IoT-netwerken
De term internet der dingen stamt, hoe verrassend dit ook mag klinken, uit de vorige eeuw. De toepassingen kwamen in die tijd niet veel verder dan RFID -technologie en de bekendheid was daarmee vrij laag. De enorme slagen in connectiviteit die de laatste decennia zijn gemaakt, veranderde dit. Dit jaar zijn er naar verwachting 8,4 miljard IoT-apparaten online en in 2020 zijn dit er volgens Gartner circa 30 miljard. Veel van deze apparaatjes zijn opgenomen in draadloze netwerken vanwege flexibiliteit en toepassingen met groot bereik. Mobiele providers omarmen massaal deze techniek, omdat het een logische stap is.
Bij de netwerken in een groot gebied (WWAN) is een onderverdeling te maken in CDMA, 3G/4G, GPRS en GPS. Dit is bij uitstek het gebied van netwerkproviders. De eerste geluiden over een IoT-netwerk kwamen echter niet uit de providerhoek. Maar van het Nederlandse initiatief The Things Network (TTN) dat al in 2015 een dekkend en operationeel longrange (LoRa) netwerk had in Amsterdam.
Mobiele providers op scherp
LoRa is een draadloze technologie in de 868 MHz band die in staat is om miljoenen apparaten over een lange afstand aan het internet te koppelen. De sensoren gebruiken weinig energie en verzenden uitsluitend kleine datapakketjes. Dat deze primeur van TTN geen eendagsvlieg is, blijkt uit het feit dat zij inmiddels wereldwijd in veel grote steden en gebieden dekking bieden. Hiermee staken zij KPN de loef af.
De reactie van KPN liet niet lang op zich wachten. Medio 2016 kwam het bericht dat zij heel Nederland hadden voorzien van een landelijke dekking. Een knappe prestatie die veel bewondering oogstte. Nederland werd immers op de kaart gezet met het eerste landelijk dekkend LoRa netwerk in de wereld. In de periode dat KPN met Lora startte is Tele2 een partnership aangegaan met Aerea voor de uitrol van het Sigfox netwerk in Nederland. Beide technieken werken in hetzelfde frequentiespectrum. De eigenschappen zijn redelijk gelijkwaardig, maar communicatieprotocollen verschillen.
Toen T-Mobile op 8 juni 2016 haar eerste testen deed met een nieuw netwerk genaamd Narrowband IoT (NB-IoT) konden we niet vermoeden dat deze netwerktechnologie grote gevolgen kreeg. Het grote onderscheid is dat NB-IoT werkt in een ‘gelicenseerd’ frequentiespectrum. Deze netwerken worden (prijstechnisch) hoger in de markt gepositioneerd dan de nu volop uitgerolde technieken gebaseerd op LoRa of Sigfox. Inmiddels wordt duidelijk dat T-Mobile doorzet in deze ontwikkeling. Ook Vodafone heeft haar plannen op NB-IoT inmiddels gelanceerd. Begin december 2016 zocht KPN opnieuw de publiciteit met het bericht dat zij testen uitvoerden met LTE-M. Dit wil KPN naast LoRa aanbieden. Om het niet al te eenvoudig te maken, zijn er ook nog verschillende varianten op komst in de NB-IoT band.
IoT in de installatiepraktijkOveral zie je Internet of Things (IoT) opduiken. Sensoren (things) worden op alle fronten toegepast. Kijken we naar de installatiepraktijk dan zullen deze ook hier massaal hun weg vinden. Denk aan de mogelijkheden voor onderhoud waarbij sensoren worden toegepast om bijvoorbeeld lekkages te signaleren en de status van systemen te monitoren. De monteur zal mogelijk met behulp van een VR-bril problemen op locatie op een gemakkelijke wijze kunnen oplossen. Deze toekomst komt hard dichterbij. In dit artikel meer over de achtergrond van de razendsnelle IoT-ontwikkelingen waar ook de installateur mee te maken zal krijgen. |
5G-technologie en IoT
De NB-IoT techniek is gebaseerd op LTE-netwerken die als basis dienen voor de huidige 4G- en de toekomstige 5G-technologie. De behoefte aan mobiel internet is gigantisch. Daarmee is de ontwikkeling naar deze breedbandige technologie een logische stap.
In de LTE-netwerken is nog ruimte over om gebruik te maken van andere technieken zoals IoT. In LTE-termen wordt dit Machine Type Communication (MTC) genoemd. MTC is weer onder te verdelen in de Critical en Massive varianten. De Critical variant wordt het ‘neusje van de zalm’ op IoT-gebied, maar is voorlopig nog niet leverbaar. Het netwerk houdt bij met welke cellen C-MTC apparaten verbonden zijn en reserveert resources. Zo zijn apparaten direct beschikbaar (toegangstijd 1 à 2 miliseconde).
De Massive variant is net als de bestaande ongelicenseerde netwerken ontworpen om af en toe kleine hoeveelheden data te versturen. Ook hier kennen we meerdere varianten, namelijk de NB-IoT en de eMTC (enhanced Machine Type Communication). Het bijzondere is dat beide varianten maximaal 2000 losse transfers kunnen stapelen, waarmee er een 100x sterker signaal ontstaat. Hiermee worden apparaten in kelders en onder vloeren van gewapend beton bereikbaar voor de zendmasten.
De LTE-ontwikkeling werkt met releases. In nieuwe releases wordt gewerkt aan verbeterde positiebepaling, onderlinge communicatie tussen devices en een variant voor smart wearables (smartwatches, fitnessbanden en augmented reality brillen). Het IoT-device gebruikt voor smalbandige communicatie het IoT-netwerk. ls er meer bandbreedte nodig? Dan communiceert het device via de smartphone. LTE-M van KPN (dit is eMTC) is op dit moment het meest vooruitstrevende netwerk met een bereik van maar liefst 100 kilometer en een 6x hogere bandbreedte (1.080MHz) dan NB-IoT varianten. Nadeel is wel dat de batterijen maar enkel jaren meegaan. KPN verwacht eind dit jaar LTE-M op het bestaande 4G-netwerk uit te rollen.
Vodafone en T-mobile rollen in 2017 een landelijk dekkend netwerk uit dat gebaseerd is op de ‘lichtere’ variant NB-IoT. De specificaties zijn met een bandbreedte 150kHz en bereik circa 35 kilometer overigens respectabel. Er komen mooie tijden aan! En de critical variant houden we nog even tegoed.
Veldslag om de netwerken
Er is dus een duidelijk onderscheid te maken in het frequentiespectrum waar de netwerken gebruik van maken, ‘gelicenseerd’ of ‘ongelicenseerd’. De verwachting is dat, juist hier, zich een enorme concurrentiestrijd zal ontwikkelen op deze IoT-netwerken. Dat de niet gelicenseerde netwerken eerder onder de aandacht kwamen, is logisch. De uitrol hiervan was tamelijk eenvoudig, omdat je hierbij minder bent gehinderd door afspraken en regels. Neem je daarnaast de lage kosten voor uitrol en onderhoud in ogenschouw dan is de populariteit snel verklaard.
De verwachting is dat deze netwerken gewoon netjes naast elkaar blijven bestaan in Nederland. KPN zet ook in op het gelicenseerde spectrum maar verwacht dat zij LoRa nog zeker 10 jaar actief blijven ondersteunen. Agentschap Telecom heeft onderzoek gedaan naar de gevolgen voor het frequentiespectrum. Zij verwachten dat omstreeks 2024 in Nederland tussen de 8,6 en 52,1 miljoen Low-Power Wide Area (LPWA) Internet of Things apparaten actief zijn.
Onze economie wordt steeds meer afhankelijk van de goede werking van deze sensoren. De ontwikkelingen in het gelicenseerde spectrum zijn nog volop in gang. Groot voordeel hiervan is dat deze netwerken zijn gebaseerd op standaarden die bijvoorbeeld voorzien in goede mogelijkheden voor gelijktijdige toegang. Ondanks de onstuimige groei van het aantal sensoren verwacht het Agentschap voldoende spectrum beschikbaar te hebben. Er zijn voorlopig geen knelpunten. Voor de IoT-technieken in het ongelicenceerd spectrum verwachten zij dit wel. Grote zorgen hoeven we ons voorlopig niet te maken. Het gaat immers niet over real time communicatie en ook de verstuurde datapakketjes zijn minimaal van omvang
Auteur: Henk Hazeleger: Systeemarchitect, Technologie inspirator, R&D en Innovatie bij Leertouwer B.V. in Barneveld.
