De recente aankondiging (11 juni 2019) van een Roaming-overeenkomst tussen Proximus (België) en Objenious (Bouygues Telecom – Frankrijk), over het gebruik van het openbare LORAWAN-netwerk van de twee operatoren, biedt de gelegenheid om het probleem te analyseren een wereldwijde communicatiedekking voor verbonden objecten.
In dit artikel bespreken we de verschillende LPWAN-netwerken die beschikbaar zijn in Europa en analyseren we opties voor wereldwijde (multinationale) dekking vandaag, in de nabije toekomst en verder weg.

LPWAN in een paar woorden.

LPWAN-netwerken – of Low Power Wide Area Network – zijn een van de redenen voor de snelle uitbreiding van het internet der dingen. Ze maken communicatie mogelijk van kleine hoeveelheden gegevens, op grote afstanden, terwijl ze weinig energie verbruiken. Uiteindelijk maken de LPWAN-netwerken het mogelijk om kleine, goedkope sensoren te hebben die tot 10-15 jaar op batterij werken.

Transnationale LPWAN-dekking. Noodzakelijke?

Populaire toepassingen van het internet der dingen zijn tegenwoordig slimme meters (water, gas, energie, machines, enz.) En logistiek (tracking van de levering, koelketen, enz.). Maar ook toepassingen in slim bouwen of slimme steden.
Als toepassingen in transport en logistiek een natuurlijke behoefte hebben aan wereldwijde dekking – tenminste de buurlanden van het startpunt – kan men zich afvragen wat de bredere interesse is voor roaming-overeenkomsten, zoals onlangs aangekondigd door Proximus en Bouygues. Andere LORAWAN-roamingovereenkomsten zijn in het verleden al aangekondigd, zoals tussen KPN (Nederland) en Orange (Frankrijk).

Een wereldwijd LPWAN-netwerk is interessant, zelfs als de daarmee verbonden objecten niet bewegen!

LPWAN Networks - overzicht van de belangrijkste spelers ...

Op de Europese markt domineren 3 LPWAN-netwerktechnologieën de markt. LORAWAN, SIGFOX en NB-IOT. Opgemerkt moet worden dat andere technologieën bestaan en worden geactiveerd in andere regio’s van de wereld: Strij, Weightless, Ingenu, … Maar LORAWAN, SIGFOX en NB-IOT zijn ongetwijfeld vandaag de referentietechnologieën.

SigFox-netwerkdekking in Europa

Naast de technische discussies om de beste LPWAN-technologie te kiezen – discussie die ik aan de experts overlaat 😉- is het belangrijkste argument van SigFox de geografische dekking. 60 landen gedeeltelijk of volledig bedekt, dwz 5 miljoen KM2. Een enkel netwerk – maar ook een enkele operator -. Geen behoefte aan roaming-overeenkomst, want het is een en hetzelfde netwerk!  -, 

LORAWAN netwerkdekking in Europa

Veel Europese landen hebben LORAWAN openbare netwerken zien inzetten. Een operator in België en Luxemburg (Proximus), Zwitserland (SwissCom) of Nederland (KPN). 2 LORAWAN-operatoren in Frankrijk (Orange en Bouygues) of in het Verenigd Koninkrijk (Connexin en IOT Networks). 3 openbare exploitanten in Duitsland (Digimondo, Minol Zenner, Netzikon). En 4 operators in Italië (A2A Smart City, Axatel, Telemar, Unidata)! Overvloed van LORAWAN-operatoren in Europa. Maar de meeste van deze operatoren zijn niet onderling verbonden. Moeilijk voor een sensor om van het ene netwerk naar het andere te schakelen.

NB-IOT netwerkdekking in Europa

De NB-IOT-technologie is de meest recente en wordt in heel Europa uitgerold. Een snelle reactie van de GSMA (Association of Telecom Operators) op de opkomst van LPWAN-technologie. Deze NB-IOT-netwerken zijn nog niet overal volledig geïmplementeerd. Orange Belgium was een van de eersten die landelijke dekking aanboden. Net als bij LORAWAN zullen er in elk land verschillende NB-IOT-operators zijn. In feite implementeren de meeste huidige GSM-operators NB-IOT en / of LTE-Cat-M1.

Waarom een wereldwijde LPWAN-dekking nodig?

Om de complexiteit van een multinationale dekking van een netwerk van het LORAWAN-type te begrijpen, is het noodzakelijk om te begrijpen hoe deze technologie werkt. Een LORAWAN- of SIGFOX-sensor communiceert niet met een internetprotocol (TCP-IP). LORAWAN en SIGFOX zijn twee communicatietechnologieën die werken op de ISM-vrije frequentieband. Het werkingsprincipe is eenvoudig. De sensor verzendt zijn gegevens, die worden verzameld door Gateways (Antenne) en verzameld door een netwerkserver. Van deze netwerkserver haalt de uiteindelijke toepassing de gegevens op, meestal via internet (Web Services, MQTT, Web Sockets).

Om te communiceren met een LORAWAN- of SIGFOX-sensor, is het daarom noodzakelijk om te integreren met de netwerkserver van de netwerkoperator

LPWAN-Network-Topology-Gateway-Network-Server

Functionele vereisten met betrekking tot de IOT-use case

Fleet Management en Asset Tracking zijn de belangrijkste use cases van M2M (Machine-To-Machine), de vroegere naam die vandaag aan IOT wordt gegeven. Alle applicaties met betrekking tot de geolocalisatie van goederen of mensen blijven een van de belangrijkste verticale lijnen van het Internet of Things. Transport, logistiek … En natuurlijk, op dit gebied, moeilijk te doen zonder een internationale IOT-netwerkdekking!

Contractuele kwestie van internationaal gebruik LORAWAN

Een andere dimensie om te overwegen, die misschien secundair lijkt, maar helemaal niet. Dit is het contractuele aspect. Zodra een bedrijf verbonden objecten in verschillende landen wil inzetten, moet het zelfs met statische contracten onderhandelen over contracten met lokale operatoren. Financiële voorwaarden, Service Level Agreement, … Dit kan snel een echt obstakel worden voor een wereldwijde implementatie, vanwege de verschillen in aanbiedingen en oplossingen: prijs, serviceniveau, geolocatieservice, sensorvoorziening …
Roaming moet daarom, zoals in M2M, het mogelijk maken om over een enkel contract te onderhandelen met een aanbieder die internationale gegevensdekking aanbiedt.

Internationale kwestie van technische integratie LORAWAN

Anders dan NB-IOT, dat een “WEB” -connectiviteit biedt (TCP- of UDP-protocol), moeten SigFox en LORAWAN de gegevens van de sensoren herstellen via een netwerkserver Als SigFox een uniek netwerk heeft (en Daarom is de LORAWAN-case veel complexer: elke operator biedt zijn API’s voor toegang tot de gegevens en interactie met de sensoren, wat uiteindelijk betekent dat zoveel mogelijk IT-integraties moeten worden ontwikkeld. heeft verschillende operatoren in de landen waar we actief willen zijn. Een grote inspanning en kosten die snel onbetaalbaar kunnen worden!
De LORAWAN-roaming moet toelaten om slechts één integratie te realiseren (bijvoorbeeld in het land van herkomst) en om zijn sensoren internationaal te kunnen inzetten …

Analyse van de roamingovereenkomst tussen Proximus en Bouygues (Objenious): LORAWAN passieve roaming

Deze twee operators hebben hun LORAWAN-netwerken gebouwd met dezelfde technologiepartner voor het kernnetwerk – de LORAWAN-netwerkserver -: Actility. Dit heeft ongetwijfeld de technische implementatie van roaming vergemakkelijkt.

Proximus-Objenious-LoraWAN-Roaming

Er zijn verschillende methoden om LORAWAN-roaming te implementeren. “Overdrachtsroaming” en “Passieve roaming.” Overdrachtsroaming is de methode die het dichtst bij roaming komt met zijn smartphone. De sensor is verbonden met het netwerk van de roamingoperator, maar het beheer blijft thuis. Voor dit type roaming zijn sensoren vereist met de recente standaard LORAWAN 1.1. Behalve dat de meeste LORAWAN-sensoren die momenteel worden gebruikt, LORAWAN 1.0 zijn. Daarom kunnen we alleen werken in passieve roaming, beschikbaar in 2 varianten: Stateful en Stateless: voor Stateful Passive Roaming moet het netwerk van het land van herkomst alle sensoren op de Host-netwerken autoriseren (dat wil zeggen 100 van miljoenen autorisatieverzoeken …). In Stateless Passive Roaming worden alle berichten verzonden sinds de Lokale gastheer voor de operator van het thuisland – een overvloed aan berichten, zonder te weten of de sensoren zijn toegestaan …
LORAWAN Passieve roaming, een oplossing gekozen door Proximus en Objenious, is duidelijk een tijdelijke oplossing die de exponentiële groei van de LORAWAN-sensorimplementaties niet ondersteunt. Desalniettemin is het een noodzakelijke eerste stap in de ontwikkeling van transnationale projecten in het internet der dingen.

SigFox en LORAWAN - De complexiteit van de gebruikte frequenties!

Hoewel SigFox een netwerk van bijna 60 landen biedt en roaming-overeenkomsten worden gesloten tussen exploitanten LORAWAN, zijn we nog verre van de droom van een wereldwijde dekking voor het internet der dingen. De barrière is gerelateerd aan de gebruikte frequentieband: de ISM-vrije frequentieband (Instruments, Scientific, Medical). De toegewezen frequentiebanden zijn inderdaad niet in alle regio’s van de wereld hetzelfde. 863-868 Mhz in Europa. 915 MHz in de Verenigde Staten en Zuid-Amerika. En 923 MHz in Azië. Dit blijft op dit moment een grote beperking, omdat de meeste sensoren zijn geconfigureerd om op een enkele frequentieband te communiceren. Onmogelijk om ze te laten werken, in roaming, in de hele wereld! Deze beperking is van toepassing op zowel SigFox als LORAWAN.

Maar dan is SigFox de beste optie?

Als je bij het lezen van dit artikel zou kunnen concluderen dat SigFox de beste oplossing biedt, moet het toch relativeren. SigFox is een unieke operator. Als het land niet onder SigFox valt, is het daarom niet mogelijk om SigFox-sensoren lokaal te gebruiken. Daarnaast willen bedrijven de keuze hebben en kunnen concurreren. Met SigFox geen concurrentie. Een enkele operator, die de prijzen (en de evolutie ervan), het serviceniveau, de aangeboden functies bepaalt. Met het risico dat SigFox in gebreke blijft, de hele service ziet verdwijnen. Op dit moment is SigFox nog steeds geen winstgevend bedrijf … We hebben gehoord over grote Smart Cities-uitrolprojecten, waarbij SigFox niet werd geselecteerd vanwege het gebrek aan zichtbaarheid op de zeer lange termijn (15- 20 jaar).

En als de toekomst van de LPWAN-netwerken via de satelliet ging ?!

Dit lijkt misschien verrassend. En toch hebben verschillende consortia gevormd en gewerkt aan communicatie op lage snelheid, laag energieverbruik via satellieten. Het primaire doel: dunbevolkte gebieden, waar het economisch onmogelijk is om een netwerk van antennes LORAWAN, SigFox, 4G (NB-IOT …) in te zetten. We denken aan woestijngebieden, Afrika, Siberië, enzovoort.

Een voorbeeld onder andere: Lacuna Space werkt, in samenwerking met Semtech (de ontwerper van LORA-technologie), om een op LORA gebaseerde Space Gateway te ontwikkelen, die al in een baan met EMISAT in gebruik is genomen, met succesvolle tests in Zuid-Afrika , Nederland, Japan, Slovenië, India en het eiland Réunion. Het idee hier is dat de LORAWAN-sensor rechtstreeks kan communiceren met een LORAN-gateway, niet langer geïnstalleerd op een terrestrische mast, maar geplaatst op een satellietconstellatie in een lage baan.

https://www.mwee.com/news/major-milestone-lora-space#

acuna-satellite-lorawan-space-gateway

Enkele voorbeelden van andere projecten:

  • SigFox heeft in 2018 een alliantie gesloten met EutelSat voor de inzet van een netwerk van nanosatellieten.
  • China is van plan 72 nanosatellieten te lanceren voor het internet der dingen
  • Rusland zal Gonets-2-satellieten voor hetzelfde doel inzetten
  • Objenious (Bouygues Telecom) werkt samen met Kinéis voor hetzelfde doel

Hoewel sommige projecten voorzien in specifieke satellietcommunicatie voor IOT, zijn anderen van plan LORAWAN rechtstreeks te ondersteunen in een communicatie via een Low Earth Orbit Satellite. Geval volgt …