28 oktober 2016 Blog

Deel 3: Alles draadloos aansturen ?

Vergunninggebruik voor etherfrequenties versus licentie-vrije frequentiebanden, een lange aflevering van een betoog over het draadloos aansturen van objecten in de openbare ruimte.

Tsja en nu deel 3. Allereerst dank aan mijn wederom honderden lezers van Blog 2, ik ben oprecht verbaasd, maar ik ben u ook erkentelijk voor de belangstelling. Ik heb u verteld over het verdelen van schaarse etherfrequenties en hoe wij wereldwijd binnen de ITU regels hebben opgesteld waar ieder land zich aan dient te houden. Het gebruik van etherfrequenties wordt middels een vergunningensysteem aan voorwaarden verbonden. De licentiehouder heeft dan het exclusieve gebruiksrecht voor die frequentie(band) en hoeft niemand te gedogen die ook die frequentie(band) gebruikt.

Onze overheid zelf legt bijvoorbeeld een beslag op delen van het frequentiespectrum middels behoefte-onderbouwingsplannen voor eigen toepassingen zoals voor veiligheid, politiediensten, militaire diensten, luchtvaart etc. Worden de radioverbindingen op Schiphol verstoord, dan grijpt de opsporingsdienst van Agentschap Telecom onmiddellijk in, vaak vergezeld door politie. De frequentieband en het gebruik is beschermd. Diegene die zoiets doet pleegt voor de Nederlandse wet een misdrijf en kan strafrechtelijk worden vervolgd. Verder meldde ik u dat er internationaal binnen de ITU afspraken zijn gemaakt over het wereldwijd benutten van frequentiebanden zonder licentie. Iedereen mag daar uitzenden en iedereen moet een ander gedogen, ook als je daar storing door ondervindt. En let op: de storingveroorzaker kan het onbedoeld en onbewust doen! En de storingsveroorzaker kan niet worden vervolgd enkel en alleen vanwege het feit dat hij een zender op die licentievrije frequentie in bedrijf heeft. Zie hier de belangrijkste tegenstelling bij het gebruik van bepaalde frequentiebanden.

We hebben in Nederland een aantal frequentiebanden die (ook internationaal) aangewezen zijn voor gebruik zonder licentie. Ik noem er een paar die voor de strekking van dit artikel belangrijk zijn, want er zijn er meer. Wij kennen allemaal de 2,4 GHz en de 5 GHz band, maar ook rond 868 MHz en 434 MHz zijn er frequenties aangewezen voor vrij gebruik. U kent allemaal het op afstand openen van je autodeuren: dat gebeurt vaak middels een frequentie rond de 868 MHz. De genoemde frequenties hebben allemaal eigen fysische eigenschappen in de fysieke openbare ruimte. Ik noem er een paar.

In de 2,4 GHz en 5 GHz band zal het moeilijk zijn om verbindingen op te zetten met objecten zoals lichtmasten, die zich in de buurt van - of tussen bomen bevinden. Dit komt omdat één van de bijzondere eigenschappen van deze frequenties is, dat zij (het zijn “centimeter-golven”) gereflecteerd en gedempt worden door water. En water bevindt zich in de bladeren van de bomen. Ook als je tussen veel staal of gewapend beton dit soort zend-ontvangst-apparaten plaatst, vraag je om problemen met de verbinding. Wie heeft zijn wifi-access-point thuis niet in de meterkast staan en klaagt niet over een slecht bereik ? Als men dus gebruik maakt van systemen die 2,4 GHz of 5 GHz als frequentie gebruiken, dan weet men een paar dingen:

veel gebruikers (met Wifi) die legaal kunnen storen (je moet anderen gedogen),
beperkt bereik door de aard van de frequentie (propagatie-eigenschappen, en veel reflectie en demping) en het geringe zendvermogen
veel kans op het niet functioneren van de verbinding.

Deze systemen zijn allemaal tweeweg systemen, maar door hun beperkte bereik zal er na een aantal objecten een zogenaamde Gateway neergezet moeten worden als men objecten op afstand wil bedienen met dit systeem. Een apparaat wat aan de ene kant praat met alle te verbinden objecten via de 2,4 GHz of 5 GHz band en aan de andere kant op een andere manier de verbinding naar de centrale computer verzorgt. Dit kan via het mobiele telefoonnetwerk zijn (3G of 4G of via GPRS, altijd goed, want deze verbinding zal weinig storing ondervinden op het niveau van het radiosignaal, omdat het een frequentie is waar geen andere gebruikers legaal op kunnen zitten) of via een bekabelde verbindingen (ADSL, glas). Voorts is eigenlijk het gebruik van deze frequentiebanden overkill voor de toepassing. Omdat zij zich lenen voor breedbandig datatransport en we maar een paar bitjes nodig hebben voor “aan-uit” of “dimmen” is ook om deze reden de oplossing via deze frequenties niet ideaal. Hetzelfde geldt voor sensoren die we via Wifi willen laten werken. De hele keten is daarmee opgebouwd in een heen- en retourkanaal en een gateway met een heen- en retourkanaal. Kortom, alles is breedbandig ingericht voor weinig data. Eenzelfde vergelijking kunnen we opzetten voor systemen die gebruik maken van de 868 MHz band. Vaak hebben die een eigen protocol, want zij hebben geen bandbreedte van 20MHz zoals een Wifi kanaal (Je zou anders op een bandbreedte beslag komen van 858 - 878 MHz en dat is onmogelijk rond die frequentie door andere gebruikers).

Er zijn een paar argumenten waarom deze systemen eigenlijk wel de voorkeur verdienen boven systemen die opgehangen zijn aan 2,4GHz. Ten eerste zitten er minder gebruikers op en ten tweede –en dat is de belangrijkste – de frequentie is veel lager waardoor de zogenaamde “in-huis-doordringbaarheid” groter is. Hoe lager de gebruikte frequentie, hoe minder demping en reflectie, dus des te beter overal te ontvangen. Dus geen last van het natte bladeren-probleem of andere reflecties. (Er zijn ook hier reflecties net als op alle andere frequentiebanden, maar van een andere orde.) Misschien klein nadeel: de antennes zijn groter, omdat het verband tussen antenne-grootte en frequenties zo’n beetje “omgekeerd evenredig” is, al hoewel we dat weer met elektronica trucjes op kunnen lossen. Tsja en intussen schrijdt de techniek weer voort. Kwaliteitstoename in de micro-elektronica zorgt voor het minimaliseren van één van de grootste vijanden in de verbindingstechnieken: ruis. Dit leidt ertoe dat er chips zijn ontworpen die zelf zeer weinig ruis veroorzaken (-130 tot -140dB en beter), waardoor hun ontvangstgevoeligheid enorm groot is. Daarbij kunnen zij echter alleen weinig data met kleine snelheid transporteren.

Smalbandige transmissies

Dus “aan-uit” of “dimmen” zou daar prima mee moeten gaan. Alles bij elkaar ontstaat de mogelijkheid voor Long Range radio met zender-ontvangers die ook nauwelijks energie verbruiken. LoRa dus ! Prachtig ! Met de komst van Internet of Things een ideaal tweeweg communicatieplatform voor talloze objecten in onze openbare ruimte –of binnenshuis! Maar, met een beperkte bandbreedte dus weinig data-overdracht ! Ik heb al eerder de frisdranken-automaat genoemd, de koelkast thuis, alles kan met internet op deze wijze worden verbonden en gaat ook verbonden worden. Maar is LoRa dan de heilige graal om veel objecten aan te sturen ? Ja en Nee. Let op: ook LoRa maakt gebruik van een licentievrije frequentie band (868MHz), waardoor andere gebruikers bedoeld en onbedoeld de verbinding kunnen storen! De LoRa apostelen beginnen nu te roepen dat dat niet waar is en door LoRa wordt opgelost, maar leest u door, dan komen we wel bij de conclusie. Ook moeten we beseffen, dat er niet zo iets bestaat als een “uitsluitend, uniek recht” om een LoRa netwerk te bouwen. Net zoals bij GSM en 3G waar Vodafone, KPN, T-Mobile alleemaal eigen unieke netwerken met eigen unieke frequenties hebben. Díe frequenties mogen door niemand anders gebruikt worden, er zijn miljaren voor betaald bij frequentieveilingen.

De band voor LoRa is licentievrij en iedereen kan een LoRa zendernetwerk bouwen en aanbieden en dat is echt heel simpel. Waar zijn dan je garanties voor continuïteit, veiligheid en kwaliteit als je LoRa wilt gebruiken voor je netwerk of voor objecten in de openbare ruimte of voor je lichtmasten-areaal ? Er is geen harde garantie met de aanbieder af te spreken ! Cybercriminaliteit, Man in the Middle Attack, voor je het weet zit je ontvangerpark op een ander netwerk, bedoeld of onbedoeld. Beste mensen, ik zeg aan het einde van deze blog maar gelijk: LoRa is alleen bedoeld voor communiceren met de Cola-automaat als deze leeg is , of met je koelkast, koffiezetapparaat, een printer zonder inkt, voor temperatuursensoren, luchtkwaliteits-sensoren, noem maar op. Het is een prachtig tweeweg-communicatiemiddel, maar niet voor bedrijfskritische toepassingen. Daartoe reken ik bruggen, sluizen, pompen en gemalen, medische toepassingen en wat mij betreft ook Openbare Verlichting. Maar het is aan u, OVL-beheerder om te beslissen of uw OV-areaal in zijn geheel of op sommige plekken “bedrijfskritisch” is. LoRa is niet veilig. Iedereen met een kleine (stoor)zender drukt Lora al uit de lucht. Hoe slim de LoRa ontvanger ook is, als het radiosignaal niet aankomt, werkt het niet. Iedere gebruiker van de frequentieband van LoRa doet dat geheel legaal (althans het zenden op die frequentie) en kan NIET voor dat gebruik strafrechtelijk worden vervolgd. U heeft dus geen sancties achter de hand om uw belangen veilig te stellen. U moet dus wegen hoe bedrijfskritisch het door u aan te sturen object is bij de keuze van de juiste draadloze oplossing. Hoe beschermt u uw rechten ?

In het volgende deel over dit onderwerp, zal ik mijn stelling verder onderbouwen. Oei, dit was een lange aflevering….bent u er nog ??