Connectivity: IoT netwerken overzicht en wanneer gebruik je welk netwerk?

Om IoT applicaties goed te laten werken, is het tot stand brengen van een goede verbinding met het internet cruciaal. Immers, zodra data niet (volledig) verstuurd of ontvangen kan worden, zal een dergelijk object niet langer een voorbeeld van het ‘Internet of Things’ blijken – maar simpelweg een ‘Thing’. Daarom in deze blog een overzicht van de IoT netwerken.

Dergelijke netwerken kunnen meerdere vormen aannemen: van het welbekende openbare 4G netwerk tot aan persoonlijke Wi-Fi netwerken, bluetooth en het publiek toegankelijke LoRa netwerk. Sommigen hiervan zijn speciaal ontwikkeld voor IoT toepassingen, terwijl anderen ook een andere functie dienen en ‘toevallig’ ook geschikt zijn voor dergelijke slimme applicaties.

Je kiest het netwerk op basis van de de eisen die je stelt, belangrijk is om te weten:

• Hoe vaak en hoeveel data je wilt versturen;
• Of je data alleen wilt versturen of ook ontvangen (up- en download);
• Om welke gegevens het gaat ten behoeve van het gewenste beveiligingsniveau;
• Of je iets wilt kunnen aansturen;
• Hoe stabiel het netwerk en hoe goed de dekking moet zijn (indoor/outdoor);
• Welke afstand je wilt overbruggen;

Soms worden er combinaties van netwerken gebruikt, oftewel lokaal bluetooth / of Zigbee in combinatie met Wifi.

Tijdens de Masterclass Internet of Things wordt bovenstaande uitgebreid overzicht van IoT Netwerken gedeeld met alle relevante netwerken en de kenmerken daarvan.

LP-WAN

De soorten die zich speciaal toegelegd hebben op het ondersteunen van IoT toepassingen, zijn de zogenaamde Low Power-WAN (LP-WAN) netwerken. Deze term is breed toepasbaar en omvat verschillende implementaties en protocollen, zowel beschermd als open-source, die een ding in het gemeen hebben – de kenmerken die de naam al stipuleert:

Low Power (LP): werkt op kleine, goedkope batterijen die jaren meegaan,
Wide Area Network (WAN): het bereik van het netwerk is normaal gesproken meer dan 2 km in stedelijke gebieden.

Een direct fysiek gevolg van het behalen van een dergelijk laag vermogen en breed bereik, is de beperkte gegevensgrootte die dit met zich meebrengt – oftewel, de bandbreedte is beperkt. De meeste LP-WAN technologieën kunnen slechts tot 1,000 bytes data per dag versturen, of minder dan 5,000 bits per seconde.

LP-WAN is hierdoor uitermate geschikt voor Machine-to-Machine netwerkomgevingen; en heeft dan ook als hoofddoel om IoT toepassingen toegankelijker te maken voor het brede publiek. Met zijn verminderde energiebehoeften, groter bereik en lagere kosten dan een regulier mobiel netwerk, gaat men ervan uit dat LP-WAN netwerken een veel grotere hoeveelheid M2M en Internet of Things applicaties kan ondersteunen.

De meeste bekende modules – waaronder LoRa, Sigfox, LTE-M en NB-IoT – opereren op een dergelijk LP-WAN netwerk. Dit maakt LP-WAN de ruggengraat van verreweg de meeste IoT applicaties en toepassingen.

Een prominent verschil tussen de verschillende modules is dat LoRa en Sigfox ongelicenseerd zijn, met LoRa beschikbaar voor publieke en private netwerken en Sigfox als publieke dienst; terwijl LTE-M en NB-IoT gelicenseerd zijn en door verschillende publieke operators ondersteund worden, zoals T-Mobile, KPN en Vodafone.

LTE-M EN NB-IOT

De twee gelicenseerde netwerken – LTE-M en NB-IoT – zijn de antwoorden van de 3rd Generation Partnership Project (3GPP), een overeenkomst tussen verschillende telecommunicatiestandaarden, op de toenemende populariteit van IoT netwerktechnologie. Het vertegenwoordigt een draadloos netwerk waarbij Internet of Things applicaties direct verbinding kunnen maken met een 4G netwerk, zonder dat daar een gateway voor nodig is; wat wel vereist is voor bijvoorbeeld LoRa.

Het werkt op de bestaande zendmasten, waarbij het een signaalsterkte kan behalen die tot tien keer zo sterk is als dat van GSM. Dit maakt het nagenoeg overal en voor lange tijd beschikbaar. De meeste toepassingen ervan zijn echter inpandig.

Het grote verschil tussen LTE-M en NB-IOT is dat de laatste een wat langzamere oplossing is die niet real-time informatie doorgeeft, maar op intervalbasis alsnog regelmatig – met een kleine vertraging – data doorgeeft.

LTE-M is al vanaf zijn lancering met name prominent aanwezig in de Verenigde Staten, en wordt daar vaak toegepast; in tegenstelling tot NB-IoT, die met name in Europa bijzonder populair is.

LORA

Het bekendste voorbeeld van de ongelicenseerde netwerken is LoRa, oftewel Long Range Low Power. Deze technologie kan kleine pakketjes data uitwisselen tussen objecten en systemen. Zoals de naam al aangeeft, is het stroomverbruik laag en het bereik groot.

Door deze combinatie biedt het optimale ondersteuning aan applicaties die gebruik maken van het Internet of Things in de breedste zin. Dankzij LoRa kunnen allerlei dingen verbonden worden met het internet, zonder inmenging van 3G of Wi-Fi. Voorwaarde is wel dat er hiervoor een gateway aanwezig is.

Een extra bijkomstigheid is dat, met een enkele zendmast, het netwerk een bereik kan halen van tot wel 15 kilometer. Ook voorziet het in vrij accurate locatiebepaling. Bandbreedte en maximale datagrootte en -snelheid is echter vrij beperkt, waardoor het bijvoorbeeld nog niet mogelijk is om nieuwe data-updates te versturen met kleine tijdintervallen, in tegenstelling tot bijvoorbeeld NB-IoT, die veel snellere dataverzending en –ontvangst promoot.

TOEKOMST VAN IOT NETWERKEN

Gezien het belang dat steeds meer gebruikers hechten aan privacy en gegevensbeveiliging, zal dit een constant aandachtspunt voor de IoT netwerken blijven. Encriptie en bijzondere beveiligingsmaatregelen zullen dan ook binnen iedere netwerkmodule geïntegreerd moeten worden als zij een kans willen maken op het behoud van het vertrouwen van IoT-ontwikkelaars.

Daarnaast is de groei van de publiekelijke, niet-gelicenseerde netwerken een indicatie van de populariteit van LoRa en soortgelijk: met name ontwikkelaars geven de voorkeur aan deze voordeligere opties. De verwachting is dus zeker dat dergelijke ‘open’ netwerken een steeds belangrijkere rol gaan spelen in IoT. De grootschalige, breed gepubliceerde uitrol van het landelijk dekkende LoRa netwerk door KPN is hier nog een extra bewijs van.