Categories
IoT

Kiezen van de meest geschikte draadloze verbindingstechnologie voor Uw IoT product

In het begin was het allemaal simpel, we gebruikten Zigbee voor het besturen van lampen, Bluetooth in plaats van onhandige audiokabels, WiFi om computers te verbindingen met het internet en 2G voor het op afstand besturen van bruggen en sluizen. Maar tijden veranderen en nieuwe verbindingstechnologieën komen beschikbaar. Iedere nieuwe technologie heeft deels unieke eigenschappen. Maar er is ook veel overlap en dat maakt het kiezen niet eenvoudiger.

Hoe kies je in het oerwoud dan de meest geschikte technologie voor jouw product?

In elk geval niet door te starten vanuit de technologie. Begin bij het begin, zoals bij elke productontwikkeling door het stellen van de juiste vragen.

Wat zijn de use-cases?

  • Hoe, waar, wanneer en door wie wordt het product gebruikt?
  • Is bediening middels een smartphone of tablet gewenst, of volstaat een built-in webserver?
  • Zijn er accessoires die draadloos met het product verbonden moeten worden?
  • Is de eindgebruiker handig met techniek?
  • Dient het product op afstand bestuurd of bewaakt te worden?
  • In welke landen moet het product gebruikt kunnen worden?
  • Is geo-lokalisatie gewenst en met welke nauwkeurigheid?

Wat is de invloed op de business case?

  • Wat is de toegevoegde waarde van de technologie en welke bestaande kosten spaar ik eventueel uit?
  • Zijn kosten voor een data abonnement toelaatbaar?
  • Hoe is roaming geregeld?
  • Is interoperability wenselijk?
  • Is vendor lock-in toelaatbaar?

Wat zijn de communicatiebehoeften?

  • Hoeveel en hoe vaak moet data verzonden en/of ontvangen worden? Denk ook aan firmware updates.
  • Moet de ruwe data verstuurd worden of kan de data eerst geaggregeerd worden?
  • Mogen berichten gebufferd worden of moet die juist onmiddellijke verstuurd worden?
  • Betreft het streaming data (audio/video)?
  • Is er sprake van een regelmatig interval of betreft het ad hoc dataverkeer?
  • Moet het product alarmeringen kunnen afgeven?
  • Mogen berichten verloren gaan of is ontvangstbevestiging gewenst?
  • Is de verbinding met mijn eigen data server mogelijk?

Wat zijn de beschikbare verbindingsmogelijkheden?

  • Wordt het product binnenshuis of buitenshuis (of beiden) gebruikt?
  • Wordt het product ondergronds gebruikt (bijv kelders, parkeergarages)?
  • Staat het product op een vaste plek of wordt het mobiel gebruikt?
  • Welke netwerken zijn beschikbaar en toegankelijk?
  • Welke afstand tussen zender en ontvanger moet overbrugd worden?

Non-functionele eisen

  • Wordt het product gevoed middels een stopcontact of vanuit een (oplaadbare) batterij?
  • Hoelang moet een (oplaadbare) batterij mee kunnen gaan?
  • Welke mate is cyber security afgedekt?
  • ….

Antwoorden op deze en andere vragen moeten inzicht geven in welke technologie voor het product het meest geschikt is. Zo is WiFi vooral geschikt voor gebruik binnenshuis, en met name wanneer meerdere gebruikers toegang tot het product willen. Bluetooth/BLE is vooral handig indien de user interface van het product (deels) vervangen kan worden door een smartphone-app. De smartphone verzorgt dan ook de verbinding met het internet. Ook voor gebruik buitenshuis kan dit handig zijn. Maar juist buitenshuis nemen de mogelijkheden voor IoT toepassingen toe.

LoRa of Sigfox zijn inmiddels uitgerold en kunnen een optie zijn mits het aantal berichten per dag beperkt is, ideaal voor eenvoudige sensoren. Een batterijverbruik tot 10 jaar is dan realistisch. De QoS is relatief laag omdat deze technologieën net als BLE en WiFi gebruik maken van de ISM-band en kunnen daarom verstoord worden door andere zenders in dezelfde frequentieband. Mission-critical toepassingen liggen dus niet voor de hand. Beide technologieën worden vooralsnog in slechts een beperkt aantal landen ondersteund, werelddekking is niet waarschijnlijk.

Tegenhangers zijn de opkomende 3GPP technologieën zoals NB-IoT of CAT-M1, ieder met een specifieke doelgroep. Werelddekking en QoS zijn zeer waarschijnlijk omdat gebruik gemaakt kan worden van bestaande infrastructuren met gelicenseerde frequentiebanden.

Categories
IoT

Low Power Wide Area Network (LPWAN) voor het Internet of Things

Een hele mond vol, maar wel een veelbelovende technologie. Eentje die voorziet in de behoefte om apparaten aan het Internet of Things te kunnen koppelen die geen gebruik van bestaande technologieën zoals WiFi of BLE kunnen maken omdat ze bijvoorbeeld mobiel moeten zijn, jarenlang op een kleine batterij moeten kunnen werken en ook op vele kilometers afstand tot de ontvangers hun informatie moeten kunnen delen.

Bijvoorbeeld voor sensoren die buitenshuis ingezet worden, en/of die langdurig en zonder regelmatig omkijken ‘hun ding’ moeten kunnen blijven doen. Denk aan telemetrie systemen waarvoor je simpelweg geen elektriciteitsaansluiting hebt of wilt. Zoals brandmelders en smart-meters voor gas en water. Of denk aan een sensor in de buitenbrievenbus die aangeeft of de postbode al geweest is, aan luchtkwaliteit sensoren die verspreid over de stad aangebracht worden, aan een sensor die aangeeft dat de groentetuin dringend water nodig heeft, aan sensoren die het welzijn van een kudde dieren in de vrije natuur volgen, aan een sensor die bewaakt of je bootje in de grachten van Amsterdam door regenwater aan het vollopen is en gehoosd moet worden, aan een sensor die meet of het stapeltje metrokranten bij de bushalte al begint op te raken, aan sensoren die monitoren of de rattenval al iets gevangen heeft, aan sensoren voor asset-tracking (waar is de ijscokar), aan lichtgevende kleding dat reageert bij bepaalde posities op een festivalterein, afijn… voorbeelden te over.

Kenmerkend is ook dat sensoren en actuatoren geen grote hoeveelheden data hoeven te verzenden of te ontvangen. Alle toepassingen hoeven slechts heel af en toe een klein berichtje te kunnen versturen. Samen met de technologische voortgang van sensoren kan het batterijverbruik dus ook extreem laag zijn. Zo laag zelfs dat in extreme gevallen het gebruik van energy harvesting in plaats van batterijen denkbaar wordt.

Op dit moment zijn er drie technologien die deze IoT markt in Nederland bedienen; LoraWan, Sigfox en 3GPP’s NB-IoT, elk met hun specifieke eigenschappen en voordelen. Sigfox gebruikt een ultra-narrow-band radio technologie, LoraWan spread-spectrum radio technologie, beiden op de 868 MHz ISM band. Sigfox berichten zijn kort (12 bytes = 96 bits) en worden verzonden met een lage baudrate (100bps). Omdat Europese wetgeving een 1% dutycycle voorschrijft mogen er per dag slecht 140 berichten verstuurd worden (up-link). Voor een down-link geldt ≤4 berichten per dag. Het bereik is 3-10km in de stad, en 30-50km in het buitengebied. LoraWan berichten kunnen tot 256 bytes lang zijn. De baudrate hangt af van de afstand die overbrugd moet worden, van 300 baud bij 15km afstand tot 50kbaud bij een afstand tot 2km. 3GPP NB-IoT is de tegenhanger vanuit de telecom wereld en onderdeel van een breder scala aan M2M oplossingen.

Sigfox wordt in Nederland uitgerold door Aerea uit Rotterdam. Sigfox kent een landelijke dekking (dus ook platteland) en een global-roaming beleid. LoraWan wordt in Nederland uitgerold door KPN-zakelijk, roaming is voorlopig beperkt tot Belgie, Frankrijk en Zwitserland. Verder is er een open-source LoRaWan, die met name door de makers community in stand gehouden wordt. NB-IoT wordt in Nederland vooral uitgerold door Vodafoon en T-Mobile. Hieronder worden de verschillende technologien nog eens tegen elkaar uitgezet voor wat betreft de datasnelheid en de reikwijdte.

De IoT infrastructuur lijkt er klaar voor. Nu nog wat leuke toepassingen bedenken en realiseren. Op Strijp-S in Eindhoven krijg je daar alle kans voor. Er loopt tot 1 september 2016 een tender voor iCity projecten, vermoedelijk gebaseerd op 3GPP NB-IoT technologie.