LPWAN - 5 letters in het hart van de IOT-revolutie

Uitleg & Status van inzetten in België (2018)

Als de Internet of Things-revolutie nog in de kinderschoenen staat, is dat een onmiskenbaar feit. LPWAN-technologie zal in de geschiedenis een belangrijk keerpunt zijn in het netwerken van alle objecten, hetzij gebruikt door de consument en de burger (Smart Home, Smart Cities …), hetzij door de bedrijven (Smart Metering, Smart Industries …).

Tot nu toe, als het gaat om het verbinden van een voorwerp (een machine, een voertuig …) om de status, de locatie ervan te kennen of ermee te communiceren, de enige globale oplossing – een wereldwijde geografische dekking, nationaal, zelfs internationaal – bestond uit het uitrusten met een simkaart en het gebruik van het GPRS / 3G-netwerk van een telecomoperator. De problemen van deze technologie, gewoonlijk M2M (Machine to Machine) genoemd, zijn bekend: 

  • Dure apparatuur: moeilijk om een 3G-modem van minder dan 20-30 Euro te vinden …
  • Zeer hoog energieverbruik, waarvoor ofwel een permanente stroombron (en dus bedrading) of een krachtige batterij nodig is, waardoor de grootte van de sensor incompatibel is met veel gebruikscasussen
  • Grote voetafdruk
  • Een abonnementskosten voor connectiviteit, niet onbelangrijk, die verband houden met de behoefte aan een radionetwerk (antennaspecialisten), dicht en duur.

Het is daarom moeilijk om met de M2M kleine voorwerpen aan te sluiten of geen elektrische bron te hebben. Of om te accepteren dat de sensor meer kost dan het aangesloten object zelf … Om nog maar te zwijgen van het feit dat het ongewenst is voor de gezondheid, gezien de kracht van emissies, om een verbonden object in 3G, 24 uur per dag …

LPWAN - Low Power Wide Area Network

Het is in deze context dat LPWAN – Low Power Wide Area Network – technologieën zijn ontstaan. De doelstellingen van deze technologie zijn het voorstellen van sensoren.

  • Goedkoop – uiteindelijk slechts een paar euro …
  • Kleine maten – een paar centimeter van elkaar verwijderd, of minder …
  • Werkt op batterijen, met grote autonomie (5-10 jaar!)
  • Geoptimaliseerd om te communiceren voor zeer kleine datasnelheden, voor een paar eurocent per maand

Als de LPWAN-technologie niet recent is en al in de jaren 90 is geïmplementeerd (bijvoorbeeld het AlarmNet-netwerk in de Verenigde Staten), moet u wachten op de oprichting van SIGFOX (2009) en de lancering van het eerste netwerk in 2012, in Frankrijk, zodat het gestructureerd begint te worden en populair wordt.

IOT-networks-spectrum-LPWAN-2G-3G-4G-ZIGBEE

LPWAN's "historische" acteurs: SIGFOX en LORA

2 belangrijke spelers delen vandaag de markt. Aan de ene kant de historische acteur, SIGFOX, het Franse gezelschap van Toulouse. En aan de andere kant, LORA, een open protocol gebaseerd op de chipset van het Amerikaanse bedrijf SEMTECH (waarvan de technologie ook oorspronkelijk in Frankrijk was ontwikkeld). De Franse oorsprong van deze twee opties verklaart de aanwezigheid van een sterk ecosysteem in Frankrijk en in aangrenzende landen, waaronder België.

Hoewel de marktbenaderingen van SIGFOX en LORA verschillend zijn, zijn ze aan de andere kant erg vergelijkbaar vanuit een technisch oogpunt. Beide werken op dezelfde ISM 868 Mhz-frequentieband (in Europa), ongeregelde frequentie. Datatransmissie kan worden gedaan over lange afstanden, tot 15-20 km !, terwijl het GSM-netwerk is gebaseerd op een netwerk van antennes die maximaal enkele kilometers van elkaar zijn gescheiden … Hierdoor kan een netwerk meer worden ingezet snel en goedkoop! Het principe is dat de sensor (SIGFOX of LORA) datapakketten uitzendt, die door alle in zicht zijnde antennes worden ontvangen. Een consolidatie wordt uitgevoerd door het netwerk, dat vervolgens het unieke bericht communiceert naar elk platform dat is toegewijd aan gegevensverwerking via een “callback” -mechanisme.

Het feit dat deze frequentieband vrij is legt beperkingen op aan het gebruik ervan. Niet meer dan 1% gebruik van de frequentieband voor een sensor. Dit vertaalt zich naar maximaal 140 nuttige berichten van 12 bytes (“payload”) die via het SIGFOX- of LORA-netwerk vanaf de sensor kunnen worden verzonden (uplink). Het verzenden van gegevens naar de sensor (downlink) is echter zeer beperkt. 4 berichten van 8 bytes (nuttige “nuttige lading) per maximumdag voor SIGFOX.

Ook om te weten … Omdat de frequentie niet wordt gereguleerd, betekent dit dat interferenties tussen gebruikers kunnen bestaan, wat een probleem vormt met betrekking tot de garantie van Quality of Service (QOS). Dit is een van de argumenten van de initiatiefnemers van de concurrerende NB-IOT-technologie (zie hieronder), die werkt op een gereguleerde frequentie, dus zonder interferentie …

De nieuwe gegadigde: NB-IOT

De traditionele telecomoperators die datacommunicatie aanbieden (GPRS, 3G, 4G …) hebben lang geduurd, voordat ze zich realiseerden dat het van belang is om een LPWAN-oplossing voor te stellen. Vijftien jaar lang hebben ze gevochten om de communicatiesnelheden te verhogen, van GPRS – gelijk aan onze goede oude telefoonmodems – tot 3G en 4G, waarmee je nu televisie kunt kijken op je mobiel. Deze race voor prestaties heeft een directe invloed gehad op de prijs van sensoren en op het energieverbruik, dat alleen maar toeneemt. 15 jaar geleden moesten we onze Nokia-telefoon elke 2-3 dagen opladen. Vandaag kost een iPhone van de laatste generatie geen dag … 4G is gedeeltelijk verantwoordelijk. Supporters van iedereen bij 4G (en binnenkort 5G) zullen je vertellen dat de energiekosten per kilobyte dalen. Maar voor veel gevallen van IOT-toepassingen – die zeer weinig gegevens verbruiken – (bijvoorbeeld een meting per dag in het geval van telemetrie), houdt dit argument geen steek …

Studies hebben aangetoond dat de LPWAN-technologie ideaal is voor meer dan 50% van de IOT (50-100 Miljard) sensoren die de komende jaren zullen worden ingezet!

In juni 2016 heeft de 3GPP (standaardisatie-instantie van de GSM-standaard) de komst van NB-IOT aangekondigd in een verklaring

“It took us only 9 months to standardize the new technology after the study phase. Once again 3GPP demonstrated the ability to quickly respond to the emerging market needs” Dino Flore, the Chairman of 3GPP RAN, said.

NB-IOT is het antwoord van traditionele telecomaanbieders op nieuwkomers zoals SIGFOX en LORA. Het werd tijd dat exploitanten het zich niet konden veroorloven om de IOT-golf van de LPWAN-technologie te missen.

nb-iot-network-narrow-band-iot

NB-IOT, voor Narrow-Band IOT, is gebaseerd op dezelfde doelstellingen. Biedt een connectiviteitsoplossing met een lagere doorvoer en een zeer laag stroomverbruik. NB-IOT biedt een bitrate van 20 kbits / seconde, dus minder beperkend dan SIGFOX of LORA. Maar waarschijnlijk ten koste van een groter energieverbruik ondanks alles.

De inhoud van dit rapport is afkomstig uit een rapport “Networks (LPWAN) voor het internet der dingen”, dat hieronder gratis kan worden gedownload. Dit rapport bevat inhoud van de trainingsmodule “IOT Business Training” voor bedrijfsplanning – strategisch of operationeel – om oplossingen te implementeren met betrekking tot het internet der dingen. Deze training behandelt alle aspecten van het internet der dingen: use cases, bedrijfsmodellen, IOT-netwerken, beveiliging, sensoren, projectbeheer …

iot-networks-in-belgium-2018-report-cover-png

Gratis LPWAN Rapport

  • LPWAN - Low Power Wide Area Network
  • SigFox, LoRa, NB-IOT
  • Sterke en zwakke punten van SigFox, LoRa en NB-IOT?
  • Staat van IOT-netwerken in België?