LoRa versus LTE M & NB-IOT

Twee veelgebruikte IoT netwerken zijn LoRa en LTE-M / NB-IOT.

Wat is LoRaWAN?

LoRa staat voor ‘Long Range’ en is een draadloos netwerk protocol, dat in de oorsprong is bedacht voor low power IoT toepassingen. Het valt onder het type “Low Power Wide Area Networks” (LPWAN). Dat zijn netwerken waarbij de kern eigenschap is dat er met zeer kleine hoeveelheden energie, over lange afstanden informatie gecommuniceerd kan worden. Ideaal dus, voor devices die op afgelegen of geïsoleerde plekken staan of waar je niets aan de installatie wilt aanpassen. Denk hierbij aan dingen als lantaarnpalen, dijken, kademuren of vuilnisbakken.

In gebruik lijkt het versturen van LoRa berichten heel erg op SMS verkeer. Zolang er niets wordt gestuurd, is de cellular module ook niet actief. Anders dan bij SMS hoeft daarnaast de cellular module geen verbinding op te zetten of te onderhouden. Zodra een bericht wordt verstuurd, wordt de cellular module actief en zendt hij op de juiste frequentie met de juiste netwerksleutels het bericht uit. Omliggende gateways vangen dit signaal dan op en verwerken het richting het internet en uiteindelijk het platform waar de sensor mee verbonden is.

Grootste voordelen van LoRa

De belangrijkste karakteristieken en voordelen zijn het extreem energiezuinige verbruik en de lange afstand die een bericht kan afleggen van device tot netwerk. Dankzij het lage energieverbruik, kunnen er sensoren worden gemaakt die op 2 AA batterijen jaren lang (3-5) ieder uur informatie kunnen versturen. Hoe lang het precies werkt, hangt van nog een aantal aspecten af. Zoals de dekking van het netwerk, de antenne van de sensor zelf en de hoeveelheid informatie die per bericht wordt verstuurd.

Een ander groot voordeel is de veiligheid van het systeem. Veel netwerken die we kennen, zoals WiFi en 4G, hebben de eigenschap dat je een directe verbinding met het internet hebt. Je kunt hiermee websites bezoeken en informatie opvragen. Het LoRa netwerk zelf, staat los van ‘het internet’. Pas als de berichten op het netwerk zijn ontvangen, wordt het via het internet doorgestuurd naar een applicatie.

Hierdoor zijn LoRa modules zelf niet kwetsbaar voor ‘typische aanvallen’ van hackers zoals een DDoS of man in the middle aanval. Binnen het LoRa protocol zijn er op diverse lagen versleutelingen toegepast, waardoor er niet kan worden meegekeken of kan worden nagedaan. Sensoren verversen zelf periodiek en veilig hun netwerksleutels, zodat er nooit een permanente kwetsbaarheid ontstaat.

Bij een professioneel aangelegd en beheerd netwerk, kan iedere module ook gelokaliseerd worden in het netwerk. Op die manier weet je dus waar je bent, zonder dat je daar een energie slurpende GPS of WiFi module voor nodig hebt. Mede daarom zijn er vrij veel trackers op LoRa verkrijgbaar.

Aanbieders van LoRa

LoRa is afhankelijk van een LoRaWAN (Wide area network). In Nederland zijn er verschillende aanbieders: het publieke netwerk van KPN, het community netwerk van The Things Network en diverse private initiatieven. Het verschil tussen deze netwerken is vaak de dekking en uptime garantie. Iedereen kan een LoRa gateway en ‘live’ zetten, dit kan onder andere omdat de radio frequentie waarop het LoRaWAN protocol werkt, niet onder een licentie valt.

Nadelen van LoRa

Uiteraard zijn er ook nadelige kanten aan het gebruik van LoRa. In Nederland zijn er twee regels in gebruik die door het Agentschap Telecom worden opgelegd en gehandhaafd. De eerste regel is dat iedere module niet te vaak radio signalen mag versturen. Dit is de zogenaamde duty cycle beperking. Daarnaast mag de intensiteit van je radiosignaal niet te sterk zijn (maximaal 20 mW).

Dan is er ook nog de hoeveelheid data. Deze is bij LoRa zeer klein, namelijk zo’n 54 Bytes. Dat is evenveel als een sms bericht met 50 tekens. Dit hoeft geen probleem te zijn, zolang je enkel wat sensor informatie of locaties wilt doorsturen. Het werkt beter als de berichten zo klein mogelijk zijn. Dan gaat het versturen sneller en kost het minder stroom.

Wat is LTE M / NB-IOT?

LTE-M / NB-IOT functioneert onder 4G en 5G. Dit ken je als de netwerken waarmee je vooral sneller kunt streamen en scrollen op je smartphone LTE, of “Long Term Evolution”, staat voor een hele reeks aan steeds sneller wordende netwerk protocollen op basis van steeds krachtigere hardware. Naast dat deze verbindingen steeds sneller worden, komen er ook verbindingen die dus heel zuinig kunnen zijn, en werken met dezelfde radiomasten, antennes en netwerken. Dit kan omdat het versturen van een klein beetje informatie snel en efficiënt kan gebeuren, zonder dat je de hele netwerkmogelijkheden ervoor nodig hebt.

Grootste voordelen van LTE-M en NB-IOT

LTE-M en NB-IOT bieden zeer goede dekking, heeft een hoge datasnelheid en kan dus energiezuinig worden ingesteld. Dit maakt het interessant voor toepassingen die op een batterij werken. Daarnaast is het ook meer kosten efficiënt vergeleken met standaard 4G hardware. Je verstuurd veelal versleutelde technische informatie, daardoor is de hoeveelheid data compact. Hierdoor blijft je dataverbruik laag: het gaat vaak over MB’s in plaats van GB’s.

Andere pluspunten zijn dat er roaming afspraken zijn met buurlanden en dat er internationaal al veel landen zijn met LTE-M of NB-IoT dekking. Afhankelijk van de keuze voor een type cellular module kan je ook een fallback hebben naar andere netwerken zoals 2G. Het voordeel hiervan is dat jouw hardware op meer locaties wereldwijd netwerk connectie kan krijgen.

Nadelen van LTE-M en NB-IOT

Ondanks dat LTE-M en NB-IOT als een energiezuinige techniek wordt gepromoot, verbruikt een device toch nog behoorlijk wat stroom zolang er een verbinding met het netwerk is en er data wordt verstuurd.

Het is zeker een keer zo zuinig als standaard 4G, maar je hebt alsnog flinke batterijen nodig als je vaak wilt sturen en langer dan 1 jaar mee wilt gaan. Het stroomverbruik is daarnaast afhankelijk van het interval waarmee je zend. Je kunt er voor kiezen om het device helemaal uit te schakelen, of om het in slaapstand te laten zeten. Het opnieuw verbinden na uitschakelen kost een bepaalde hoeveelheid stroom, maar het continue in slaap houden en periodiek wakker maken ook. Het optimum van uitschakelen en inschakelen ligt rond de één keer per dag. Wil je vaker data ontvangen dan kan je beter voor de zogeheten Power save mode gaan (de slaapstand met het periodiek wakker maken). Wil je minder dan 1 keer per dag of enkel bij een bepaalde gebeurtenis, dan kan je beter alles uitschakelen.

Een veel gehoorde wens voor IoT devices is dat ze klein, handzaam en praktisch ontworpen zijn. LTE en NB-IOT devices zijn momenteel vaak nog vrij groot in omvang, en je hebt aardig wat aanvullende componenten nodig om een volledig sensor device te maken.

Conclusie

LTE-M / NB-IOT en LoRa zijn twee totaal verschillende technieken, die een overeenkomst hebben in hoe ze worden toegepast. Beide netwerken zijn energiezuinig en draadloos, en sturen enkel sensor- en machine informatie door. De keuze kan het best gebaseerd worden op waar je jouw oplossing wilt implementeren, en eisen aan stroomverbruik.

Wanneer stroomverbruik je belangrijkste ontwerpeis is, dan moet je voor LoRaWAN gaan. Als internationaal gebruik je belangrijkste eis is, ga dan voor LTE-M of NB-IOT.

Voor meer informatie over LoRa, LTE-M en NB-IOT, kan er contact worden opgenomen via het telefoonnummer 085-0443500 of per mail naar info@thingsdata.com.