Development

Netwerken
Internet of Things

Twee wegen naar het Internet of Things

KPN en Vodafone werken aan verschillende netwerken voor het Internet of Things.

28 april 2016

Communicatie met ‘dingen’ via mobiele netwerken is op zich niet nieuw. Machine-to-machinecommunicatie, zoals dat altijd heette, gebeurt al jaren. Alleen al Vodafone heeft wereldwijd zo’n 35,5 miljoen IoT-connecties op zijn mobiele net. Gezamenlijk genereren die 84 miljoen megabyte aan dataverkeer per maand.

Maar de onderliggende technologie heeft wel beperkingen. Om op een netwerk voor mobiele telefonie te kunnen werken hebben aangesloten apparaten een SIM-kaart nodig, wat behalve in aanschaf ook in beheer relatief duur is. De bandbreedte die M2M-oplossingen adresseren is behoorlijk groot. Dat leidt tot relatief hoge verbindingskosten. Bovendien zijn daarvoor relatief krachtige, en dus dure modems nodig. Modems die ook nogal wat stroom verbruiken, en daardoor minder handig zijn op plaatsen waar geen stroomvoorziening is. M2M zoals we dat kennen is, met andere woorden, niet geschikt voor het IoT dat in opkomst is: een netwerk van grote aantallen, vaak via simpele sensoren verbonden dingen met bescheiden communicatiebehoefte.

Bij Vodafone onderkent men dat ook. Het aantal via internet verbonden dingen groeit naar verwachting naar 6 miljard in 2024, maar de groei komt geheel uit dingen die onvoldoende vermogen hebben voor een M2M-aansluiting en waarvan installatie ook niet te rechtvaardigen is tegen M2M-prijzen, zegt manager connectivity en IoT Marcel Prins. In 2024 is 62 procent van de dingen aan het internet ‘low power’.

Inmiddels timmeren in Nederland KPN en Sigfox op dit vlak behoorlijk aan de weg. KPN is toegetreden tot het LoRa Consortium, dat IoT-netwerken realiseert op basis van technologie van SemTech, IBM Research en Actility. Die technologie maakt gebruik van het ongelicentieerde deel van het spectrum; in Europa is dat de 868 MHz-band, in de VS de 900 MHz-band. KPN heeft de uitrol versneld en zal als alles volgens plan verloopt in juli en landelijk dekkend LoRa-netwerk hebben.

Sigfox gebruikt een eigen communicatiemethode op basis van Ultra Narrow Band-technologie die zich vooral leent voor dingen met heel ­lage communicatiebehoefte: 12 bytes per keer, maximaal 140 maal per dag, met een snelheid van 100 bits per seconde. Het aantal berichten richting de dingen is beperkt tot 4 per dag van maximaal 8 bytes. Dat lijkt wellicht weinig, maar voor communicatie met tal van sensoren is dat meer dan genoeg.

Gestandaardiseerd IoT

Vodafone besloot tot een andere koers: IoT over de bestaande mobiele netwerken. Daardoor ligt het nu wel op achterstand ten opzichte van de oplossingen die geen gebruik maken van het gelicentieerde spectrum en daardoor minder vertraging opliepen door gekissebis in standaardisatiecommissies. Het moet voor Vodafone dan ook een enorme opluchting zijn dat enkele maanden terug de patstelling in standaardisatieorganisatie 3GPP doorbroken werd en de standaardisatie van IoT over mobiele netwerken werd vlotgetrokken. Die standaard is naar verwachting in juni definitief en de eerste apparaten die geschikt zijn voor dit Narrowband IoT (NB-IoT) komen in de loop van dit jaar op de markt.

Narrowband IoT wordt gerealiseerd door een plakje af te nemen van een LTE-band

Narrowband IoT wordt gerealiseerd door een plakje van 200 MHz af te nemen van een LTE-band of uit de aanpalende ruimte die overspraak tussen LTE-banden moet voorkomen. Dat is zo weinig dat het spraakverkeer er niet onder lijdt, maar is genoeg voor de aansluiting van 200.000 dingen op een basisstation. Door combinatie van enkele van die plakjes kun je bij niet al te communicatieve dingen tot wel 1 miljoen dingen bedienen met één basisstation, zegt solutions manager Jan Willem Wallenburg van Ericsson Telecommunicatie, dat een grote rol speelde bij de afronding van de standaard en nu telecomproviders helpt bij implementatie.

NB-IoT kan overweg met heel eenvoudige modems die goedkoop te produceren zijn. Die zullen een jaar of 10 toe kunnen met één batterij en zullen zeker niet duurder zijn dan die voor bijvoorbeeld LoRa. Mogelijk worden ze zelfs goedkoper: NB-IoT is anders dan LoRa een wereldwijd uniforme standaard die aansluit bij het productengamma van veel leveranciers. Dat betekent meer concurrentie en goedkopere apparaten. De uitbaters van zo’n netwerk hoeven ook niet de kosten van implementatie van nieuwe basisstations terug te verdienen – in Nederland voor de concurrenten zo’n 1500. Implementatie van NB-IoT vergt niet meer dan een software-update over het netwerk.

Daarbij profiteren gebruikers van NB-IoT van de beproefde faciliteiten van het mobiele netwerk op het gebied van Quality of Service, flexibele toewijzing van bandbreedte en dito verdeling van de armoe bij congestie en beveiliging van de communicatie. Dat zijn bij de aanbieders van oplossingen in het ongelicentieerde deel van het spectrum zeker geen no-brainers waar je aan voorbij kunt gaan zonder te vragen hoe zij één en ander geregeld hebben en zonder af te wegen of dat voldoende waarborgen biedt voor de IoT-toepassing in kwestie. Want anders dan bij IoT over het mobiele net kunnen andere toepassingen in ongelicentieerde spectra wel degelijk voor verstoringen zorgen. Toepassingen van gebruikers waar je in de regel geen afspraken mee kunt maken, en die ook hun opwachting kunnen maken nadat je je IoT-netwerk hebt ingericht.

NB-IoT biedt ook een veel betere dekking dan men van mobiele telefonienetwerken gewend is. In het vrije veld scheelt dat wel een factor 7 in oppervlak, bij de binnenshuisdekking een muur of drie, vier, aldus Wallenburg. Bij een proof of concept van Vodafone bij een waterleidingbedrijf in Spanje kon via NB-IoT nog gecommuniceerd worden met watermeters onder putdeksels van 5 centimeter staal of in kelders op een diepte van 5 meter onder het maaiveld, aldus Prins. NB-IoT lijkt hierbij overigens niet in het voordeel ten opzichte van SigFox en LoRa, maar harde vergelijkingen ontbreken nog.

Wat natuurlijk wel een verschil is, is dat NB-IoT nog niet op de markt is. Vodafone verwacht het NB-IoT-netwerk begin 2017 in Nederland uit te rollen op de 800 MHz-band. Over prijzen kan Vodafone nog geen uitlatingen doen. Bestaande M2M-diensten, die hoofdzakelijk over het 2G-netwerk lopen, houdt het vooralsnog in de lucht.

KPN heeft LoRa-netwerk al in de lucht

KPN is op stoom bij het uitrollen van zijn LoRa-netwerk voor het Internet of Things. Al in juli dit jaar biedt het bedrijf landelijke dekking aan. Verschillende starters en gevestigde namen zijn er al op ingesprongen.

KPN had voor de uitrol van zijn netwerk voor het Internet of Things kunnen kiezen voor een Low Power Wide Area Network, de LPWAN-variant op het 2G/4G-mobiele netwerk. Bewust doet het bedrijf dat niet. Het zet zijn antenneopstelplaatsen in het mobiele netwerk in voor de bouw van een eigen LoRa-netwerk; Long range, low power. Volgens Jacob Groote, executive vicepresident Service Platforms, zijn er op dit moment nog te veel zaken die moeten worden uitgezocht voordat het 2G/4G-netwerk geschikt is voor LPWAN. Dat duurt wel tot 2017. De LoRa-technologie is al klaar en werkt.

KPN maakt flinke vorderingen met de landelijke dekking. Op dit moment is het netwerk al bruikbaar in de hele Randstad en delen van Utrecht, Noord-Brabant en Groningen. Op 1 juli moet LoRa in het hele land zijn uitgerold.

Aan het eind van het derde kwartaal is het tevens mogelijk LoRa te gebruiken voor plaatsbepaling. Op elke plek zijn dan minstens drie van de duizend antennes ‘in zicht’. Een speciaal voor KPN ontwikkeld algoritme zorgt er voor dat plaatsbepaling met een nauwkeurigheid van 10 tot 35 meter mogelijk is. Een aparte GPS-ontvanger is dan niet meer nodig, wat zeker handig is voor gebruik van IoT-toepassingen binnenshuis en voor apparatuur waarbij een laag stroomverbruik essentieel is.

Werkende LoRa-toepassingen

KPN gaf samen met Schiphol begin april een demonstratie. Verschillende starters en grotere bedrijven lieten hun recente ontwikkelingen op basis van LoRa lieten zien, die vaak al volledig operationeel zijn. Zo heeft LekTell een CV-bewakingsmodule gemaakt die, bevestigd onder de CV-ketel, in de gaten houdt of de ketel water lekt, koolmonoxide afgeeft of dreigt te bevriezen. Met een app kan de status bijna real time vanaf elke plek worden uitgelezen. Bij overschrijding van drempelwaarden volgt een alarm.

Itude Mobile liet de Babbler-module zien, een multisensor ter grootte van een dikke chocoladereep, die tijdens transport van een container informatie verzamelt. Gedurende het vervoer worden temperatuur en luchtvochtigheid gemeten – belangrijk bij bederfelijke lading – en of de container is geopend, wat weer belangrijk is voor de controle op smokkelwaar of voor douane-activiteiten. Wanneer de sensor binnen bereik van het Nederlandse LoRa-netwerk is, kan de sensor near real time worden uitgelezen. Daarbuiten is ook een directe verbinding met een app op de smartphone mogelijk. Dit voorbeeld van de Babbler-module geeft aan dat een landelijke dekking van LoRa eigenlijk niet voldoende is. KPN zegt in onderhandeling te zijn met buitenlandse aanbieders om ook ­internationale roaming mogelijk te maken.

Het is de bedoeling dat LoRa-achtige specificaties worden opgenomen in de specificaties van 5G, de standaard die de huidige 2/3/4G-mobiele netwerken moet gaan vervangen. Groote is zelf actief betrokken bij de totstandkoming van de nieuwe standaard. Hij zegt eerlijk dat er geen garantie is dat in 2020 – wanneer naar verwachting de eerste 5G-netwerken die op deze standaard zijn gebaseerd actief zullen worden – de huidige generatie LoRa-apparatuur daar ook zonder meer op kan aansluiten. “Daar gaat het ook helemaal niet om”, reageert een van de aanwezige IoT-dienstverleners. “Het is mijn zorg voor de connectiviteit te zorgen, niet die van mijn klanten.” Hij geeft aan in zijn oplossing LoRa, naast GSM en GPS te verwerken en in te zetten waar nodig. “Daar moet een klant zich niet druk om hoeven maken.”

Lang was KPN een technologie-follower

Jasper Snijders, executive vicepresident New Business van KPN, vertelt dat innovatie met dit type toepassingen een speerpunt is geworden bij KPN. “Lang was KPN een technologie-follower waarbij we keken naar de successen elders en daarmee aan de slag gingen. Nu proberen we zelf de innovatie aan te slingeren door met partners snel naar werkende oplossingen te komen, met name op drie gebieden: In Home, Cybersecurity en Internet of Things. Mijn afdeling rapporteert sinds kort dan ook direct aan de hoofddirectie.”

Experimenten op Schiphol

Ook Christiaan Hen, bij Schiphol verantwoordelijk voor New Business, brengt deze strategie van experimenteren in praktijk. De ambitie is om Schiphol in 2018 de ‘Best digital airport’ te maken. Hij past LoRa inmiddels al toe voor sensoren op de roltrappen en liften. Zodra er een probleem wordt geconstateerd, gaat er gelijk iemand op af. Defecte roltrappen en liften zijn een kwetsbaar punt in de grote reizigersstromen op de luchthaven. Nu is het makkelijk sensoren in te zetten omdat de prijs van de sensoren de laatste jaren sterk is gedaald en de aansluiting draadloos kan. Hen: “Bovendien is er meer software die de data kan combineren, verwerken en overzichtelijk presenteren.”

Bij Schiphol biedt LoRa al op verschillende plekken mogelijkheden tot een efficiencyslag. Zo wordt bij werkzaamheden langs de start- en taxibanen de werkplek afgebakend met lampen die op een accu werken. Tot nu toe controleerde een team de lampen op hun werking en verving ­indien nodig de accu. Met een sensor kan op afstand worden gezien of er storingen zijn en wat het niveau van de accu is. De ploeg kan zo goed plannen waar actie vereist is.

Op dezelfde manier geven de prullenbakken op de luchthaven nu aan hoe vol ze zitten. De schoonmaakploeg hoeft niet meer alle bakken langs, maar gaat gericht op de volle bakken af. Hen is heel enthousiast over de nieuwe aanpak. “Het gaat om veel experimenteren en leren van mislukkingen. Een grote bottleneck is de natuurlijke weerstand van mensen tegen verandering. Die moet je elke keer zien te overwinnen.”

 
Lees het hele artikel
Je kunt dit artikel lezen nadat je bent ingelogd. Ben je nieuw bij AG Connect, registreer je dan gratis!

Inloggen

Registreren

  • Direct toegang tot AGConnect.nl
  • Dagelijks een AGConnect nieuwsbrief
  • 30 dagen onbeperkte toegang tot AGConnect.nl

Ben je abonnee, maar heb je nog geen account? Laat de klantenservice je terugbellen!