网络目标。

对于许多企业来说，将许多物理网络架构融合到共享同一物理网络的单个逻辑网络片上具有经济效益;然而，每个网络片都不连接到其他片，也不知道其他片。这种设计趋势正在推动大量的光纤电缆被拉向网络的边缘，以实现这种“光纤深度”战略。物联网如何以及在何处利用它会影响实施成本。请注意，我们在这里使用网络切片，因为它是5G中描述逻辑网络的新兴术语。

表1。物联网用例和网络类型

应用程序	网络类型	交通量	评论
自动售货机	无线网络	低	没有管理，对企业不重要
安全摄像头	以太网电缆	高	由安全管理
SCADA PLC)	光以太网	低	由企业管理，关键任务
资产标签	蜂窝电话或WiFi	低	不受管理，在定位资产时很重要
工业机器人	细胞	媒介	由企业管理，关键任务
脚踝手镯	移动物联网	低	非托管
野外雨量收集器	LPWA	低	非托管

关键任务

工业物联网在制造和配送中心的应用被认为是关键任务。在这两个应用领域，用无线服务取代机器人、可编程逻辑控制器(plc)和其他网络化制造设备的有线电缆的兴趣非常高。

无线使配送中心的内部传送带的灵活配置，有线控制网络今天。高速库存切换对时间非常敏感，需要LTE/5G提供高水平的网络保障。蜂窝提供有时限的响应、公平接入和服务质量控制。

无线支持灵活的配置，可以重新配置生产线，而无需重组有线控制网络。通过使用LTE/5G进行机器人指挥和控制，不断运动和磨损控制线路的工业机器人可以减少停机时间。

由于这些环境中的停机时间成本高昂，因此使用专用LTE或5G来取代电缆。私有LTE/5G网络被设计为可预测的，不使用公共蜂窝，因为企业需要全面的端到端管理。在为这些应用设计物联网网络时，专用LTE/5G网络在关键区域具有冗余性，在整个设施中设计良好的覆盖范围，以及支持需求的必要容量。

管理

在刚刚提到的工业案例中，物联网是由企业管理的。在其他应用中，企业将物联网设备分布在整个企业中，这些设备连接到企业可以登录的云服务。在这些情况下，服务没有管理责任，但需要确保有足够的网络覆盖来支持物联网设备在企业中的任何地方运行。

例如，每一个临床设备医院或医学院可具有用于定位和传输患者数据的内置无线模块。在许多情况下，WiFi网络可用于支持这些需求，但户外需求或伴随急救人员的临床设备将支持蜂窝服务。在所有这些情况下，物联网将在内部进行管理，以确保《健康保险流通与责任法案》(HIPAA)下的患者数据隐私法规。

安全状况

未管理的物联网可能会对使用企业网络连接到其支持云服务的企业构成威胁。

供您参考的例子:

2014年，超过10万台冰箱被黑客入侵，组成了一支机器人军队。
2016年，14万个安全摄像头和dvr被黑客入侵，组成了一支机器人军队(来源:security Ledger)。

这些设备都在DSL调制解调器后面，但还是被黑了。想象一下，它们被安装在企业网络上，并连接到机器人军队的命令/控制服务器。在这些情况下，企业网络内部会发生什么?

对于没有被企业IT主动管理的任何设备，最佳实践是永远不允许它们进入企业网络。这可以通过以太网vlan和多个WiFi ssid技术来实现，以创建共享同一物理网络的多个逻辑网络切片。

在高度安全的企业中，网络策略可能会覆盖为物联网创建网络切片，并要求创建并行物理网络以确保完全隔离。

CBRS即将到来

在美国，联邦通信委员会(FCC)开发了一种革命性的方法，用于企业访问蜂窝频谱，称为市民宽频无线电服务(CBRS)。CBRS留出150兆赫的无线电频谱供任何人使用。支持cbrs的基础设施从云服务请求无线电频谱以供企业使用。这种接入方法使企业能够在建筑物或地理区域内建立自己的专用LTE，而无需与服务提供商协商租用无线电频谱接入。私有LTE和最终的私有5G提供了安全和关键任务通信的所有好处，同时允许企业在工业物联网用例中实现所需的全面控制。

CBRS即将在美国推出，在未来几年内，大多数智能手机和物联网设备预计将配备支持CBRS的无线电。今天，许多企业都在为CBRS做计划。有关CBRS的信息可以在cbrsalliance.org上找到。

物联网设备和服务的浪潮将推动现有网络的增量扩展和容量增加，在某些情况下，还将创建隔离的物联网覆盖网络。企业中的网络团队及其系统集成商将被要求为这些物联网设备和网络的到来进行设计和规划。各种物联网应用程序可以使用几乎任何类型的有线和无线连接。

由于其重要性，关键任务物联网应用程序将由业务线构建和运营，并将为企业IT人员提供新的职业机会。这是加入转型的“底层机会”。