Nieuwe radiotechnologie LoRa

De laatste tijd horen we veel over het Internet of Things (IoT). Soms wordt ook de term Internet of Everything gebruikt. We verwachten dat in de toekomst allerlei apparaten met elkaar verbonden worden en zo het leven voor ons gemakkelijk maken. LoRa (van Long Range Radio) is een nieuwe technologie die een belangrijke rol kan spelen in de toekomst. Wat is LoRa en wat betekent dit voor ons?

Er zijn veel draadloze technologieën waar we dagelijks gebruik van maken: onze smartphone is thuis verbonden met WiFi, onze auto openen we met de draadloze afstandsbediening, de carkit maakt verbinding via Bluetooth en onderweg ontvangen we file updates dankzij 3G of 4G. Altijd en overal verbonden zijn is voor ons heel normaal geworden.
Op dit moment wordt er door verschillende partijen hard gewerkt om de groei van mobiel internet verkeer en de groei van het aantal devices mogelijk te maken. Het 5G netwerk moet in staat zijn om vele duizenden apparaten per vierkante kilometer aan te kunnen en zeer hoge datasnelheden te leveren. Maar er zijn meer manieren om connectiviteit te bieden en het hoeven niet altijd traditionele operators te zijn.

LoRa – een nieuw netwerk voor Internet of Things

In Amsterdam is kort geleden een nieuw initiatief van start gegaan genaamd The Things Network (TNN). Deze zomer is met behulp van een aantal bedrijven een dekkend netwerk gebouwd in Amsterdam. Dit initiatief is kort geleden door steden op alle continenten overgenomen en daarmee een wereldwijde beweging geworden. The Things Network maakt gebruik van LoRa technologie. Deze radiotechnologie is sinds een paar jaar beschikbaar in chipsets en eenvoudige producten beginnen nu technisch mogelijk te zijn. Om LoRa te gebruiken in een dienst voor klanten, is wel een hele keten nodig. Deze keten wordt nu door The Things Network ontwikkeld. Een eerste dienst is een eenvoudige module die alarm geeft als je boot, die bijvoorbeeld in een Amsterdamse gracht ligt, vol water komt te staan. LoRa is gericht op eenvoudige devices die weinig data versturen en die met behulp van een batterij enkele jaren actief kunnen zijn.

De LoRa netwerk keten bestaat uit een LoRa module, die zowel kan zenden als ontvangen. De module maakt contact met een LoRa Gateway, waarin het radio signaal wordt omgezet in IP verkeer. De Gateway maakt contact met de LoRa Netwerk Server. Achter de LoRa Netwerk Server is de data van de sensor beschikbaar om te verwerken in een slimme app.

Groot bereik

Vanwege de slimme radiotechnologie kan LoRa uitzenden onder de ruisvloer en met heel lage zendvermogens toch een groot bereik halen. De datasnelheid van LoRa kan varieren van 300 bit/s tot 50 kbit/s, terwijl het bereik ongeveer 3 tot 15 km kan zijn. De technologie is ontworpen om verbindingen te realiseren bij een zeer laag stroomverbruik, waardoor het in de toekomst mogelijk is om met 2 AA batterijen of een knoopcel enkele jaren verbonden te zijn. De huidige generatie apparaten zijn nog vrij groot, maar binnenkort hoeft een sensor, LoRa chip en batterij niet veel groter te zijn dan een grote knikker. LoRa maakt gebruik van zendvermogens tot ongeveer 20 mW en zendt uit in licentie vrije banden, voornamelijk 868 MHz. Een aardig voorbeeld is de LoRaMote (zie foto), die bijvoorbeeld GPS locatie gegevens kan doorseinen over enkele kilometers en op een 9V batterij werkt.

LoRa heeft daarmee heel andere eigenschappen dan WiFi. WiFi is een technologie met hoge datasnelheiden maar slechts korte afstanden en een hoog stroomverbruik. Een GSM / GPRS modem kan vergelijkbare afstanden als LoRa halen en ook vergelijkbare datasnelheden, maar heeft een fors hoger stroomverbruik en een veel hoger zendvermogen (1 Watt, ongeveer 50x zoveel als LoRa). Daarnaast is voor een GSM apparaat een SIM kaart noodzakelijk en kosten verbindingen geld (prepaid of abonnement).

LoRa zendt uit op een open band (net als WiFi) en is een technologie die gratis gebruikt kan worden, weinig stroom verbruikt en toch een groot bereik heeft. Ideaal om apparaten te verbinden die weinig data versturen, iets wat voor de meeste sensoren (temperatuur, watermelder, GPS locatie) prima past.

Security

Bij sommige IoT netwerken is helemaal niet over security nagedacht. De eerste slimme meter netwerken hadden dit vaak niet meegenomen tijdens de ontwerpfase. Hierdoor liepen systemen behoorlijk risico van het hacken van data. Bij LoRa wordt er op verschillende niveaus encryptie toegepast. Het netwerk heeft zijn eigen sleutel, het device heeft een eigen sleutel en zelfs applicaties op hetzelfde netwerk kunnen een eigen sleutel krijgen. Het verkeer in de lucht is daardoor niet zomaar afluisterbaar. De Gateways die het radioverkeer opvangen, kunnen de inhoud van de data ook niet lezen, dat kan pas op de Netwerk Server. Hierdoor kan het systeem ook gebruikt worden voor beveiligde toepassingen en commerciële diensten.

KPN heeft aangegeven dit jaar LoRa als dienst te lanceren en zijn druk bezig om een netwerk te bouwen. LoRa is als dienst al uitgerold in Frankrijk en ook in Belgie is Proximus druk bezig om een netwerk te bouwen. LoRa werd in eerste instantie gezien als technologie voor gebruik in Smart Cities, maar er wordt ook aan landelijke dekking gewerkt.

Sigfox

SigFox is een alternatieve technologie die net als LoRa de afgelopen tijd in opkomst is. SigFox heeft een vergelijkbare opbouw, maar biedt heel korte berichten (slechts 12 bytes) en een zeer lage snelheid (100 bits/seconde). Devices die verbonden zijn via SigFox mogen slecht 6 berichten per uur versturen, waarmee SigFox veel minder data kan verwerken. GPS positionering is daarmee veel lastiger te realiseren. SigFox is als technologie al landelijk dekkend in Spanje. In Nederland wordt door Aerea een netwerk gebouwd, zij zijn een partnership aangegaan met Tele2.

Ontwikkelingen

Er zijn dus interessante ontwikkelingen op het gebied van netwerken voor het Internet of Things. Bij The Things Network uit Amsterdam is het netwerk een gezamenlijk initiatief, een mooie vorm van crowd funding. Bedrijven schaffen zelf een LoRa Gateway aan en participeren in het netwerk. Voor het ontwikkelen van diensten is dat een prima initiatief. Voor een betrouwbare dienst is goed beheer wel belangrijk. Daarvoor is kennis nodig, die operators typisch wel meenemen. Door de concurrerende oplossingen is het wel de verwachting dat kosten voor connectiviteit zullen afnemen. Door de groei van het aantal devices zal de prijs per LoRa module afnemen tot enkele euro’s (of nog lager), waarmee het ook rendabel wordt om ‘Things’ te gaan voorzien van ‘Internet’. Voor het verkopen van allerlei verbonden devices ligt er nog een grote markt in het verschiet!

Eildert van Dijken

e.van.dijken@strict.nl