Internet of Things (IoT) is al jaren in ontwikkeling. Onze wereld zou met 5G volledig verbonden zijn. Het lijkt allemaal niet zo’n enorme vaart te lopen, maar toch zijn er wel interessante ontwikkelingen, zoals IoTzonder batterij!
Al vrij snel na de start van mobiele netwerken zijn mobiele dataverbindingen gebruikt om dure voertuigen te volgen en apparaten te koppelen. Met GPRS, een IP verbinding via 2G-netwerken, zijn zelfs miljoenen slimme meters uitgerust. Dit werd aangeduid met M2M – Machine to Machine communicatie. Ruim 10 jaar geleden werd het Internet of Things een hot topic, waarbij SigFox en LoRa veel aandacht kregen.
De mobiele netwerken hadden hierop geen echt antwoord. Rond 2016 werd daarom in hoog tempo NB-IoT en LTE-M toegevoegd aan de 4G-standaard. NB-IoT was in de basis door Huawei verzonnen, met lage datasnelheden (10-50 kbit/s), laag stroomgebruik en een groot bereik. NB-IoT heeft een smal radiosignaal, wat in de rand van een normaal 4G signaal kon worden toegevoegd. De NB-IoT devices kunnen met een batterij jaren functioneren, mits slechts enkele keren per dag wordt gezonden.
LTE-M of ook LTE Categorie 1 zijn vereenvoudigde LTE (4G) modems, bedoeld om tot ongeveer 1 Mbit/s verbindingen te maken. Ook LTE-M kan werken met batterijen, maar is bedoeld voor toepassingen met meer datagebruik of continue verbinding.
5G IoT
Toen rond 2020 de 5G-standaard werd gelanceerd, heeft men NB-IoT en LTE-M in eerste instantie gebruikt als 5G IoT standaarden. Deze standaarden waren nog maar net op de markt, op dat moment al weer een nieuwe standaard lanceren was niet handig.
Ondertussen zijn na 2024 met 5G RedCap (reduced capability) en later eRedCap (enhanced RedCap) nu toch echte 5G IoT standaarden gelanceerd. Op een paar manieren heeft men de modems veel eenvoudiger gemaakt: 1 in plaats van 4 antennes + ontvangers, veel smallere bandbreedtes (5 en 20 MHz in plaats van 100 MHz) en niet tegelijkertijd zenden + ontvangen, maar na elkaar zenden en ontvangen.
Al deze maatregelen zorgen voor veel minder complexe chips, met een lager stroomgebruik en veel lagere kosten. Tegelijkertijd zorgt dit ook wel voor uitdagingen in de netwerken: die moeten ook worden aangepast om met deze langzame gebruikers om te kunnen gaan.
Veenbrand, geen uitslaand vuur
De afgelopen jaren is wel gebleken dat IoT projecten een lange adem nodig hebben. Er zijn in het verleden veel pilots geweest met IoT, in de landbouw (de slimme aardappel), industrie en ook in de zorg (waar is die infuuspomp?). Pilots zijn altijd succesvol, al was het alleen door de uitgebreide marketing eromheen.
Maar na een pilot gaapt er vaak een enorm gat naar grootschalige roll-out. Want een goede IoT oplossing vergt nadenken over het beheren van devices en over security.
Het vergt nadenken over ontvangen en verwerken van data. Bij een middelgroot systeem zien we bijvoorbeeld al meer dan 30.000 sensor berichten per seconde. En voordat er echt waarde uit een IoT oplossing wordt gehaald, moet je begrijpen welke informatie je gaat genereren en hoe je daar beslissingen en acties op uitzet. Dit zijn maar een paar aspecten van wat er allemaal bij komt kijken.
Anatomie van een IoT
Een IoT oplossing bestaat uit een aantal onderdelen, weergegeven in de afbeelding.
Het begint met een sensor, die bepaalde data ophaalt. De sensor wordt verbonden met een kleine processor, waarop een eenvoudig softwarepakket draait. De meting van de sensor wordt vervolgens via een modem verstuurd over het IoT-netwerk naar een gateway. De gateway is verbonden met een datacenter, waar een back-end server en applicatie zorgt voor opslag en verwerking. Op basis van de informatie kan vervolgens een dashboard worden gegenereerd.
Het bouwen, inregelen en genereren van informatie vergt normaal gesproken een aantal jaren. Voor het bepalen van acties, maar vooral voor het maken van voorspellingen, is ervaring en veel data noodzakelijk. Schiphol heeft voor het schoonmaken van de wc’s op de luchthaven veel ervaring op gedaan met de IoT smileys. Zij hebben heel wat iteraties gemaakt in de realisatie van de dashboards en de aansturing van de schoonmakers. Dit proces heeft meerdere jaren gekost.
Ambient IoT – zonder batterij
Een van de ontwikkelingen van de laatste jaren, is dat men kleine IoT devices kan bouwen, die energie uit radiogolven halen.
Er zijn ook versies die met een kleine zonnecel werken. In de radioversie wordt dankzij een relatief grote antenne energie gehaald uit het spectrum. Die energie wordt gebruikt om de chip te activeren, een sensorwaarde te lezen en een kort radiobericht te zenden.
Eigenlijk vergelijkbaar met diefstal beveiligingslabels in winkels. Er zijn twee systemen op dit moment: een versie die op korte afstand werkt, vergelijkbaar met Bluetooth (10-15 meter) en een versie voor grotere afstanden, zelfs tot meer dan 200 meter.
De versie voor kortere afstand wordt in Amerika nu grootschalig uitgerold door Walmart, een grote supermarktketen, om hun ruim 90 miljoen pallets te tracken. Elke pallet krijgt een postzegelformaat ambient IoT sensor van Wiliot. Voorheen werd vooral RFID toegepast, maar het bereik en betrouwbaarheid daarvan is niet altijd voldoende gebleken in een logistieke omgeving. Nu kunnen pallets automatisch worden gescand, bijvoorbeeld als ze het distributiecentrum verlaten.
Huawei heeft, onder andere met de firma Maxwave Micro, de laatste jaren al demonstraties gegeven van 5,5G passieve IoT sensors, die over afstanden van meer dan 200 meter kunnen zenden. Het is daarmee mogelijk gebleken om een complete inventarisatie van een magazijn in enkele seconden af te ronden. De modules daarvoor zijn wat groter (en natuurlijk ook duurder), maar de technologie is veelbelovend. Men wil dit ook onderdeel wil maken van de 6G standaard. De chips zelf zijn miniscuul, de modules wat groter (zie de foto).
6G – Formule 1 of boodschappenauto?
Op dit moment wordt nog volop nagedacht over de 6G standaard. De belangrijkste focus is hoge snelheid, nog meer capaciteit en lagere latency, maar dit is totaal anders dan de behoefte van IoT verbindingen. Het is misschien wel te vergelijken met het ontwerpen van een Formule 1-auto, wat heel wat anders is dan een boodschappenauto. De specificaties en behoeften van smartphonegebruikers versus IoT liggen zo ver uit elkaar, dat het erg moeilijk is een netwerk te bouwen voor beide toepassingen.
Natuurlijk gaat elke vergelijking ergens mank, in 2016 had Jumbo nog een reclame waar Max Verstappen de boodschappen thuis kwam brengen in zijn Red Bull racewagen (kent u die nog?). Ondertussen hebben de verschillende supermarktketens manieren gevonden die (al dan niet elektrisch) de boodschappen veel goedkoper thuis kunnen brengen. Omdat de meeste omzet uit smartphonegebruikers komt, krijgt dit toch de meeste aandacht.
Afronding
De wereld van IoT is volop in ontwikkeling. We hebben in dit artikel nog maar een klein deel besproken. Stiekem raken we steeds meer gewend aan allerlei sensor data en apparaten die verbonden zijn. Er is nu ook veel aandacht voor verbindingen via satelliet (zie kader), waar we het volgende artikel op zullen focussen.
IoT over Satelliet
De afgelopen jaren is er veel interesse voor IoT over Satelliet. Er zijn diverse kleine satellieten gelanceerd, zogenaamde cube sats of nanosatellieten. Deze satellieten zijn bijvoorbeeld gebaseerd op 10 x 10 x 10 cm afmetingen en kunnen vanwege hun kleine formaat worden toegevoegd aan bestaande raketlanceringen. Er zijn diverse initiatieven, zoals het Nederlandse Hiber, Skylo en Sateliot. In een volgend artikel gaan we in op die ontwikkelingen.
IoT Opbrengsten
IoT diensten zijn een mooie toevoeging voor mobiele operators, want op dezelfde netwerken kunnen additionele betalende gebruikers worden toegevoegd.
Het levert wel additionele uitdagingen, want veranderingen in mobiele netwerktechnologie gaat meestal veel sneller dan grote IoT gebruikers kunnen volgen. De vele 2G slimme meters en andere toepassingen bijvoorbeeld zorgen er mede voor dat mobiele operators hun 2G netwerken nog niet kunnen uitzetten.
De opbrengsten per abonnement liggen ook veel lager: waar een smartphone gebruiker al snel 10 – 20 euro in de maand betaald, zijn de maandelijkse opbrengsten van een IoT verbinding meestal ruim onder de 1 euro. Daarvoor worden vaak aparte systemen neergezet, omdat de functionaliteit en kostprijs van de normale mobiele netwerken niet passen bij de opbrengsten van IoT gebruikers.
Over de auteur
Eildert van Dijken is Principal Consultant bij Strict en is al vele jaren bezig met mobiele communicatie. Hij is vooral betrokken bij connectiviteitsvraagstukken, voert regelmatig onderzoek uit en publiceert over nieuwe technologieën.
