Blog

Deel 4: Alles draadloos aansturen ?

Hoe protocollen en foutcorrecties in datatransmissie ons afleiden van een meestal onbesproken fysische eigenschap.

Ik moet u nog even meenemen in een andere wereld. Die van de telecommunicatie en in het bijzonder de wijze waarop wij hebben afgesproken hoe we met data communiceren. Ik ga u niet vermoeien met de hele ontstaansgeschiedenis, maar we maken gebruik van het OSI-model om het technisch voor elkaar te krijgen dat data van A naar B en van B naar A kunnen worden gestuurd. Dit geldt voor bedrade- en voor draadloze netwerken. Ik heb op Wikipedia een plaatje gevonden van dit model en bij dit artikel gevoegd.

 

Kijkt u even naar het plaatje van het OSI model dat altijd top-down wordt gepresenteerd. Dit plaatje geeft precies weer waar het om draait. Data die we versturen beginnen op level 7 (bijvoorbeeld het intikken in Microsoft Office-Word) en worden vervolgens in verschillende lagen letterlijk ingepakt met protocollen en veiligheidstrucjes om een probleemloze communicatie mogelijk te maken. Technici hebben voor iedere taal en frequentieband waarmee data draadloos moeten worden verstuurd mechanismen gebouwd om dit voor elkaar te krijgen. Technieken zoals CSMA/CD (IEEE802.3: “Carrier Sense Multiple Access/ Carrier Detect”, een inmiddels oude techniek waarmee ook ethernetverbindingen werken) zorgen ervoor dat de verbinding tussen twee punten (draadloos) werkt. Als pakketjes door de zender worden verzonden, maar de luisterende ontvanger krijgt deze niet, dan zal er door de ontvanger geen bevestiging van ontvangst gestuurd worden en zal de zender het bericht herhalen. Dit is een simpele beschrijving van de realiteit, want in werkelijkheid zijn er veel zeer complexe varianten op dit stukje techniek verantwoordelijk voor specifieke eigenschappen van de kwaliteit en veiligheid van de data-overdracht.

 

Software zorgt ervoor dat fouten in de datatransmissie gecorrigeerd worden en draagt bij aan de kwaliteit van het medium. Op deze wijze is ook bij LoRa , met de eigen correctie-mechanismen een hoge kwaliteits-verbinding tot stand te brengen. En aangezien we bij LoRa te maken hebben met kleine hoeveelheid data die slechts af en toe door de ether geslingerd worden, komt hier met de foutcorrecties in de software en een zeer gevoelige ontvanger, kwalitatief een zeer goede verbinding tot stand. Maar, beste mensen, daar gaat het niet om! Het is buiten kijf dat deze protocollen prachtig mooi zijn. Maar al die kwaliteitsgaranties worden gemaakt in de layers 2 tot en met 7. Het gaat bij het beoordelen welke techniek we inzetten voor welke objecten (in de openbare ruimte ) OOK om Layer 1 ! Mijn hele betoog draait dus om alles wat Layer 1 aangaat!

 

Zo, dat is er uit. Bent u er ook? In Layer 1 zit het medium waarmee de data worden getransporteerd en in geval van draadloze verbindingen is dat de zender. En de zender bestaat uit het gebruik maken van een frequentie in een bepaalde frequentieband die eigen fysische eigenschappen heeft met een bepaald zendvermogen, met aan de andere kant de ontvanger die ingericht moet zijn om dat signaal te horen. En als die frequentieband licentievrij is, kan iedereen straffeloos in die frequentieband een zender aanzetten die de LoRa zender kan storen, zoals ik in eerdere blogs heb uitgelegd. En daar is geen kruid tegen opgewassen. En met een hoge concentratie ontvangers op een klein geografisch oppervlak –wat we met de Internet of Things ongetwijfeld gaan krijgen - zijn met een hele kleine zender - bewust of onbewust - al veel ontvangers buiten werking te stellen, vooral in de “makkelijke” 868 MHz band. De ontvangstgevoeligheid is immers groot en met een klein zendvermogen drukt men de band al snel dicht. Ziet u het voor u: uw brug of uw gemaal op een draadloos systeem dat gebruik maakt van een licentievrije frequentieband en op tijdstip X iets moet doen? Ziet u het voor u met de inmiddels explosief stijgende cybercriminaliteit ? En dan kan het protocol (LoRA, Wifi, Zigbee) nog zoveel mooie garanties ingebouwd hebben om de data-overdracht veilig te stellen en te optimaliseren, in Layer 1 houdt het allemaal op. En uiteraard hebben we ontvangers die ook zelfstandig kunnen draaien met een eigen geheugen, maar als het er op aankomt, dan zijn er geen garanties.

 

Nu zal de oplettende lezer direct zeggen: ja maar dat geldt voor alles wat draadloos tot ons komt. Ik kan in alle toepassingen bedoeld of onbedoeld stoorzenders aanzetten. Dat klopt. In bijvoorbeeld de tijd van de koude oorlog werden er zware omroepzenders ingezet in het Oostblok om uitzendingen vanuit het Westen op het Oostblok uit de lucht te drukken. Maar als een toepassing die op Wifi of LoRa drijft een zeer gevoelige ontvanger heeft, en ik slechts hele kleine zendvermogens hoef te maken op relatief eenvoudig te gebruiken frequentiebanden, nemen we dat risico? Hoe vaak ondervindt u een weggevallen verbinding met het radiostation waar u naar luistert? Hoe vaak doet uw GSM het niet omdat iemand het signaal wegdrukt ? Precies: eigenlijk nooit. Dat komt mede, omdat de vergunninghouder van deze banden beschermd wordt tegen misbruik door anderen. Hij heeft een uniek recht. En we hebben dus geen stok achter de deur bij het mede-gebruik op licentievrije frequentiebanden wat gevolgen heeft voor storingen op complexe infrastructuur.

 

Dat is de kern van mijn betoog. Ik heb niet gezegd dat alle genoemde technieken opeens waardeloos zijn, het niet doen of dat je ze dus maar niet moet gebruiken. Ik ben een groot missionaris van het draadloze, heb zelf tientallen zenders in elkaar gesoldeerd in mijn leven. Mijn stelling is: zoek voor iedere toepassing in de openbare ruimte de juiste draadloze techniek, als je al tot draadloos wil of moet overgaan. Besef dat iedere frequentie zijn eigen voor- en nadelen heeft en beslis hoe bedrijfskritisch de toepassing is waar het voor moet dienen. Maak een frequentie-risico-analyse ! U kunt niets beginnen tegen iemand die opeens een zender aansteekt –bewust of onbewust – in een licentievrije frequentieband. U heeft geen recht op het tot stand komen van de verbinding en er is geen handhavings-mechanisme in het geval van misbruik of normaal gebruik van licentievrije frequentieban-den ! Bij het gebruik van LoRa of ongeacht welke digitale verbinding ook, dient u ook nog even in uw achterhoofd te houden dat deze systemen geen gelijktijdigheid garanderen. De aard van de verzendtechniek en de vertragingen die zich in digitale systemen ophopen kunnen de toepassing nog een vertraging bezorgen. Dat zal bij Cola-automaten die hun leegstand willen melden niet zo erg zijn……

 

Ik pleit ervoor dat de ITU en voor Nederland het ministerie van EZ met Agentschap Telecom snel komen met het internationaal vastleggen van frequentiebanden voor data-overdracht in de openbare ruimte voor bedrijfskritische toepassingen. Frequentiebanden waar het dus NIET de bedoelding is, dat iedereen met iedereen kan communiceren zoals dat bij Wifi, Zigbee, Lora etc. wel het geval is. Alleen dan kunnen we handhaven en optreden en hebben we een maximaal veilig nut van frequenties in de openbare ruimte. Aldus komen hier techniek en regelgeving bij elkaar en ben ik toch misschien niet de verkeerde studie gaan doen, zoals ik in Blog deel 1 betoogde….. In het slot van deze serie in deel 5 kom ik over een paar dagen nog met een andere visie op het draadloos aansturen van objecten in de openbare ruimte.

Deel dit artikel