Het draadloze Internet of Things en het spectrum. Ir. Tommy van der Vorst 2 februari 2017

Transcriptie

1 Het draadloze Internet of Things en het spectrum Ir. Tommy van der Vorst 2 februari 2017

2 2

3 Wat is de (toekomstige) impact van connectiviteit voor het draadloze Internet of Things (IoT) op het spectrum? 3

4 Internet of Things volgens ITU Meer en meer fysieke dingen worden gerepresenteerd in een virtuele informatiewereld (aka: het internet). 4

5 Internet of Things: waarom? Slimmere regeltoepassingen door (1) het benutten van meer sensordata, (2) het maken van intelligentere analyses, en (3) coördineren van acties. 5

6 ? Is er genoeg spectrum om alle draadloze IoT-devices te kunnen connecteren? 6

7 Technologieën voor draadloos IoT Wide area applications LTE GPRS SIGFOX LoRaWAN Licensed spectrum Private LTE Weightless LoRa (LP) Wi-Fi License-exempt spectrum EnOcean Zigbee RFID Z-Wave Local area applications 7

8 Schaalniveaus Wide area LPWA WWAN Lage bandbreedte, Laag stroomverbruik Hoge bandbreedte, Hoog stroomverbruik SRD WLAN Local area 8

9 LPWA heeft verreweg de grootste impact Low power Alleen in schaarse frequentieruimte Laag zendvermogen Lage frequenties nodig voor benodigde bereik Lage frequenties zijn (precies daarom) schaars! Wide area groot potentieel voor interferentie Onderlinge coördinatie door eenvoud devices (en lowpower) niet altijd mogelijk. 9

10 Veel korte-afstands IoTapplicaties hoeven niet per sé gebruik te maken van spectrum onder 1 GHz. 10

11 LPWA IoT-toepassingen Nutsvoorz. Slimme steden Logistiek Huishouden Landbouw Slimme gebouwen Industrie 11

12 LPWA IoT-toepassingen Toepassingen die met smartphone worden bestuurd (#huishoudens in NL, 2020) Rookmelder 2,530,000 Slimme thermostaat 2,690,000 Beveiligingscamera 2,000,000 Verlichting 2,140,000 (Vaat)wasmachine 620,000 Baby-monitoring 580,000 Raambedekking 1,050,000 12

13 ? Hoeveel IoT-devices verwachten we de komende jaren? 13

14 LPWA devices in Nederland 70,000,000 60,000,000 50,000,000 40,000,000 30,000,000 20,000,000 10,000, Forecast of LPWA connections in the Netherlands 14

15 15

16 Device concentration (2) 16

17 ? Hoeveel spectrum gebruiken IoT-devices? 17

18 Spectrumimpact Spectral efficiency [bits/s/hz] Capacity [Mbit/s/km 2 ] Data demand per device [bit/s/device] Duty cycle of device [s/device] Device density [devices/km 2 ] Network density [cells/km 2 ] Spectrum amount [Hz/cell] 18

19 LPWA IoT onder 1 GHz Vergunningvrij spectrum Vergunningsplichting LoRaWAN SIGFOX LTE-M2 / NB-IoT 19

20 20

21 21

22 22

23 NB-IoT (LTE-M1) 23

24 # report/200khz/hour Vergunningsplichtig IoT opschalen LTE-M1 kan met gemak 40k apparaten per sector per carrier aan. Een LTE-M1 carrier is 200 khz breed. Deze kan worden ingebed in bestaande LTEcarriers, en zelfs dynamisch worden gealloceerd. 4.5 x NB-IoT(FDMA) NB-IoT(SC-FDMA), 2.5kHz NB-IoT(SC-FDMA), 15kHz Ideal capacity Target number Downlink Capacity LTE-M1 bij voorkeur wel in de lagere frequentiebanden ( MHz) # MS per sector x

25 Vergunningvrij IoT opschalen Interferentie Multiple access Power control 25

26 Interferentie LPWA IoT Licensed Unlicensed Zelfde LPWA IoT-netwerk Ander LPWA IoT-netwerk, zelfde technologie Ander LPWA IoT-netwerk, andere technologie Andere legitieme toepassing Andere niet-legitieme toepassing 26

27 Interferentie: andere gebruikers in unlicensed banden Unlicensed LPWA IoT zal interferentie veroorzaken bij en ondervinden van bestaande gebruikers. Met name RFID en toepassingen die lange tijd continu zenden (draadloze microfoons) kunnen problemen veroorzaken. Unlicensed LPWA IoT basisstations hebben een downlink met groot bereik, wat de impact vergroot. Een short range device in de buurt van een basisstation kan interferentie veroorzaken die de hele cel platlegt. 27

28 We verwachten interferentie van devices die van buiten Europa worden geimporteerd, specifiek in de MHz band. 28

29 29

30 30

31 Het gebruik van vergunningvrij spectrum voor kritieke toepassingen levert risico s op ten aanzien van telekwetsbaarheid. 31

32 Gevoeligheid van LoRa en SIGFOX SIGFOX lijkt iets minder gevoelig te zijn voor interferentie dan LoRa, deels vanwege de 3-6 hertransmissies. 32

33 Interferentie tussen SIGFOX - LoRa 33

34 Verschillende IoT-technologieën in dezelfde vergunningvrije band kunnen interfereren met elkaar. Ultra-narrowband en spread spectrum bijten elkaar. 34

35 Power control Lager zendvermogen langer op batterij Lager zendvermogen minder overlap = efficiënter netwerk Hoger zendvermogen meer zekerheid aflevering bericht Device heeft niet genoeg informatie om de trade-off optimaal te maken. Netwerk kan devices niet precies sturen, vanwege duty cycle-beperkingen. (Ter vergelijking: LTE stuurt ~1500 keer per seconde power control-informatie ) 35

36 Spectrale efficiëntie (geïsoleerd) LoRa lijkt hier niet goed in staat te zijn om de meest efficiëntie modulatie te selecteren gegeven het signaalniveau. (NB: o.b.v. data uit testversie Things Network, pessimistisch.) 36

37 Hoe ver vermaasd moeten unlicensed netwerken zijn? 37

38 Problemen die het gevolg zijn van interferentie met en tussen LPWA IoT-transmissies zullen vooral lokaal en intermitterend zijn. 38

39 Het nu beschikbare spectrum is voldoende om de verwachte vraag naar connectiviteit voor IoT te kunnen voorzien. 1. Licensed: opschaling = extra subcarrier. Nog veel ruimte. 2. Unlicensed: opschalen = vermazen. 39

40 All Things considered Van alle IoT-toepassingen heeft LPWA IoT de meeste impact op het spectrum Er is voorlopig voldoende ruimte in het spectrum voor LPWA IoT LPWA IoT-netwerken in Nederland hebben veel capaciteit. LPWA IoT in unlicensed banden is zeer toegankelijk, maar brengt risico s met zich mee. Maak een overwogen keuze tussen licensed/unlicensed IoT! 40

41 Ook verkrijgbaar op dialogic.nl: Dialogic De capaciteit van mobiele netwerken in Nederland Dialogic & TNO De toekomst van digitale connectiviteit in Nederland Dialogic, iminds & Radicand De impact van netwerkvirtualisering 41

42 V & A Tommy van der Vorst vandervorst@dialogic.nl Rapport: dialogic.nl/iot 9 februari