Openbare verlichting aansturen via FM-radio Whitepaper 20 juni 2013, Edward Neef
Inhoudsopgave 1. Inleiding pagina 2 2. Visie pagina 3 3. R-tf pagina 3 4. Bezwaren en tegenwerpingen pagina 5 5. Toekomst FM pagina 6 6. Slotwoord pagina 6 1. Inleiding Tot op de dag van vandaag worden in Nederland de Openbare Verlichtingssystemen (OV) geschakeld met een toonfrequent techniek door de netbeheerder. Eenvoudig gezegd komt deze techniek erop neer dat de netbeheerder een toonsignaal door de koperen netvoedingskabels stuurt. Op de plek van bestemming staat een ontvanger die de toon registreert en een relais doet omslaan. Het ideale moment waarop de toon door de kabels wordt verstuurd, wordt berekend aan de hand van lichtcellen die geografisch staan verspreid en een astronomische klok. Met die gegevens worden zogenaamde brandroosters samengesteld die het licht schakelen voor hele gebieden tegelijk. Inmiddels zijn er niet alleen problemen ontstaan met die techniek, ook de klant heeft andere wensen en eisen gekregen die niet meer met deze techniek kunnen worden ingevuld. Enerzijds is door de voortschrijdende vermazing van het elektriciteitsnetwerk een situatie ontstaan waarbij het toonfrequent signaal niet overal meer aankomt, zoals bijvoorbeeld in Moerkapelle. Bovendien is met de komst van de slimme meter voor de netbeheerder een andere markt ontstaan, waarbinnen zijn toonfrequent aan een einde van zijn productcyclus is gekomen. Anderzijds is de klantenmarkt veranderd. De klant is mondiger geworden, heeft meer kennis van zaken gekregen en is veeleisender geworden. Kostenbesparing maar ook zelfstandigheid, zelf kunnen beslissen over de schakel- en dimtijden, ten opzichte van de netbeheerder, het zijn een paar voorbeelden die bij de klant een rol kunnen spelen. De toonfrequent dienst maakt deel uit van de dienst die de netbeheerder aanbiedt voor het 1 x 6A geschakelde net. Deze dienst wordt betaald door de klant als onderdeel van de Periodieke Aansluitvergoeding, welke een onderdeel is van de tariefopbouw van de netbeheerder. Hoeveel de klant daarin bijdraagt is in de meeste gevallen niet bekend. Sommige netbeheerders echter, sturen de klant een aparte rekening voor hun schakeldienst, omdat zij van mening zijn dat de Periodieke Aansluitvergoeding niet de juiste tariefdrager is. De schattingen voor de kosten voor het werken met het huidige toonfrequent systeem lopen uiteen van 2,50 tot 7,00 per lichtmast per jaar. Soms kan in nauw overleg met de netbeheerder voor bepaalde gebieden een eigen schakelregime worden ingevoerd. Maar dan nog kan men meestal niet per klant en per lantaarnpaal apart schakelen en/of dimmen. Wederom is dan een gehele regio onderworpen aan één schakel-regime. Deze situatie resulteert erin dat deze markt op zoek is naar een nieuw evenwicht. Een evenwicht waarin de klant krijgt wat hij wil: licht op maat tegen minimale kosten. 20 juni 2013 pagina 2
2. Visie Licht op maat, zicht op licht. Het zijn allemaal marketing kreten die synoniem zijn. Om dat voor elkaar te krijgen is de markt in gaan spelen op de veranderende wensen en eisen van de klanten. Inmiddels kennen we een veelheid van tweeweg bedieningssystemen die het mogelijk maken om de OV op afstand te schakelen en / of te dimmen. Met het heen -signaal wordt de lamp aan of uit gezet of in sommige gevallen gedimd. Middels het retourkanaal (tweeweg) wordt informatie over de status van de lamp (kapot) of het verbruik doorgegeven. Iedere dag opnieuw. Hebben we dat retour-kanaal echter nodig? Met de toenemende komst van de LED-lampen is een melding over het functioneren vrijwel overbodig geworden. Met de komst van de slimme meter die op Kleinverbruiksinstallaties (zo ook meestal OV) komt te staan, is het verbruik ook bekend. De tweeweg systemen produceren dus een nimmer aflatende datastroom die ook nog eens moet worden bekostigd omdat er gebruik wordt gemaakt van het mobiele telecommunicatienet. Daarnaast zijn er al partijen die nu al voorzien dat die retour-informatie niet wezenlijk bijdraagt aan een efficiënt beheer. Waar moet je al die data opslaan? Is dat nuttig en efficiënt? Als we al deze elementen onderkennen, dan moeten we ons de vraag stellen of er niet een éénwegsysteem is, dat robuust en betrouwbaar functioneert en die tegemoet komt aan (vrijwel) alle klantwensen. Dat systeem is er en noemen we R-tf. 3. R-tf De bestaande technieken voor één op één communicatie gebruiken allerlei varianten op het mobiele telecommunicatie netwerk, wat geschikt is voor kleine aantallen lichtmasten. R-tf leent zich er juist uitstekend voor om grote aantallen masten aan te sturen middels broadcast. Met broadcast wordt één signaal uitgezonden dat door een onbeperkt aantal ontvangers tegelijkertijd en onafhankelijk van elkaar kan worden ontvangen. Het voorbeeld hiervan is radio-omroep. Het maakt Hilversum technisch gesproken (wel commercieel!) niet uit hoeveel radio-ontvangers er aan staan, het zendernetwerk zendt het signaal over een groot gebied uit voor een onbeperkt aantal ontvangers. Het maakt Hilversum wel uit, of het zendsignaal kwalitatief en kwantitatief op orde is. Dit garandeert namelijk de ontvangstkwaliteit en het bereik. Verder bereikt de zender direct de radio (ontvanger). Bij tweeweg schakelsystemen zit er een extra unit tussen, vaak een segment controller genoemd. Deze segmentcontroller ontvangt het mobiele telefoonsignaal en zet dat om op een andere frequentie die naar de lichtmasten wordt gestraald. Soms wordt hier Wifi voor gebruikt, soms Zigbee of een proprietary protocol, maar ze hebben altijd gemeen dat ze gebruik maken van licentie-vrije frequentiebanden, bijvoorbeeld op de 2,4GHZ en de 868MHz. Dit levert een aantal nadelen op: deze frequenties zijn licentie-vrij. Dit betekent dat ze door meerdere soorten gebruikers voor meerdere doeleinden kunnen worden gebruikt. Je hebt dus per definitie te maken met mede-gebruikers van die frequentiebanden. Dit leidt tot een grotere kans op storing door medegebruik. Die storing moet je gedogen, want daarom zijn deze banden ook licentie-vrij. Een ander nadeel is het natuurkundige propagatiegedrag van deze 20 juni 2013 pagina 3
banden. Hoe hoger de frequentie, hoe moeilijker de te overbruggen afstand storingsvrij kan worden afgelegd. Met name de 2,4GHz signalen worden door water dat in de bladeren zit van tussenliggende bomen geabsorbeerd of het signaal wordt door gebouwen of metalen objecten gereflecteerd. Ook de gebruikte MESH-netwerkstructuren bieden daarbij niet altijd uitkomst. Na installatie van dit type systemen loop je meer het risico dat je achteraf storingen op moet lossen omdat sommige lichtmasten niet (altijd) worden bereikt. Welke broadcast frequentiebanden zijn geschikt voor éénweg-communicatie met OV? We weten dat er verschillende frequentiebanden zijn waarmee broadcast wordt verzorgd. In kort bestek zijn dat de lange golf, de midden golf, de korte golf en FM. Er zijn testen uitgevoerd met een lange golf signaal vanuit Duitsland omdat Nederland niet zelfstandig over lange golf licenties beschikt. Deze zender zendt continu toontjes uit die door de desbetreffende ontvanger worden verwerkt tot een schakelsignaal. Alleen, het bouwen van een dergelijke ontvanger in relatie tot de beperkte ruimte in een armatuur levert mechanische en ook technische problemen op. De ontvangst antenne is te groot (ferriet-staaf als in oude transistor radio s) en het signaal is net als bij middengolf en korte golf amplitude gemoduleerd. De wijze waarop het signaal op de zender- draaggolf wordt gezet (amplitude gemoduleerd) maakt deze gevoelig voor allerlei etherstoringen (gebrom en geknetter door hoogspanningsleidingen bijvoorbeeld zoals bij trams, treinen en hoogspanningsmasten. Dat is een andere vorm van storing dan die hierboven is beschreven welke veroorzaakt wordt door medegebruikers van de frequentieband.) Er zijn geen officiële mede-gebruikers van de omroepfrequentie. De omroep op lange golf, middengolf, korte golf of FM heeft het alleenrecht. Dit betekent, dat als er wel een medegebruiker is, dit een radiopiraat is. Wij gaan daar in het volgende hoofdstuk nog even nader op in. Daarnaast bieden reguliere broadcast stations die radioomroep uitzenden technisch geen ruimte in het signaal om andere informatie toe te voegen, de bandbreedte is te klein (9kHz). Amplitude gemoduleerde broadcast zenders vallen dus per definitie af. Als we naar FM kijken, is er iets bijzonders. Het signaal is frequentie gemoduleerd (FM), wat dit signaal ongevoelig maakt voor etherstoringen. Het signaal beschikt over een bandbreedte van 75kHz wat ruimte biedt voor het meezenden van extra informatie. Zo wordt naast de audio (stereo en mono) ook bijvoorbeeld RDS meegezonden. Er is daarnaast nog capaciteit om meer informatie mee te zenden. Voor het schakelen of dimmen van OV hoeven we immers niet zo veel data over te sturen, zeker niet als we dat slim doen. Dus FM kan dit meesturen. Tot slot en dat is niet de minst belangrijke eigenschap deze frequentieband heeft een zeer goede in-huis dekking. Door het propagatiegedrag van de FM frequentieband is de ontvangstkwaliteit uitmuntend. Ook de bouw van het FM-netwerk is kwalitatief zeer hoogwaardig. Het FM-netwerk in Nederland is middels de zogenaamde Zero-Base planning in 1998 uitgerold op een dusdanige wijze dat de ontvangst tot één meter boven de grond kwalitatief goed is voor een goede stereo ontvangst voornamelijk ten behoeve van de autoradio (heeft te maken met de signaal/ruisverhouding en de veldsterkte van het zendsignaal ter plaatse). Hoe hoger je echter komt in de lucht hoe beter het signaal nog wordt. Dus de ontvangst op lichtmast-armatuur hoogte mag uitstekend genoemd worden. 20 juni 2013 pagina 4
4. Bezwaren en tegenwerpingen Hoe betrouwbaar is de FM infrastructuur? Er wordt de laatste tijd nog al eens verwezen naar de omgevallen zendmast in Smilde. Dat was echter een dusdanig groot incident, dat met kansberekening en herbouw herhaling vrijwel nihil is. Bijna alle zenders van alle FM-omroepen zijn dubbel (redundant) uitgevoerd. De stroomvoorziening is niet alleen geschakeld op het elektriciteitsnet maar meestal ook op noodgeneratoren. De gehele constructie leidt tot een bedrijfszekerheid van meer dan 99,8%. Het punt waar het R-tf signaal wordt ingevoed is namelijk niet in de studio s in Hilversum maar ter plaatse van de zender zelf. Als het licht in Hilversum uit zou gaan en de zenders geen muziek meer laten horen, is R-tf nog steeds in de lucht. En ook al zou de zender zelf uit de lucht zijn of de antennemast omvallen, de R-tf ontvanger in ieder armatuur beschikt over een geheugen. Als deze geen nieuwe instructie krijgt, blijft hij zijn programma uitvoeren. De gehele netwerk-infrastructuur is dus van uitmuntende kwaliteit. De ontbrekende 0,2% wordt veroorzaakt door onderhoud en reparatie aan de zendsystemen. Maar als deze moeten worden verricht, dan zijn alle betrokkenen op de hoogte en worden voorzorgen genomen voor de continuïteit. Dan is er nog de veel gehoorde opmerking over radio-piraterij. Twee dingen: in de eerste plaats is zenden op een frequentie waar iemand de licentie dus het alleen gebruik - van heeft een misdrijf. Overtreders worden opgespoord en dienen zich voor de rechter te verantwoorden. Maar als een omroep-piraat denkt dat hij de OV kan veranderen in een plaatselijk kerst-knipperlicht, dan heeft hij het mis. Er is een veelheid van technische beveiligingen die het nagenoeg onmogelijk maken om in te breken op dit systeem. Daarvan kunnen we hier wel noemen: hij moet alle codes van alle lichtmasten kennen die hij wil beïnvloeden en die codes zitten ingebakken in de printelektronica die gemonteerd zit in een hoog geplaatst armatuur en die allemaal anders zijn; hij dient daarnaast de taal te spreken waarvan R-tf zich bedient. En last but not least: als de ontvanger geen nieuw herkenbaar signaal heeft gekregen of krijgt op het schakelmoment, dan voert hij zijn programma uit zijn geheugen uit, ook al zendt de piraat ter plaatse nog zo hard uit. Tot slot. Is de Rt-f print duur? Allereerst bevat R-tf minder elektronica in de armatuur en hij heeft geen segment controller nodig. Hij is daardoor goedkoper. En vanuit een single point of failure visie: het enkele feit dat de R-tf print alleen een ontvanger bevat en niet tevens een zender zoals bij tweewegsystemen, maakt dat er ook minder kapot kan en maakt het ook goedkoper in het gebruik en vervanging. Voor de overdracht van de data waarmee wordt geschakeld of gedimd (overbrengen van een softwareprogramma!) worden geen kosten berekend. Het maakt niet uit hoeveel data of hoe vaak wij data ten behoeve van uw lichtmast uit moeten zenden, voor de transmissie van die data betaalt u geen geld. Dit in tegenstelling tot systemen die gebruik maken van het mobiele telefoonnet of ADSL bekabelde systemen. En voor de liefhebbers van bedrade netwerken: het is een koud kunstje om met een flinke schaar glasvezelkabels door te knippen die overal boven de grond komen. Je hoeft maar om je heen te kijken om te zien waar ze lopen. Bedrijfszekerheid van bedrade systemen is daarmee ook een wassen neus. 20 juni 2013 pagina 5
5. Toekomstzekerheid FM Het huidige FM zendernetwerk zal nog tenminste tot 2023 in de lucht blijven, een levenscyclus van tien jaar of meer. En als FM uiteindelijk toch uit de lucht gaat, (dat zal nog vele jaren duren, nadat volledige dekking is bereikt door de opvolger: DAB) dan zijn de ontvangers al lang afgeschreven en kunnen worden opgevolgd door wellicht andere technieken die naast DAB dan opportuun zijn geworden. 6. Slotwoord Hiermee is een ontwikkeling in gang gezet die het mogelijk maakt dat iedere OV eigenaar zijn areaal kan voorzien van licht op maat en meerdere doelstellingen tegelijk kan realiseren. Dat zou grotendeels met R-tf gerealiseerd kunnen worden, maar daarnaast ook met diverse andere technieken. Ook R-tf zal niet in staat zijn om alle doelstellingen van iedere OV eigenaar tegelijk te realiseren. Zo kan men wel degelijk geïnteresseerd zijn in een terugmelding van een armatuur als die het niet doet, bijvoorbeeld wanneer in een uitgaansgebied vaak problemen zijn met relletjes en drugs. Daarvan wil je wel direct weten of de lamp het doet om op die manier tot directe vervanging over te gaan. Uit praktijkervaring is inmiddels gebleken dat het bij OV eigenaren niet alleen gaat om kostenbesparing maar vaak ook om verkeersveiligheid, sociale veiligheid, CO 2 footprint reductie, kwaliteit van het beheer etc. Het grote stuwmeer aan OV-lichtmasten laat zich kostentechnisch en gebruikstechnisch het makkelijkst bedienen met R-tf. U kunt er iedere lichtmast afzonderlijk of tegelijk, iedere samenstelling van meerdere lichtmasten op nagenoeg iedere gewenste locatie als straat, wijk, dorp, stad, regio, provincie of heel Nederland schakelen of dimmen op het door u gewenste moment, rekening houdende met het feit of u in een gereguleerd of vrij domein actief bent. De netbeheerders zullen moeten wennen aan het feit dat de klant steeds meer streeft naar licht op maat en ook overeenkomstig afgerekend wil worden. 20 juni 2013 pagina 6