Eén van de belangrijke succesfactoren van Internet of Things (IoT), die we ook hebben behandeld in onze onlinecursus in april, is de opkomst van steeds goedkopere en steeds effectievere draadloze communicatietechnologieën. Eind 2015 stelde bellen.com al vast dat de kosten van mobiel internet met meer dan 94% zijn gedaald en deze daling heeft zich alleen maar voortgezet.

Voor IoT lijkt dat goed nieuws. Een IoT sensor verstuurt tenslotte maar heel weinig gegevens. Neem bijvoorbeeld een weerstation: die stuurt elke 10 minuten de actuele temperatuur, de relatieve vochtigheid en de luchtdruk. In data uitgedrukt is dit misschien maar 50 Bytes per 10 minuten. Dit is een fractie van de vele megabytes die we tegenwoordig alleen al met onze smartphone in dezelfde tijd versturen of ontvangen.

Het communicatieprobleem van IoT is dan ook niet deze kleine hoeveelheid informatie, maar de enorme aantallen IoT-sensoren als we dit bijvoorbeeld via de bestaande mobiele netwerken zouden willen verzenden. De huidige mobiele netwerken voldoen niet goed aan een aantal belangrijke eisen die het IoT stelt. Het maakt daarbij niet uit of het gaat om 2G, 3G of 4G mobiele netwerken, ook Wi-Fi netwerken voldoen niet.

De reden is simpel. De huidige draadloze technologieën zijn namelijk allemaal ontwikkeld met in het achterhoofd persoonsgebonden communicatie. Communicatie met én tussen mensen dus. Menselijke communicatie is gebonden aan spraak of beeld en beiden vragen veel bandbreedte. Een voorbeeld, voor het overdragen van menselijke spraak heb je minimaal 32kBit per seconde nodig. Voor video is dit meer dan het tienvoudige. Vergelijk dit eens met de 50 Bytes per 10 minuten voor ons IoT weerstation. Hoewel we met 4G en Wi-Fi op heel veel plekken in de wereld een enorme overdrachtssnelheid tot onze beschikking hebben, is dit toch niet geschikt voor IoT. De reden is dat IoT andere eisen stelt aan de technologie.

IoT stelt andere eisen aan de communicatietechnologie

Bij IoT gaat het om zeer grote aantallen: er zijn op deze wereld meer “dingen” dan mensen. Stel je voor dat al deze “dingen” met elkaar gaan praten, hoeveel verbindingen zijn hier dan wel niet voor nodig? Op dit moment is het aantal verbonden dingen al groter dan het aantal verbonden mensen, en de inschattingen voor het aantal IoT devices in 2020 loopt uiteen van 30 miljard tot 50 miljard. Welke van de twee getallen ook waar mag zijn, het is in ieder geval heel veel.

Een andere belangrijke eigenschap van IoT devices is dat deze vaak op moeilijk bereikbare plekken geplaatst worden, waar je als mens niet makkelijk bij kunt. Denk bijvoorbeeld aan sensoren in het wegdek om te meten of er een auto op geparkeerd staat, of in de gevel van een gebouw om trillingen van wind of aardbevingen te meten.

Ook hoe een IoT device geplaatst wordt is belangrijk. Soms zit er metaal om de sensor, bijvoorbeeld een sensor die in een ingegraven vuilcontainer meet hoe vol deze is. Iedereen die weleens bellend de lift is ingestapt weet wat dit voor de verbinding betekent. Ook deze sensor vervang je niet zomaar even. Daarnaast wil je er zeker van zijn dat elke sensor die je plaatst heel lang zijn werk blijft doen. Dit betekent dat de sensor heel lang moet kunnen blijven werken op zijn batterijen. Iedereen die veel gebruik maakt van data op zijn smartphone weet wat dat betekent voor de batterijduur van de telefoon. Het is dus zaak voor IoT een communicatietechnologie te kiezen die zeer zuinig met energie omgaat.

Kortom, IoT vereist een communicatietechnologie met zeer laag stroomverbruik, die grote aantallen devices aankan en die een lage complexiteit heeft zowel technisch als beheerstechnisch, vanwege onder andere de moeilijke bereikbaarheid van deze dingen. En last but not least, waarbij de kosten van de devices zeer laag zijn.

Deze specifieke eigenschappen betekenen nogal wat voor de te gebruiken communicatietechnologie. Je zou verwachten dat met de enorme marktkansen die IoT biedt, de telecombedrijven over elkaar heen zouden buitelen om elkaar af te troeven met nieuwe diensten die deze eigenschappen hebben. Dit is echter niet zo.

Nieuwe IoT communicatietechnologieën ontstaan 

Zoals het vaak gaat, komt de technologietrigger niet vanuit de gevestigde telecommarkt, maar vanuit de gebruikers (hardware) wereld. Omdat deze geen toegang hadden en hebben tot de voor de mobiele telecommunicatie gebruikte gelicenseerde frequentiebanden, moesten ze wel uitwijken naar wat we noemen het licentievrije frequentiespectrum. Dit hebben we al eerder gezien met de opkomst van Wi-Fi.

De telecomoperators waren rond 2001 druk bezig om te bedenken waarom ze zoveel geld hadden uitgegeven voor UMTS-licenties, toen “ineens” Wi-Fi (in het licentievrije deel van het frequentie spectrum) ten tonele verscheen. Met Wi-Fi kon iedereen in deze vergunningsvrije banden zelf eigen diensten aanbieden. Waar met UMTS een armetierige 300kbps werd geboden, kon Wi-Fi, zelfs in deze begindagen, al meer dan het tienvoudige aan. Het ontstaan van Wi-Fi heeft daarom sterk bijgedragen aan de trigger voor telecombedrijven om hogere datasnelheden tegen lagere prijzen aan te gaan bieden.

Voor de korte afstand zijn er al enige jaren technologieën beschikbaar die de operators niet echt zorgen baarden, zoals zigbee, zwave en bluetooth low energy, gebruikt in bijvoorbeeld Philips Hue. Recentelijk zijn er echter nieuwe ontwikkelingen in de vergunningsvrije hoek ontstaan die de operators weer wakker hebben gemaakt. We noemen er hier twee, Sigfox en LoRa. Beiden vinden hun oorsprong in Frankrijk.

Sigfox maakt het mogelijk om sensoren met een zeer laag batterijverbruik op een gateway aan te sluiten en tot op grote afstanden te communiceren (>10km). Hiervan is inmiddels in Europa al een grotendeels dekkend particulier netwerk. In Nederland is Aerea de enige operator die van Sigfox een licentie heeft om deze technologie te gebruiken.

LoRa is een iets andere technologie, met ook laag batterijverbruik, groot bereik en daarnaast ook de mogelijkheid tot locatiebepaling. Omdat hier inmiddels landelijk dekkende netwerken van bestaan, en er IoT devices op de markt beschikbaar zijn, zien we dat de eerste IoT projecten bij klanten al succesvol met deze technologie uitgerust zijn. Door de komst van deze twee technologieën moesten de operators wel met een antwoord komen, anders zouden zij de IoT markt verliezen.

Dat antwoord is in 2015 ook sneller dan verwacht gekomen. Zowel de operators als de leveranciers van telecomnetwerk-producten hebben de handen ineengeslagen en in een recordtempo een IoT uitbreiding van de bestaande 4G standaarden gemaakt, de zogenaamde NB-IoT standaard. NB staat hierbij voor Narrow (smalle) Band, om het verschil aan te geven met de eerder besproken brede banden die voor spraak, video en data verkeer nodig zijn. Op dit moment heeft T-mobile dit in Nederland landelijk dekkend uitgerold, en is Vodafone ook bijna zover. De industrie heeft inmiddels de eerste prototypes van devices aan de markt laat zien. Zelf heb ik inmiddels het NB-IoT- kickstarter project van SODAQ met T-mobile binnen.

Welke technologie te gebruiken? 

Wat betekent dit nu voor jou als je een IoT-project wilt starten? Moet je een keuze maken voor de toe te passen technologie? En zo ja, welke technologie dan? Dit zal afhangen van jouw toepassing. Betreft het grote afstanden tussen de IoT devices en de Internet Gateway of zijn de afstanden juist klein? Kies je voor een gelicenseerde band (NB-IoT) of juist een vrije band? Voorlopig is deze keuze op technologie en kosten nog moeilijk te maken, aangezien de operators nog worstelen met hun businessmodel. De prijzen die nu afgegeven worden (als ze al gegeven worden) zijn allemaal onder voorbehoud. Het maken van de juiste afweging kan je dan ook het beste samen met experts doen.