Het Internet of Things heeft een revolutie teweeggebracht in de wereld van bedrijven en burgers door het mogelijk te maken apparatuur en werkplekken met elkaar te verbinden. LORAWAN-communicatietechnologie maakt deel uit van het succes van deze belangrijke ontwikkeling.
LORAWAN, een acroniem voor Low Power Wide Area Network, is een draadloze communicatietechnologie met lage snelheid, laag energieverbruik en lange afstand. LORAWAN maakt het mogelijk om kleine, goedkope IoT-sensoren aan te bieden, meestal op batterijen, die gegevens over grote afstanden communiceren. De mogelijkheid om meerdere sensoren lokaal in te zetten maakt deze technologie bovendien zeer economisch. Deze kenmerken hebben de deur geopend voor de inzet van talloze gebruiksscenario’s, die voorheen moeilijk of onrendabel te implementeren waren.
LORAWAN® Privaat netwerk voor de inzet van sensoren in bedrijven (industrieterrein, bouw, landbouw, stad)
In dit artikel behandelen we:
- Wat is een LORAWAN®-netwerk
- Wat zijn de voordelen van een LORAWAN®-netwerk
- Wat zijn de typische gebruiksscenario's voor een LORAWAN®-netwerk?
- Hoe werkt een LORAWAN®-netwerk?
- De veiligheid van een LORAWAN®-netwerk
- De beperkingen van een LORAWAN®-netwerk
- Verschil tussen een openbaar en privé LORAWAN®-netwerk
- LORAWAN® - een krachtig en open ecosysteem
- LORAWAN® - Is het legaal?
- Geschiedenis van LORAWAN®-technologie
Wat is een LORAWAN®-netwerk?
Een LORAWAN-netwerk is een draadloos communicatienetwerk dat, dankzij de installatie van een eenvoudige Gateway (LORAWAN Gateway), de communicatie van enkele honderden IoT-sensoren over grote afstanden (tot 20 km) mogelijk maakt.
Een van de belangrijkste kenmerken van deze technologie kunnen we noemen:
- Communicatie verbruikt weinig energie en zorgt ervoor dat de sensoren op batterijvoeding kunnen werken, waardoor de kosten en beperkingen van externe stroomvoorziening worden vermeden
- Langeafstandscommunicatie maakt het mogelijk de benodigde apparatuur (gateways, antennes) te beperken, waardoor de inzet zeer economisch is
- De kosten van deze technologie zijn laag en maken het mogelijk om veel gebruiksscenario’s winstgevend te maken, tot nu toe onmogelijk om te ‘digitaliseren’.
Wat zijn de voordelen van een LORAWAN®-netwerk
Bluetooth verbruikt weinig energie, waardoor sensoren op batterijen mogelijk zijn. Hoewel Bluetooth communicatie met relatief hoge snelheden mogelijk maakt, zijn de afstanden zeer kort (enkele tientallen meters), wat de inzet van talrijke gateways (of relais) vereist. Bovendien is Bluetooth erg gevoelig voor obstakels (muren etc.).
Bluetooth consomme peu d’énergie, donc autorise des capteurs sur batterie. Si Bluetooth permet des communications à des débits relativement importants, les distances sont très courtes (quelques dizaines de mètre), ce qui nécessite le déploiement de nombreux gateways (ou relais). De plus, Bluetooth est très sensible aux obstacles (murs, …).
Voor de residentiële sector worden veel sensoren aangeboden met WIFI-communicatie. Dit is echter geen haalbare optie voor de professionele wereld, om drie belangrijke redenen. Enerzijds verbruikt WIFI-communicatie veel energie, wat de levensduur van de batterij beperkt. Aan de andere kant brengt het verbinden met een WIFI-netwerk (en dus het vertrouwen op IP-communicatie) tal van veiligheidsrisico’s met zich mee. Ten slotte is de WIFI-dekking zelden groter dan 100 meter, wat de inzet van talrijke hotspots vereist.
Z-Wave- en Zigbee-sensoren hebben een bereik van maximaal een paar honderd meter, wat de inzet van behoorlijk wat relais/gateways vereist. Ze kunnen op de batterij werken. Dit zijn minder ontwikkelde standaarden dan LORAWAN, waardoor het aanbod beperkter is en de kosten van de sensoren hoger zijn.
Z-Wave- en Zigbee-sensoren hebben een bereik van maximaal een paar honderd meter, wat de inzet van behoorlijk wat relais/gateways vereist. Ze kunnen op de batterij werken. Dit zijn minder ontwikkelde standaarden dan LORAWAN, waardoor het aanbod beperkter is en de kosten van de sensoren hoger zijn.
Deze optie is interessant voor wereldwijde implementaties, wanneer het economisch niet mogelijk is om een netwerk van het LORAWAN-type in te zetten. Daar staat tegenover dat de kosten van deze sensoren hoger zijn (NB-IOT modem + simkaart) en het maandabonnement vaak hoger is. Het energieverbruik blijft hoger dan bij een netwerk van het LORAWAN-type, ook al is het geoptimaliseerd ten opzichte van 4G.
SigFox is de andere grote speler in LPWAN-netwerken die gebruik maken van de vrije ISM-frequentieband. Soortgelijke technologieën (niet compatibel), maar een radicaal ander bedrijfsmodel. SigFox kan alleen worden ingezet via het openbare SigFox-netwerk. Kan geen privénetwerk maken. Er zijn dus abonnementskosten per sensor. Als er bovendien geen SigFox-operator aanwezig is in het land (of de doelregio), is het niet mogelijk om deze te bedienen.
Deze beperkingen hadden tot gevolg dat het commerciële succes van SigFox werd beperkt en de ontwikkeling van een sensorecosysteem werd vertraagd. Sommigen twijfelen aan de economische levensvatbaarheid op de middellange termijn.
Mioty is een modernere technologie, dat nog robuuster belooft te zijn dan LORAWAN, vooral wat betreft netwerkdichtheid (aantal sensoren). Momenteel is Mioty nog niet erg ontwikkeld en is het aanbod van sensoren erg laag.
Wat zijn de typische gebruiksscenario's voor een LORAWAN®-netwerk?
LORAWAN is bijzonder geschikt voor het bestrijken van gebieden, zoals industriële locaties, landbouwgronden, gebouwen of zelfs een wijk in een stad.
Als er in bepaalde landen (Frankrijk, Nederland, Zwitserland, enz.) openbare netwerken bestaan, ligt het succes van LORAWAN-netwerken berucht in de inzet van particuliere netwerken, voor een gebouw, een bedrijf, een landbouwcoöperatie, een stad. Het implementeren van een LORAWAN-netwerk is eenvoudig en maakt het mogelijk om honderden sensoren direct met elkaar te verbinden.
Hoe werkt een LORAWAN®-netwerk?
Een LORAWAN-netwerk bestaat uit 4 elementen:
- Minstens één LORAWAN Gateway (Gateway), verantwoordelijk voor radiocommunicatie met IOT-sensoren en gegevensoverdracht naar een server (LNS – LORAWAN Network Server)
- Een software-element genaamd LORAWAN Network Server, verantwoordelijk voor het beheer van Gateways, de geïmplementeerde IoT-sensoren en gegevensoverdracht
- IOT-sensoren volgens de LORAWAN-standaard. Op batterij of netstroom. Met geïntegreerde of externe antenne
- Een applicatieserver (IOT Software Platform) voor het ontvangen van gegevens van sensoren, het verwerken en weergeven van gegevens
Het mooie van een architectuur gebaseerd op LORAWAN-technologie is dat deze 4 elementen onafhankelijk zijn, een standaard respecteren en daarom uitwisselbaar zijn. Er is geen “vergrendeling” mogelijk door een leverancier. U behoudt zelf de regie over de leverancierskeuze per onderdeel.
De veiligheid van een LORAWAN®-netwerk
De communicatiebeveiliging wordt “by Design” gegarandeerd. LORAWAN is geen IP-protocol. Dit is een uitwisseling van pakketten van enkele bytes. Bovendien is de sensor doorgaans uitgerust met een eenvoudige microcontroller, wat zeer inefficiënt is. Datacommunicatie via een LORAWAN-netwerk is beveiligd (encryptie). Uiteindelijk is het bijna onmogelijk om de data uit te lezen, de controle over een sensor over te nemen, wat sowieso geen enkel voordeel zou opleveren, omdat deze sensoren niet verbonden zijn met je computernetwerken.
De beperkingen van een LORAWAN®-netwerk
LORAWAN-datacommunicatie is beperkt tot enkele tientallen bytes, met een gemiddeld interval van 5 minuten. Als de communicatie bidirectioneel kan zijn, is deze vooral bedoeld voor de overdracht van data, van de sensor, naar de applicaties (via gateways en het LNS).
De communicatie van afbeeldingen, video’s of grote hoeveelheden gegevens (bijvoorbeeld van sensoren die elke minuut of zelfs elke seconde verzenden) is onmogelijk.
Verschil tussen een openbaar en privé LORAWAN®-netwerk
Technisch gezien is er geen verschil tussen een openbaar en privéLORAWAN-netwerk.
Een openbaar netwerk is niets anders dan een netwerk dat wordt ingezet door een operator die besluit communicatie op de markt te brengen, op basis van een reeks Gateways die hij heeft ingezet en die hij beheert, en een LNS (LORAWAN Network Server) die hij ter beschikking stelt aan zijn klanten.
In een privé netwerk ben je verantwoordelijk voor de installatie en het onderhoud van gateways en de Netwerkserver.
LORAWAN® - een krachtig en open ecosysteem
De kracht van LORAWAN is haar ecosysteem dat zich sinds +/- 2016 heeft ontwikkeld.
Honderden leveranciers bieden duizenden sensoren aan, allemaal compatibel met deze standaard. Per use case heeft u dus de keuze tussen verschillende leveranciers, waardoor u prijsdruk kunt uitoefenen en uw onafhankelijkheid van een leverancier kunt garanderen.
LORAWAN® - Is het legaal?
LORAWAN-modulatietechnologie werkt op de ISM-frequentieband, die voornamelijk voor instrumentatie wordt gebruikt. Hiervoor wordt in elke regio van de wereld een frequentieband toegewezen. In Europa is het 868 MHz, in Noord-Amerika bijvoorbeeld 915 MHz.
Iedereen kan deze frequentie gebruiken, met inachtneming van de regels over het gebruik van de frequentieband (dutycycle). Deze regels worden vertaald in de beperking om gegevens van enkele tientallen bytes gemiddeld en per sensor elke 5 of 10 minuten te verzenden.
Geschiedenis van LORAWAN®-technologie
Vroeger heette IoT nog M2M (Machine To Machine). Om objecten wereldwijd en draadloos te laten communiceren (over grote afstanden, buiten een intern netwerk zoals WIFI), was het nodig om daar een simkaart te plaatsen en gebruik te maken van GPRS-communicatie, of de ontwikkelingen daarvan zoals 3G of 4G. Deze sensoren konden nauwelijks op batterijvoeding werken en waren relatief duur.
In 2009 creëerde een Franse startup LORA-frequentiemodulatietechnologie. Een draadloze communicatie gebaseerd op de ISM-frequentieband die wordt gebruikt in de medische instrumentatiesector. Deze startup, Cycléo, werd in 2012 gekocht door Semtech. Het LORAWAN-protocol was geboren. LORAWAN is de afkorting voor Long Range Wide Area Network.
Meer over LORAWAN®
LORAWAN in het gebouw
Gebruik van een LORAWAN-netwerk en sensoren in een woon- of bedrijfsgebouw.
LORAWAN in de bouw
Gebruik van een LORAWAN-netwerk en sensoren op een bouwplaats.
LORAWAN in de industrie
Gebruik van een LORAWAN-netwerk en sensoren in de industriële sector.
Begrijp hoe u een LORAWAN privénetwerk kunt bouwen
Lees ons gratis rapport over particuliere LoRaWAN-netwerken, begrijp de bouwstenen en hoe u er een kunt bouwen!
Selectie van LORAWAN-sensoren
Bekijk onze LORAWAN-apparaten (sensoren, actoren) voor Smart Metering en Smart Building.
LORAWAN privé-netwerk - Starter Kit
Bouw en beheer zijn eigen Low Power Wide Area Network (LPWAN) voor het internet der dingen op basis van de LORAWAN-standaard.
