Het begrip ‘Internet of Things’ kan letterlijk worden begrepen door de woorden op te splitsen. ‘Things’ zijn verbindingsknooppunten, ‘connections’ is het internet, en ‘networks’ zijn netwerken of clouddiensten die rechtstreeks door die ‘things’ worden gevormd. Vanuit dit perspectief vormt het internet de brug in het midden. Als alles de technologie van het Internet der Dingen wil realiseren, kan dit niet zonder een bepaalde communicatiemethode, dat wil zeggen de drager. Tot de populairste communicatiedragers van het Internet der Dingen behoren tegenwoordig onder meer NB-IoT, LoRa , wifi en ZigBee. Dit zijn de meest gangbare communicatieprotocollen binnen het Internet of Things. Deze protocollen hebben één belangrijk kenmerk gemeen: ze zijn draadloos. Het wegwerken van de wirwar aan kabels is een trend die steeds meer vraag geniet, en er wordt ook rekening mee gehouden met het oog op gebruiksgemak en comfort. Uiteraard worden er tegenwoordig in de verlichtingssector van het Internet of Things meer communicatieprotocollen gebruikt dan alleen deze. Laten we kort ingaan op de kenmerken van deze communicatieprotocollen en hun toepassingen in de huidige verlichtingssector.
Laten we eerst eens kijken naar de gangbare draadgebonden communicatiedragers.
Bij RS485-buscommunicatie bedraagt de maximale communicatieafstand ongeveer 1219 m en de maximale overdrachtssnelheid 10 Mbps. Over het algemeen kunnen 128 of 256 knooppunten worden aangesloten, en het grootste systeem ondersteunt 400 knooppunten. Veelvoorkomende toepassingen zijn tunnelverlichting en landschapsverlichting. De communicatie bij tunnelverlichting is vaak gebaseerd op het MODBUS-protocol. Elke tunnellamp is een knooppunt van het Internet of Things. Via de multi-slave-functie die door 485 wordt ondersteund, worden alle tunnellampen parallel aangesloten op de 485-bus, die bestaat uit twee getwiste paren. Op de kabel; voor landschapsverlichting wordt dit doorgaans geïmplementeerd op basis van het DMX512-protocol. Dit protocol beschikt over krachtigere functies dan MODBUS en verwerkt complexere gegevens, waardoor complexere verlichtingsfuncties kunnen worden gerealiseerd; het is dan ook het meest geschikt voor toepassing in grootschalige landschapsverlichting. Het kenmerk van RS485 is het grote bereik, waardoor externe signaalstoringen worden vermeden en het systeem betrouwbaar is. De noodzaak om extra kabels aan te leggen brengt echter meer ongemak met zich mee bij verlichtingsrenovatieprojecten ter plaatse, en als er onderweg kabelbeschadiging of een storing in de eindapparatuur optreedt, zal de back-endapparatuur uitvallen. Daarom wordt dit soort communicatiedrager vaker gebruikt in commerciële verlichting. In woningverlichting is het vaak niet op zijn plaats en zal het op de lange termijn niet in de smaak vallen bij gebruikers.
DALI is een bekabelde communicatietechnologie die vooral op het gebied van binnenverlichting een groot marktaandeel heeft. Het systeem dat op het DALI-protocol is gebaseerd, bestaat uit gedistribueerde intelligente modules. Elke module beschikt over digitale besturings- en communicatiemogelijkheden. Adres- en verlichtingsscène-informatie wordt opgeslagen in het geheugen van elke DALI-module. De DALI-module communiceert via de DALI-bus met digitale elementen, verzendt instructies en statusinformatie en voert functies uit zoals het in- en uitschakelen van verlichting, dimregeling en systeeminstellingen. Vanuit functioneel oogpunt is het beheer, dankzij de uitgebreide mogelijkheden voor gegevensbeheer, superieur aan RS485, hoewel de bekabelingskosten hoger zijn, en is de beveiliging beter dan bij draadloze methoden.
Ethernet, een bekabelde breedbandcommunicatiedrager. Dit soort bekabelde communicatiedrager komt zonder uitzondering niet veel voor in huisverlichting. Het wordt wel veel gebruikt op het gebied van slimme buitenverlichting, waarbij met behulp van lichtmasten, videosensoren en straatverlichtingsbesturing – via bekabelde breedbanddragers – hoge snelheid en veiligheid worden bereikt. Straatverlichting en bewaking zijn belangrijke onderdelen van de stad, en de veiligheid ervan mag niet worden onderschat. Zodra informatie over straatverlichting wordt onderschept, kan deze willekeurig door hackers worden aangestuurd, waardoor alles wat afhankelijk is van verlichting, zoals het stadsvervoer, in chaos terechtkomt. Daarom wordt dit soort communicatie toegepast in gemeentelijke verlichtingssystemen. Hoewel het nog niet op grote schaal wordt toegepast, is het een manier om de toepassing te bevorderen. Ethernet is bovendien een van de oudste technologieën in de communicatiesector.
PLC (Power Line Communication) verzendt signalen via bestaande elektriciteitsleidingen, waardoor er geen extra kabels nodig zijn en het risico op schade aan de leidingen wordt vermeden. Meestal beschikken PLC-systemen ook over zelforganiserende netwerkmogelijkheden, waardoor gegevens over lange afstanden via relais kunnen worden verzonden. Dit is een relatief uitstekend communicatiemedium. Momenteel wordt dit type communicatie op grote schaal gebruikt in zowel buitenverlichting als binnenverlichting. Vanwege de standaardisatie van elektriciteitsleidingen en de volwassenheid van de Power Carrier-communicatietechnologie wordt deze methode op grote schaal toegepast in de markt. Promoot het op grote schaal. Wat ik wil zeggen is dat wanneer deze communicatiemethode wordt gebruikt bij de renovatie van buitenverlichting, de meeste verlichtingsbedrijven te maken krijgen met korte communicatieafstanden. Grote afstanden vertragen de communicatiesnelheid of verlagen het succespercentage, waardoor eigenaren van verlichtingsrenovatieprojecten in verwarring raken en het gevoel hebben dat ze geen keuze hebben.
De op één na populairste draadloze communicatiestandaard. ZigBee en Bluetooth: deze twee communicatiestandaarden kunnen samen worden besproken. Beide communicatietypen worden meestal geïmplementeerd op basis van 2,4 GHz. Ze worden gekenmerkt door ondersteuning voor netwerken. Het nadeel is dat de communicatieafstand tussen twee apparaten kort is. Dit komt doordat de 2,4 GHz-frequentieband beperkt is en er bij obstructie door obstakels gemakkelijk veel ruis ontstaat, wat leidt tot signaalverzwakking. Deze twee communicatietypen hebben echter een breed toepassingsgebied in binnenverlichting, omdat ze een laag stroomverbruik hebben, energiezuinig zijn, een hoge gegevensoverdrachtssnelheid bieden en de kans op besturingsconflicten effectief kunnen voorkomen. Naast de netwerkmethode geldt dat, als er meerdere afzonderlijke knooppunten uitvallen, andere knooppunten niet zullen uitvallen als gevolg van die storing.
NB-IoT, LoRa en Sigfox zijn de meest prominente vertegenwoordigers van LPWAN van de afgelopen jaren. In het derde kwartaal van 2017 werd gemeld dat het aantal openbare LPWA-netwerken in de experimentele fase en in commercieel gebruik was gestegen tot 198, waarbij NB-IoT de leiding nam met 69 netwerken (die 35% beslaan), gevolgd door LoRa en Sigfox. Van de verschillende low-power wide-area-netwerken is LoRa al eerder commercieel beschikbaar gekomen en is het meer open. In 2015 werd een branchealliantie opgericht en momenteel is het de meest gebruikte technologie binnen LPWAN. NB-IoT, waarvan de standaard in 2016 definitief werd vastgesteld, maakt gebruik van gelicentieerd spectrum om draadloze interferentie te voorkomen en beschikt over beveiliging en kwaliteitsborging op het niveau van telecomproviders. Daarom heeft het een groter concurrentievoordeel in scenario’s voor slimme verlichting die een hoge betrouwbaarheid vereisen, en groeit het marktaandeel het snelst. Ook Z-Wave en Sixfox worden hierdoor beïnvloed. Beide zijn draadloze communicatietechnologieën die, net als LoRa, gebaseerd zijn op Sub-1GHz. Het zijn beide LPWAN-technologieën die gebruikmaken van niet-gelicentieerd spectrum, terwijl NB-IoT een gelicentieerde communicatiemethode is; deze communicatietechnologie wordt dan ook voornamelijk in China gebruikt. Drie grote operators ondersteunen de activiteiten. Het is duidelijk dat deze niet-gelicentieerde communicatietechnologie relatief open is en een flexibele implementatiemethode biedt in de verlichtingsindustrie. Ze is onafhankelijk van andere operators. Verlichtingsbedrijven kunnen als hun eigen operationele afdelingen fungeren, en zelfs de gemeentelijke afdeling voor verlichtingsbeheer is zelf een operator.
Hoewel deze uitmuntende communicatiedragers eveneens gebaseerd zijn op draadloze radiofrequentiecommunicatietechnologie, hebben ze elk hun eigen specifieke kenmerken. LoRa is een communicatienetwerk dat is gebaseerd op LoRa-spread-spectrum-modulatietechnologie. De draadloze frequentieband die het bestrijkt, heeft goede diffractie- en reflectie-eigenschappen. In combinatie met spread spectrum-technologie is het signaal niet snel onderhevig aan interferentie en treedt er geen pakketverlies op in de lucht, waardoor het geschikt is voor gebruik buitenshuis. Verlichting is zeer nuttig in complexe steden. Het lost de problemen op die in het verleden bij stroomdragers voorkwamen. Bovendien is de beveiliging dankzij de perfecte versleutelingsmethode ook betrouwbaar. Daarom wordt de transmissie relatief weinig beïnvloed door bomen en gebouwen. Het is een opkomende technologie voor draadloze communicatie over korte afstanden op basis van radiofrequentie, die goedkoop is, weinig stroom verbruikt, zeer betrouwbaar is en geschikt is voor netwerken. De werkfrequentieband van Z-Wave ligt tussen 908,42 MHz (Verenigde Staten) en 868,42 MHz (Europa), waarbij gebruik wordt gemaakt van de FSK (BFSK/GFSK) modulatiemethode. De gegevensoverdrachtssnelheid bedraagt 9,6 kbps, het effectieve bereik van het signaal is binnenshuis 30 m en buitenshuis meer dan 100 m. In het buitenland wordt het voornamelijk gebruikt voor binnenverlichting, maar in China is het nog een zeldzame communicatiedrager.
NB-IoT kan op dit moment nog steeds als een nieuw fenomeen worden beschouwd. Hoewel het in opkomst is op het gebied van verlichting, zijn er nog veel tekortkomingen. De stabiliteit van het gehele netwerk wordt nog steeds beperkt door de stand van de technologie, waardoor het de vraag is of het wel geschikt is voor gebruik in de buitenverlichting. Het wordt op grote schaal toegepast; op het gebied van binnenverlichting is het nog moeilijker om door te breken, en de hogere kosten liggen buiten het bereik van gewone gebruikers.
Net als bij NB-IoT zijn er 2G-, 3G-, 4G- en 5G-communicatietechnologieën. Het gemeenschappelijke kenmerk hiervan is dat de IoT-structuur de tussenliggende gateway overslaat en rechtstreeks toegang krijgt tot het netwerk. Dat wil zeggen dat bij elke communicatiemethode elk knooppunt op zichzelf staat. Deze communicatietechnologieën bestaan al geruime tijd en worden gebruikt voor stabiele communicatieprestaties. Hoewel ze op het gebied van snelheid en kosten weinig voordelen bieden, valt hun stabiliteit niet te ontkennen.
Dual-mode-communicatie: het concept van dual-mode is breed, en het is niets meer dan een redundante oplossing die bestaat uit twee communicatiemodi. Dit soort communicatiedragers komt momenteel vooral voor bij commerciële buitenverlichting, en de kosten zijn onaanvaardbaar voor binnenverlichting. Tegelijkertijd is het, gezien het beperkte bereik van binnenverlichting, niet nodig om deze technologie te gebruiken. De combinatie van dual-mode bestaat doorgaans uit een mix van bekabelde en draadloze technologieën. Het is gebruikelijk om powerline-communicatietechnologie en draadloze communicatietechnologie onder de 1 GHz te combineren. Door gebruik te maken van de natuurlijke verschillen tussen de twee kanalen kan de fysieke laag worden gerealiseerd op basis van de kwaliteit van elk kanaal. Op de netwerklaag kunnen automatische omschakeling en hybride routing worden geïmplementeerd. De twee vullen elkaar aan om de tijdigheid en betrouwbaarheid van de communicatie te maximaliseren, waardoor het systeem goed functioneert in complexe stedelijke omgevingen.
Ten slotte is er de wifi-communicatiedrager. Deze communicatiedrager wordt het meest toegepast in binnenverlichting. Zoals iedereen weet, is wifi bedoeld voor mobiele apparaten om op internet te surfen, waardoor het gemakkelijk te gebruiken is voor gewone gebruikers. Voor individuele huishoudens kan wifi in principe het hele interieur bestrijken, waardoor sensoren en verlichting in combinatie met wifi-communicatie erg handig zijn. Een routerinterface maakt het centrale beheer van de verlichting in huis compleet. In combinatie met gegevensbeheer in de cloud is een dergelijke communicatie geschikt voor voordelige upgrades van de binnenverlichting. Uiteraard wordt ook de buitenverlichting geleidelijk verbeterd. Aangezien de wifi-dekking in steden zich steeds verder uitbreidt, is het heel goed mogelijk dat elk straatlantaarnknooppunt via wifi toegang krijgt.
Op basis van de hierboven genoemde verschillende communicatiedragers kunnen deze zowel in binnen- als buitenverlichting worden toegepast. Elk heeft zijn eigen voordelen. Kies de geschikte communicatiedrager op basis van de complexiteit van de omgeving en de vereiste mate van gegevensbeveiliging om een betrouwbare netwerkverbinding tussen de verlichtingsknooppunten te waarborgen.
