LTE网络不适合iiot的四个原因

工业物联网(IIoT)融合了企业信息技术(IT)和运营技术(OT)。它使制造商能够在正确的地点和正确的时间向正确的操作员提供实时操作情报。它标志着机器优化从被动响应到预测响应的转变。这是一个通过数据驱动的运营性能优化和新的服务产品来增加收入的机会。

无线工业设备传感器、云计算、机器人、可穿戴设备、增强现实和虚拟现实(AR/VR)，以及高级分析，都为这个信息丰富的环境做出了贡献。想象一个由连接设备组成的虚拟鲁布·戈德堡机器——每个设备各自执行独立的任务，综合起来产生巨大影响——你就会明白工业物联网对制造商的重要性。

然而，首先有一些重大挑战需要克服。

网络的挑战

工业物联网应用给它们运行的网络带来了压力——记住，工业物联网中的第二个“I”是“互联网”，没有它就没有工业物联网——复杂的四重业务(数据、语音、视频和控制)需要可靠的高带宽可用性。

由于可以集成的设备和机器的数量几乎是无限的，工业物联网将不断扩展。网络必须支持快速的可伸缩性，同时不损失速度或增加延迟。工业网络部署的恶劣环境使网络基础设施容易受到冲击、振动和极端温度的影响，网元必须能够承受这些影响。

此外，基于与企业网络和更广泛的互联网连接的网络安全问题仍然存在，从而产生了固有的漏洞和风险。

最后，工业物联网应用的关键任务性质需要快速恢复时间和坚定的移动连接，以确保不间断的操作，而不会对生产力或安全产生负面影响。

希望利用工业物联网连接的制造商必须解决分层通信系统中的一系列技术:工厂和办公室中的局域网(LAN);位于公司局域网和宽带之间的互连或回程;然后是宽带无线解决方案，可能是点对点(PtP)、点对多点(PtMP)、长期演进(LTE)或光纤。在流程级别，可能存在SCADA或其他控制系统。

它是通过宽带无线解决方案(连接的最后一步)将传感器和控制连接起来。在许多环境中，实现这种连接具有挑战性。

为了寻找支持工业物联网的宽带无线解决方案，制造工厂正在考虑实施LTE，这是一种由三星开发的4G无线通信标准^{理查德·道金斯}Generation Partnership Project, LTE为移动设备提供高达3G网络10倍的速度。然而，即使是LTE网络在带宽/速度、灵活性、可靠性和可扩展性方面也面临挑战——这些都是真正的iiot就绪网络的优点。

LTE还没有准备好

LTE网络在某些用例中具有优势，包括消费级无线连接，但它们根本无法支持工业物联网计划。这里有四个原因。

1 . LTE有带宽/速度的挑战

在LTE中，不同的节点执行不同的功能。基础设施节点充当接入点，而移动节点只能将数据传递给基础设施节点。

LTE客户端不能直接将数据传递到另一个LTE客户端设备，也不能直接与另一个LTE客户端设备通信，除非首先与基础设施(蜂窝基站)通信，然后与交换机通信，然后再返回。

LTE网络采用大型基础设施设计，以最大限度地扩大覆盖范围。信号塔很高，但在一个地区分布的信号塔较少，这给这些网络的覆盖带来了挑战。我们都有过这样的经历:开车下山时，在高速公路立交桥下，或者在某些建筑物内，手机信号会变弱。

这使得LTE足以支持智能计量等耐延迟应用，但它缺乏支持机器对机器通信(M2M)或自治等实时工业物联网平台的灵活性。

2 . LTE网络不灵活

LTE基础设施不能很好地适应客户密度的快速增长。小区站点可以支持的连接数量是固定的，因此很容易使基础设施连接容量过载。LTE基础设施也有复杂的静态配置，不具有适应性。

第三:LTE网络缺乏可靠性

依赖于基础设施节点的网络会产生故障点。基础设施节点宕机，移动客户端无法访问网络。此外，基础设施和移动节点只能访问各自的专用频率，失去视距会带来连接方面的挑战。信号堵塞或干扰没有真正的解决办法。制造商只有两个选择:要么停工，要么投资第二个网络作为备份计划。这两种方法的成本都很高，而且都不理想。

当关键任务的工业物联网应用下降时，风险就会很高。工业操作的坚固性，加上100%正常运行时间的需求，使LTE成为一场没有坚固设备的赌博。当一个网络从一开始就被视为需要备份时，在确保工业物联网连接时，这是一个危险的信号。一个网络应该是“一个搞定”的。

第四:LTE的扩张成本过高。

扩展LTE网络需要安装大型、昂贵的新基站。此外，LTE网络是静态配置，只支持有限数量的同时连接。

这一费用为希望使用LTE网络作为工业物联网基础设施宽带层的工业公司带来了问题。工业物联网体现了机器设备和应用的爆炸式增长，这是蜂窝网络无法处理的。工业运行环境中连接的“事物”的数量将继续增长，机器对机器(M2M)等工业物联网应用将涉及大量产生零星短数据包传输的设备。LTE将在M2M产生的信令流量的重压下挣扎。

工业物联网的更好选择

一种称为动能网格的网络类型可以克服LTE无法克服的IIoT挑战。通过动态网格，节点可以连续和即时地通过最佳可用交通路径和频率路由数据。

首先，动能网格具有处理工业物联网的带宽和速度。在动态网格中，所有节点都是相等的，并且可以互换固定或移动。如果一个设备可以看到另一个设备，它就可以与它交谈，在点对点的基础上进行通信。当设备之间移动得更远时，可以引入中间设备，使网络有效地扩展。

动态网格是全双工的，这意味着一个节点可以在一个频率上接收数据，并在另一个频率上发送数据，这创造了稳定的高速传输，并确保极低的延迟。该网络为所有网络功能使用所有可用频率和路径，使其能够以超低延迟交付数据，以支持实时、带宽密集型、下一代工业物联网应用。

动网灵活。每个节点都可以同时维护多个连接——没有一个节点必须断开才能建立新的连接。点对点(P2P)网络软件运行在每个节点上，通过当时最快的可用路径动态地引导流量。

随着节点的移动和条件的变化，网络会自我优化，对网络拓扑、网络负载和外部环境条件的变化做出反应，以保持运营商不断连接并控制移动中的高价值资产。如果路径被阻塞或识别出干扰，信息不会中断连接，而是立即在最佳可用路径上重定向，从而实现全面的移动性和通信灵活性。

动态网格提供了可靠性。多收发器冗余消除了任何单点故障，多个无线电频率开放冗余流量路径，实现关键任务的可靠性。由于有数百个潜在的可用连接，网络避免了干扰、信号阻塞或拥塞。内置冗余确保24/7/365操作始终如一的高网络可用性。

动态网是高度可扩展的，允许制造商创建或增加网络基础设施ad hoc。节点可以部署在任何地方、任何资产上，以扩展或增强操作覆盖范围。扩张不会削弱连通性。相反，动态性网格随着它的增长而增强。每个额外的节点建立新的数据传输路径，使网络在扩展时更有弹性，而不影响速度或性能。

这四个品质——带宽和速度、灵活性、可靠性和可扩展性——创建了一个能够同时满足当今和未来需求的网络——一个在设备密集型工业物联网环境中部署并可扩展到数百个节点的网络。(小标题)

面向未来的网络

当工业公司考虑现在和将来哪种网络适合他们时，重要的是实现一个具有自主适应性的宽带层。

LTE、PtP/PtMP或光纤是可供选择的，但如果网络遇到拥塞或基础设施中断，则很难保持设备消息传递的数据流。使用动态网格作为宽带层克服了这些挑战。

工业物联网需要一个在动态、多样化环境中运行的网络，将人与人、人与物、物与物(无论是移动的、固定的还是两者都有)连接起来，以提供实时智能。动态网格的架构具有自主适应性，可以重定向路由并采用新的路径，以确保持续的数据流。这是工业企业在开始迈向工业物联网之旅时考虑的理想解决方案。

托德Rigby是IIoT战略家和销售总监Rajant集团．

本文发表于工程师的工业物联网补充的控制工程而且设备工程．

参见下面补充的其他文章。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。