白皮书

网络物联网

简介

鉴于物联网 (IoT) 相关文章数量之巨大,这个主题可能非常难以理解。同时,个人生活和几乎每个产业中的新 IoT 设备仍在继续增长。本文档的目的是平和地探讨如何在基本水平上准备和管理 IoT 部署。

本文档将提供一些最佳实践来帮助您理解如何使用针对特定目的构建而成且简便易用的解决方案执行部署、验证和故障排除等任务,以便 IT 团队中所有技能水平的人员都能熟练地完成这些任务,从而让员工能够为企业做出更多贡献。

物联网的驱动力

数字转换推动了 IoT 设备的迅速增长,这需要 IP 连接和 – 在很多情况下 – 网络提供的力量。各企业正在努力转向采用更多 IoT 连接的设备以降低运营成本,并升级建筑自动化系统以提高效率,例如 HVAC 和照明。这项举措需要 IT 和 OT(运营技术)组织和技术的整合与协作。这也对原本已经很紧张的企业存取网络和支持资源提出了更高的需求。下图显示了联网设备的类型的广泛性。

展示 IoT 联网设备的广泛性的示例。© Cisco Systems,得到使用许可。

其他设备可通过 PAN(个人局域网)使用无线 ZigBee、蓝牙或为 IoT 开发的新型蓝牙 5 连接。这些 PAN 设备通常通过连接到以太网的某种现场网关连接到网络。另外还有其他连接技术 – 例如蜂窝技术 3G、4G 和未来的 5G – 可以连接 IoT 设备,但大部分设备(目前估计 100 亿)是以某种方式连接到以太网 802.3 有线或 802.11 无线连接。IoT 设备或机器互联或连接到其他控制系统需要技能高度熟练的网络工程师来完成。但是,使用通过自动化测试和预配置的配置文件可供任意技能水平人员使用的合适工具可以保证有效的部署和持续的支持和故障排除。

确保成功部署的策略

一定要了解不仅可能在单个组织层面发生,也可能在涉及外部供应商时发生的部署困难。如本文档前面所述,您要部署的部分类型的设备可能是运营技术(OT 或基础设施)组的组成部分,例如照明、访问控制和 HVAC。但是,由于这些系统现在将会联网且可能需要以太网供电 (PoE),所以应将促进 IT、OT 和任何第三方供应商之间的协作作为部署策略中的主要部分。您可以想像,在所有相关的这些组中,每个组都只了解自己的部分,这意味着,万一出现问题肯定会互相指责。这会让人感到沮丧、浪费时间且成本高昂,所以提前计划和沟通是减少或避免互相指责的关键。

制定计划时应考虑的因素

在计划阶段,您需要同时考虑本地和远端站点关于 IT 支持、设备配置、网络连接测试要求和性能的需求,以及对文档整理的需求。考虑在您的项目计划中包含以下部分:

确定 IT 资源

考虑一下您拥有的可以为部署和持续支持提供帮助的资源。考虑这些资源时,想一下如何能够让更多的人员有能力帮助较高级的技师或网络工程师承担一些部署和故障排除任务,以减轻他们的负担。高级网络工程师通常会收到大量上报的问题,这使得他们难以专注于重要的 IT 项目。通过使用正确的工具组,很多企业发现他们低级别技术人员也能够自己发现更多的问题,或者能够更有效地上报问题。这有效地减少了网络工程师的工作量,提高了协作水平,并使得具有相同资源配置的团队变得更加高效。

网络连通性要求

每个部署和网络环境都有自己独特的网络连通性要求。提前花一些时间确定这些参数,确定标准化的和协定的网络连通性要求,可以节省后面的时间并避免出现挫折。作为该要求定义的一部分,您应该在计划中确定如何进行验证,以及由谁来执行验证。您应该寻找一种自动化、一致的测试运行方式,使更多的人(无论任何技能水平)可以帮助分担工作量。验证参数可以包括:

  • 接口处需要的 PoE 电压电平
  • 速度/双工
  • 交换机详情,例如槽口/端口/VLAN 名称
  • 网络连接地址/端口

文档记录需求

需要记录有接口和交换机槽口/端口/VLAN 之间的连接路径以及其他参数的文档,例如关于连接的设备的信息,但该记录文档不一定容易获取和维护。文档记录还有助于解决后面发生的问题。记录一切正常且连接正确时的各个参数作为基准,可为将来排除故障时节省大量时间。定义哪些信息对企业有用及其组织方式,例如是按站点、楼层还是其他方式等。另外,确定自最初输入这些信息开始直至使用这些信息排除故障期间,会有哪些人需要访问这些信息。

避免互相指责

IoT 设备和系统的安装以及持续维护过程中可能会涉及很多部门和外部承包商。因此,所有项目相关人员一定要聚到一起来共同评估、识别和协定部署的连接要求,以及对设备配置资源的访问权限,无论这些资源是在企业内部、在云中,还是 Android 应用中1。这可确保所有各方都了解部署的要求,以及设备的预期性能,从而方便长期维护和故障排除。完成网络和服务要求后,应再对验证安装所需的网络连通性测试和报告要求以及长期支持策略和归属权予以说明。

网络服务资格认证

企业部署或诊断 IoT 设备故障时,最基础的要求是能够确保联网设备所需的网络服务的配置和运行正常。网络服务应该包含链路速度/双工、PoE、交换机配置、IP 地址分配、DNS 和网关连接以及与所需资源的连接。

如果每次都使用自动化的方法以相同的方式执行各个测试,则企业不仅可以保证一致且可重现的测试流程,而且在发生问题时,自动化的测试还可以给出问题范畴方面的提示。如果需要上报给网络工程师,则对问题范畴进行分析后,可更快地对问题进行分类。这有助于了解技术人员已经运行了哪些测试,从而避免浪费时间执行相同的测试,进而可以对问题核心进行更高级的故障排除。

IoT 设备配置

在部署和提供支持服务期间,您应该了解设备的配置和管理方式,即使初始安装是由第三方完成的。现在,大部分设备供应商都使用 Android 应用 1或云应用,以方便进行设备配置。您应该了解所部署的设备可以使用哪些应用、由谁使用,以及在部署、提供支持和故障排除服务期间如何使用这些应用。这可帮助您确定项目各个阶段的资源责任,以及需要哪些工具和连接方法。

适合作业的正确工具

确定验证 IoT 设备部署所需的测试参数时,一定要认真考虑能够满足您的需求的测试设备。最重要的因素是保证一致、可重复的测试(例如 AutoTest),从而可确保在整个部署项目中,所有技师都能使用相同的测试限制进行相同的测试。该因素,再加上自动将测试记录保存到测量结果中央数据库的功能,不仅可以提供一个协作和报告平台,还可作为正确连接的基准,这对于将来的故障排除而言是非常有用的。这个中央结果视图可以让您迅速发现常见的组件或服务问题,从而避免发生严重的项目延迟或产生高昂费用。这也有利于在安装和调试设备后提供持续支持。该功能可以是本地也可以是远程支持,可以让经验较丰富的工程师通过云服务或通过网络实时控制,使用测试仪的远程分析能力更快地协助和帮助解决问题。

根据用户技能水平、各站点的不同要求以及预算水平,考虑不同的工具要求,从而寻找适合贵企业的解决方案组合。出现相互指责的情况时,拥有正确的解决方案也有助于问题的解决,因为它能确定某个问题出自网络还是设备本身。

部署 802.3 有线以太网 IoT 设备

安装或调试 802.3 有线以太网设备时,您应该通过对计划阶段确定的连通性要求进行测试来验证网络服务。为此,最有效的方式是创建部署团队中任何人都可以运行的 AutoTest“配置文件”。使用预定义的测试配置文件可以提供一致、标准化的测试方法。

AutoTest 应执行以下测试:

  • 首先验证 IoT 设备接口的 PoE 负载,确保交换机能提供正常运行所需的功率。负载测试对于要部署数字照明等需要较高功率设备的环境尤为重要。即使布线通过了认证测试,也并不意味着整个系统可以提供所需的功率水平。负载测试意味着您可以在设备联网位置看到“请求的和收到的”功率水平。另外还要了解 PoE 在哪个线对上运行,以确保配置正确。您使用的工具必须能够以设备运行所需的最高瓦数进行负载测试。

图 1:LinkRunner G2 单页 AutoTest 结果。

图 2:LinkRunner G2 PoE 深度测试结果详情。用户可深入分析各个测试的更多信息。

  • 然后是链路速度和双工。以太网设备尝试互相连接时,在连接建立前,会先通过协商确定各设备之间通信时使用的最高速度和双工。对于高带宽需求的应用,应该避免低速和/或低效率的半双工连接。
  • 要验证的下一步就是 IPv4 地址分配,该地址可能由动态主机配置协议 (DHCP) 或通过静态地址分配提供,对于永久连接网络的设备更有可能是后面的情况。在 DHCP 过程中,或者如果设备 IP 设置为静态,则需要确定 DNS(域名系统)服务器地址并验证 DNS 服务器响应时间。为了面向未来的应用,该工具最好还能验证 IPv6 地址分配。

有一套标准化的 AutoTest 可以保证诸多工具和技师执行的都是相同的测试。这样可在项目中执行一致的测试,并迅速显示测试间的任意差异。

另一项有用的功能是验证实体线缆并确定到故障的距离,包括开路、短路或串绕线对。这也有助于快速识别反向和交叉线对。

图 3:LinkRunner G2 线缆测试结果。

部署 802.11 无线 LAN IoT 设备

和有线以太网设备一样,802.11 无线 LAN 设备在安装、验证和使用期间的持续维护阶段也需要进行检验。

首先,应为无线 IoT 设备编程特定凭证才能连接到正确的或合适的网络区域(通常通过特定的 SSID)(服务集身份字符串或网络名称)。可通过测试设备对连接进行监控/验证,以确保设备连接到正确的接入点 (AP) 和 SSID。

图 4:AirCheck G2 接入点详情测试。

图 5:AirCheck G2 信道利用率测试。

下一个要验证的功能就是漫游,也就是要检查在建筑中移动时,设备能否无缝切换到下一个最近的接入点。连接丢失可能会导致设备退出应用或断开网际网络电话 (VoIP) 连接。

如果无线 IoT 设备间歇性断开、无法连接或连接慢,则可能是无线信道或绑定的信道被非无线设备干扰,例如微波炉或模拟监控摄像头。这种情况可使用频谱分析仪或能按信道区分无线和非无线射频 (RF) 信号的工具予以识别。

图 6:AirCheck G2 Wi-Fi 干扰源概览。

图 7:AirCheck G2 iPerf 测试。

如果有非常大量的 IoT 设备连接到网络,则网络上可能缺乏容量或吞吐量。这种情况可使用具有吞吐量性能验证功能的工具通过将无线网络连回至有线以太网进行验证

此外,多人远程查看和控制测试仪以及访问中央存储库的功能有利于与工程师远程协作,从而缩短故障排除时间。

结论

当今网络环境下 IoT 连接设备的增长使企业不得不以相同的人员配置承担更多的任务。设备的增加还提高了跨企业和外部供应商的项目管理的复杂性。因此,如果您要管理和支持更多联网设备的部署,请考虑如何利用更多的资源提高您管理项目的能力、促进跨团队的协作,并确保发生互相指责的情况时您有解决问题所需的资源。

部署了这些工具并使得现场技师在部署期间和完成部署后在执行故障排除时能够发挥更重要角色的企业发现团队成员之间的协作得到提高,且能够更快地实现项目 ROI。另外,出现问题时,这些工具还可平息团队成员或外部供应商之间的互相指责。

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