Internet of things (IoT) koppelt in een razend tempo mensen en machines aan elkaar en legt een onzichtbaar, maar intelligent grid over onze hele planeet. Dat 'grid' is mogelijk door een aantal slimme maar enorm belangrijke innovaties. Zonder de hier beschreven drie technologieën is het IoT binnen enkele jaren onhoudbaar.
1. LoRaWan
Voor mobiele datacommunicatie kennen we natuurlijk de netwerkstandaarden 2G, 3G en 4G. Het razendsnelle 5G zal naar verwachting in 2020 verschijnen. Maar die technologie heedft voor het internet of things belangrijke nadelen. Het stroomverbruik is aanzienlijk, dikke muren verstoren de dekking en er zijn relatief veel centrale masten nodig. Niet ideaal voor het verbinden van bijvoorbeeld kleine sensoren en zenders.
LoRaWan doet dat anders. Dit mobiele netwerk vereist nauwelijks energie en heeft bovendien een grote dekking: tot zo’n vijftien kilometer per mast. Het dringt bovendien prima door bijvoorbeeld zeecontainers. De snelheid is met een piek van zo’n 50 kbit/s allesbehalve hoog, maar dat is tevens de kracht: het verbruikt nauwelijks energie. Het is daarmee ideaal voor apparatuur dat niet continu in verbinding hoeft te staan met internet, maar slechts af en toe wat data moet doorgeven.
LoRaWan staat op de rol voor gebruik in connected auto’s, slimme straatverlichting, of bijvoorbeeld afvalbakken die kunnen aangeven wanneer ze vol zijn. Maar ook in de zorg bewijst de technologie zijn waarde. Bijvoorbeeld in een valdetector of pillendozen, waarbij het de accuduur met jaren verlengd. Een andere mogelijke doelgroep zijn wijkverpleegkundigen, die via een digitale sleutel bij alle patiënten naar binnen kunnen zonder gedoe met enorme sleutelbossen.
Onder andere KPN is in Nederland begonnen met de uitrol. Het heeft zich bovendien aangesloten bij een wereldwijde alliantie die moet zorgen voor een planeetdekkend LoRa-netwerk.
2. Li-Fi
Een andere nieuwe communicatietechnologie voor het internet of things is Li-Fi. Het is een technologie voor het versturen van data via normale led-lampen. Het werkt als een soort morsecode, maar dan op zo’n hoge snelheid dat het menselijk oog de flikkeringen niet waarneemt.
Li-Fi heeft een aantal belangrijke voordelen. Allereerst ligt de snelheid vele malen hoger dan LoRa, het is niet voor niets onderdeel van de toekomstige 5G-standaard. Dat maakt Li-Fi geschikt voor toepassingen die grote hoeveelheden data vereisen. Denk bijvoorbeeld aan video- en audiocommunicatie. Daarmee is het een goede vervanger voor Wi-Fi. Maar in tegenstelling tot Wi-Fi veroorzaakt het geen storingen bij gevoelige apparatuur. Dat maakt Li-Fi uitermate geschikt voor gebruik in bijvoorbeeld ziekenhuizen of vliegtuigen.
Ook werkt Li-Fi onder water. De Amerikaanse marine onderzoekt nu hoe Li-Fi de communicatie tussen onderzeeërs kan verbeteren. Ten slotte is de uitrol van Li-Fi laagdrempelig. Iedere led-lamp is geschikt als ‘zender’, het plaatsen van een kleine microchip in de lamp is de enige noodzakelijke handeling.
In de toekomst wordt dankzij Li-Fi alles wat licht geeft ook een zendmast: van televisies en monitoren tot straatverlichting en bouwlampen. Helemaal vrij van nadelen is het op dit moment nog niet: gaat het licht uit, dan vervalt de dataverbinding. En natuurlijk is het bereik vrij beperkt.
3. Energie uit alternatieve bronnen
Sensoren en andere connected devices zijn nu al overal, en dat aantal neemt alleen nog maar toe. Over enkele jaren zijn al onze leef- en werkruimtes gevuld met sensoren. Voor onze veiligheid, voor domotica-doeleinden, voor gemak of productiviteit. Dat creëert echter een lastig vraagstuk: hoe zorgen we voor voeding voor al die apparaatjes?
Voor lichtnetkabels is geen plaats, en batterijen zorgen voor extra omvang en gewicht, plus enorme rompslomp en kosten vanwege vervanging. Volgens een onderzoek van Cisco hebben we in 2020 tien keer zoveel verbonden sensoren en apparaten als mensen op deze planeet. Niet voor niets zijn veel onderzoekers op zoek naar alternatieve voedingsbronnen. Drie veelbelovende ontwikkelingen.
– Kinetische energie
Kinetische energie is heel goed toepasbaar in situaties waarin veel beweging plaatsvindt. Zo vindt momenteel onderzoek plaats naar het gebruik van menselijke beweging als energiebron. Dat moet uiteindelijk resulteren in bijvoorbeeld wearables die zonder batterijen functioneren. Kinetische energie wordt nu al toegepast in bijvoorbeeld de industrie en landbouw, waar het sensoren voedt met beweging van machines.
– Energie uit voedingsmiddelen
Een andere innovatie is de productie van energie uit voedingsmiddelen als fruit. Zo demonstreerde Texas Instruments een elektronische wekker gevoed door enkele kleine druiven. Door de druiven – fruit met een lage pH-waarde – in contact te brengen met zink ontstaat een chemische reactie die een kleine hoeveelheid energie voortbrengt. Volgens de onderzoekers kunnen via hetzelfde pH-principe onder meer bodemsensoren gevoed worden door de bodem zelf, wat voor de agrisector batterijloze communicatie met de centrale bodemmonitoringssystemen mogelijk maakt.
– Omgevingsenergie
Een derde belangrijke nieuwe variant is voeding door omgevingsenergie. De bekendste vorm is natuurlijk zonne-energie, maar het omgevingsenergie kan ook opgewekt worden uit bijvoorbeeld kleine temperatuurschommelingen, of zelfs een Wi-Fi-signaal. Zo zijn Amerikaanse onderzoekers erin geslaagd een bewakingscamera te voeden met energie afkomstig van de draadloze router.
Perspectief
Dat biedt voor internet of things-omgevingen met tal van (radio)signalen natuurlijk veel perspectief. Wetenschappers voorspellen een toekomst waarin gebouwen steeds meer garant staan voor hun eigen energievoorziening, en waarin omgevingsenergie de belangrijkste energiebron is. Ook wearables en bijvoorbeeld hoorapparaten kunnen dankzij omgevingsenergie op termijn zonder batterijen.
Vaak schetsen futurologen een toekomst waarin het internet of things is doorgedrongen tot vrijwel ieder aspect van ons dagelijks leven. Gelukkig blijft dat dankzij innovatieve technologieën niet bij fantasie.
Nogal vaak wordt voor IoT uitgegaan dat enkel connectiviteit een rol speelt. Men vergeet hierbij dat de gemiddelde consument dag in dag uit om de oren wordt geslagen met beveiligings -en privacy problemen. Al die IoT applicaties zijn zo lek als een zeef. Gaande van tablets in hotels om het licht aan en uit te doen, die ook bruikbaar zijn om zowel de lichten als de ramen en deuren maar ook de camera van het toestel in alle andere kamers van het hele gebouw te beheren, tot IoT deur -en garagepoort sloten die massaal konden op ingebroken worden via de cloud server om zo de deuren van alle consumenten die zo’n toestel gebruikten te ontgrendelen. Kijken wanneer iemand thuis is zal bv. met Li -Fi eenvoudig worden: gebeurt er nuttige IP trafiek in het licht? Of is het maar een timer-schakelaar zoals zo vaak gebruikt wordt om dieven te misleiden? Gaan we naar een samenleving waar de supermarkt binnenkort de (on)gezonde inhoud van de koelkast doorspeelt naar onze verzekeringsmaatschappij? Rijden er binnenkort grasmachines zoals een school eenden over de straten omdat een paar techneuten voor de grap de robotmaaiers van het hele dorp misleiden? Denk maar niet dat de programmeurs van zulke toestellen ook maar iets rekening houden met security of kaas hebben gegeten van hoe daar mee om te gaan in hun programmatuur.
Philip,
Programmeur
Fantastisch verhaal. Laten we vooral zo door gaan en de wat simpeler denkende hacker en/of inbreker zal zeker gebruik van maken van die big data die IoT gaat genereren.
Leg dat gegeven maar naast het feit dat inbrekers heel tuk zijn op begrafenissen en niet al te lang geleden een hele reeks van inbraken gewoon heel ouwerwets uit het boekje, van de quote 100 kwam. Ze gingen heel eenvoudig het ‘rijtje’ af.
Als weldenkend mens met enige zin voor zelfbehoud zal het wat IoT betreft mijn tijd wel duren.
Planeet dekkend netwerk. Als je graag je eigen identiteit en vrijheid op wil geven, true.
Even voorop gezet dat het leuk is om over nieuwe mogelijkheden te lezen (en schrijven) en dat het artikel lekker leest. Toch wil ik wel wat kanttekeningen plaatsen aangezien ik zelf veel met deze materie te maken heb.
LoRa(WAN) is de meest praktische en dichtbijstaande oplossing uit dit rijtje, echter het gelinkte artikel en voorbeelden hier zijn van een wishful thinking gehalte in mijn ogen. Zo is een LoRa WAN verbinding in mijn ogen gelijk aan een WiFi verbinding. Dus overal waar je al (een voorspelbare aanwezig geconfigureerde) WiFi hebt is LoRa niet per se een verbetering. Ofwel als je over WiFi 1 keer per vijf minuten ergens mee communiceert kost dat net zoveel energie als dat je met Lora WAN 1 keer per vijf minuten communiceert. De latency van LoRa is per definitie (veel) hoger dan de latency met een continu WiFi verbinding.
LoRaWan is in mijn ogen heel praktisch als je een sensor hebt waarvan je de locatie niet altijd kunt voorspellen of als deze buiten een vast WiFi netwerk ligt. Een container die “roept” dat ie vol zit, of een parkeerplaats die meld dat deze beschikbaar is lijkt me een goede toepassing. Ook de lage bandbreedte (door de lage frequentie) is een grote plus. Dus voor LoRaWan lijkt me idd een goede toekomst.
Het voorbeeld in het gelinkte artikel van een PaceMaker lijkt me niet per se een goede. LoraWan is gebonden aan een netwerk en zal dus niet per se werken in het buitenland en vaak heeft iemand met een pacemaker ook wel een smartphone dus kan de communicatie ook wel daarover lopen.
LiFi heeft een mooie belofte, maar vooralsnog zie ik dit de komende vijf jaar niet gebeuren of misschien in niche gevallen. Hoe om te gaan met meerdere zenders en ontvangers? Hoe om te gaan me veilige communicatie? Wat als iets het zicht belemmert? De praktische belemmeringen zijn enorm en ik zie niet in hoe deze hobbels goed genomen kunnen worden.
Energie is een lastige en een grote beperking. Als je assets wilt tracken is het in mijn ogen de grootste bottleneck. Al komt de energie uit je appel, het onderhoud blijft een extra uitdaging en maakt de sensor wel erg groot. Kinetische energie is wel leuk, maar werkt vooral bij mensen en dieren, op een asset heb je vaak alleen de versnelling of vertraging.
Dat er mooie veranderingen komen is een feit, maar er zijn zoveel mogelijkheden en parameters dat voorspellingen lastig blijken. Zo’n zelfrijdende auto.. duurt dat nog vijf, vijftien of vijfentwintig jaar?