Sigfox, LoRa – Onafhankelijke radionetwerken voor gegevensuitwisseling? Dit zit erachter!

Wanneer er wordt gesproken over overdrachtstechnologieën in het Internet of Things, vallen naast LTE-M en NB-IoT vaak ook de termen SigFox en LoRa. Beide LPWAN-technologieën zijn niet nieuw, maar anders dan de andere.

Vooral op één cruciaal punt onderscheiden ze zich van de concurrentie: ze maken gebruik van het niet-vergunde frequentiespectrum. Dat heeft voor- en nadelen.

IoT, LoRa, SigFox: definities en eigenschappen

Wat betekent IoT?

Van het internet der dingen spreekt men wanneer apparaten of machines zodanig met elkaar zijn verbonden dat ze gegevens uitwisselen en deels op basis van deze gegevens acties uitvoeren. Een bekend voorbeeld hiervan zijn smart-home-technologieën. Zo meet bijvoorbeeld een sensor de temperatuur en stuurt de meetgegevens naar een thermostaat. Deze regelt, afhankelijk van de informatie die hij ontvangt, de verwarming hoger of lager.

Een stap verder gaat de zogenoemde Smart City, waarin bijvoorbeeld straatlantaarns op afstand kunnen worden aangestuurd. In de industrie worden machines met elkaar verbonden om productieprocessen te optimaliseren. Ook het tracken van mobiele objecten met behulp van GPS valt onder IoT respectievelijk M2M (Machine2Machine). Nu al speelt dat Internet der dingen een belangrijke rol in veel moderne samenlevingen. In de toekomst zal het belang ervan waarschijnlijk nog toenemen.

Om deze gegevensuitwisseling te laten functioneren, is naast componenten zoals sensoren, devices en servers ook een overdrachtstechnologie nodig. Om precies te zijn gaat het om meerdere.

Overdrachtstechnologieën voor IoT-toepassingen – wat SigFox en Lora gemeen hebben

SigFox en LoRa zijn transmissietechnologieën die in het Internet of Things worden gebruikt om apparaten te verbinden en gegevens te verzenden. Ze worden vaak in één adem genoemd, omdat ze veel gemeen hebben.

• Beide behoren tot de Low Power Wide Area Networks (LPWAN). Dat betekent dat ze een laag energieverbruik en een groot bereik hebben, maar slechts kleine hoeveelheden data kunnen verzenden. Daarmee onderscheiden ze zich van Bluetooth, EnOcean of WLAN, die vooral in de smart-home-sector worden gebruikt om verlichting, verwarmingen of entertainmentproducten over korte afstanden te verbinden.
• Daarnaast maken LoRa en Sigfox gebruik van vrije frequentiebanden. Hiervoor zijn geen licentiekosten en geen roamingkosten verschuldigd. Dat betekent niet dat het gebruik altijd gratis is, afhankelijk van wie de benodigde infrastructuur ter beschikking stelt. Maar in de regel is het voordelig.

Naast deze overeenkomsten zijn er enkele verschillen.

Wijdverbreid en veelzijdig – Wat is SigFox?

Achter SigFox staat het gelijknamige Franse bedrijf, dat in 2009 werd opgericht. Het vermarkt zijn „0G-netwerk“ trots als „the world largest IoT network“. Om een hoge dekking te bereiken, werkt SigFox samen met lokale netwerkoperators in verschillende landen, en dat zeer succesvol. Volgens eigen opgave bereikt de standaard in Duitsland een dekking van 90 procent en is hij in 72 landen beschikbaar. Enkele grote bedrijven zetten de technologie bijvoorbeeld in voor het tracken van goederen.

Een voordeel daarbij: omdat er geen frequentiekosten zijn, zijn de operationele kosten zeer laag. SigFox beperkt de gegevensoverdracht echter tot 140 transmissies per dag en 12 byte per bericht. Bovendien moeten klanten nieuwe hardware aanschaffen als ze van aanbieder wisselen. Tot slot zijn er nog andere potentiële nadelen, waarop we afzonderlijk ingaan.

Onafhankelijke netwerken voor gegevensuitwisseling – Wat is LoRa?

LoRa is een acroniem voor “Long Range”. De technologie is ontwikkeld door Semtech uit Californië en wordt verspreid door de LoRa Alliance, een non-profitorganisatie die inmiddels uit ongeveer 500 bedrijven bestaat.

Net als SigFox richt LoRaWan zich op gebruikers die apparaten over grote afstanden willen verbinden en kleine datapakketten willen verzenden. In dit geval moeten zij echter een eigen infrastructuur opzetten of samenwerken met lokale aanbieders. Daarom wordt de standaard bij voorkeur toegepast in geografisch begrensde gebieden.

Een mogelijk voordeel van LoRa is een hoge gegevensbeveiliging. Met een eigen LoRaWan-netwerk kun je ervoor zorgen dat kritische gegevens niet naar buiten komen. Je hebt een gesloten systeem. Als je je infrastructuur volledig zelf opbouwt, hoef je ook niets te betalen voor de exploitatie.

Interessant om te weten: In verband met LoRaWan valt vaak de term „open“. Helemaal correct is dat niet, want voor zo’n netwerk heb je de bijbehorende chip van „Semtech“ nodig. Je bent dus ook met LoRaWan afhankelijk van één leverancier. Daar komt nog de afhankelijkheid van specifieke hardware bij. Die is bij transmissietechnologieën die het ongelicentieerde frequentiespectrum gebruiken, doorgaans sterker uitgesproken.

Voor deze toepassingen zijn Sigfox en LoRa geschikt

Of het nu NB-IoT, SigFox, LoRa of LTE-M is, elke LPWAN-radiostandaard is geschikt voor andere toepassingen.

Toepassingen voor SigFox

SigFox is een zeer veelzijdige technologie. Ze wordt onder andere toegepast in de volgende gebieden:

• Smart City: Met behulp van een combinatie van SigFox en sensoren kunnen meetwaarden, bijvoorbeeld voor luchtvochtigheid of temperatuur, worden verzameld en kunnen waterinstallaties op afstand worden bewaakt.
• Nut: Nutsbedrijven zetten steeds vaker in op zogenoemde smart metering. Dat betekent dat meters verbruiksgegevens rechtstreeks naar de leverancier verzenden. Het tijdrovende uitlezen komt te vervallen. In dit segment scoort SigFox met hoge veiligheidsnormen en een goede gebouwpenetratie. Uiteindelijk mogen gegevens over het stroomverbruik niet zomaar in ieders handen vallen en staan meters bovendien vaak in de kelder.
• Smart Farming: Ook in de moderne landbouw worden sensoren en draadloze standaarden gebruikt om gegevens te meten en te verzenden. Het gaat hierbij bijvoorbeeld om gegevens over bodemvocht of temperatuur. Op basis van deze gegevens kunnen landbouwers werkprocessen optimaliseren, kosten verlagen en het gebruik van meststoffen verminderen. In dit verband spreekt men van Smart Farming.
• Tracking: Tot slot zetten bedrijven SigFox in voor het tracken van goederen of koffers. De standaard is in dit verband echter alleen een goede keuze als aan enkele voorwaarden wordt voldaan. Zo maakt SigFox geen realtime tracking mogelijk.

Toepassingen voor LoRa

Ook een LoRaWan-netwerk is geschikt voor smartcity-toepassingen, bijvoorbeeld voor

• Vulgraadmetingen van afvalbakken
• Meting van CO₂-Salaris, temperatuur en luchtvochtigheid
• Gebruik van parkeersensoren voor het zoeken naar een parkeerplaats

Binnen grote gebouwen vormt de technologie bijvoorbeeld een aanvulling op wifi. Als Low Power Wide Area Network beschikt ze namelijk over het vereiste bereik om data van de kelder tot en met de 10e verdieping en weer terug te transporteren.

Daarnaast scoort ze met een goede gebouwpenetratie. Dat betekent dat ze zich op de weg tussen de kelder en de 10e verdieping niet laat storen door dikke muren. Daarom is een LoRaWan-netwerk ook geschikt als je data in een industriehal wilt transporteren.

Wil je meer weten over waar de technologie met succes wordt ingezet? Use Cases voor LoRaWan vind je op de Website van de LoRa Alliance.

Belangrijk: Het gebruik van vrije frequenties bij datatransmissie biedt weliswaar kostenvoordelen. Het is echter wettelijk voorgeschreven dat geen enkel device meer dan 1% van de frequentieband mag belasten. Daarom zijn standaarden die het niet-gelicentieerde frequentiespectrum gebruiken niet geschikt voor noodoproeptechnologieën.

Samenvatting

Je ziet dat er wat betreft use cases veel overlap is tussen SigFox en LoRa. Toch verschillen beide op essentiële punten.

Wat Sigfox LoRa voor heeft, is vooral dat het voortbouwt op bestaande infrastructuur. Dat kan echter ook een nadeel zijn. Vooral wanneer bedrijven of organisaties zeer gevoelige gegevens verzenden, biedt een gesloten LoRaWan-netwerk voordelen.

NB-IoT, LTE-M: Vergelijking met andere technologieën

Naast LoRa en SigFox zetten twee nieuwe LPWAN-standaarden in het Internet of Things de toon: Narrowband-IoT en LTE-M. Beide maken gebruik van het gelicentieerde frequentiespectrum en beide kenmerken zich door een hoge netwerkdekking. Grote technologiebedrijven in de markt stimuleren hun uitrol doelgericht.

SigFox en LoRa vergeleken met NB-IoT

NB-IoT ofwel Narrowband-IoT werd ontwikkeld door het 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Dit is een samenwerking van standaardisatieorganisaties wereldwijd. Net als SigFox en Lora werd de standaard als LPWAN speciaal voor IoT in het leven geroepen.

Tot de belangrijkste kenmerken van NB-IoT behoren de volgende:

• Groot bereik
• Lage bandbreedte
• Laag energieverbruik
• Hoge gebouwpenetratie, ook zonder extra apparaten zoals een speciale gateway

Komt dit je bekend voor? NB-IoT lijkt in veel opzichten inderdaad op SigFox. Ook deze standaard wordt graag gebruikt voor smart city-netwerken, het uitlezen van vulniveaus of voor mobiele toepassingen.

De belangrijkste verschillen tussen LoRa, SigFox en NB-IoT zijn als volgt:

• Omdat NB-IoT op het LTE-netwerk is gebaseerd, scoort het met een uitstekende netwerkdekking. Dat geldt ook in het buitenland. Als Narrowband-IoT in een regio niet beschikbaar is, kunnen veel modules als alternatief terugvallen op 2G/3G- of LTE-M-mobiele netwerken. Roaming met LoRaWan-netwerken is daarentegen erg moeilijk, met SigFox beperkt mogelijk.
• De transmissiekwaliteit profiteert er ook van dat NB-IoT gebruikmaakt van gelicentieerde netwerken.
• NB-IoT heeft een betere gebouwpenetratie dan Sigfox en LoRa.
• Het energieverbruik van Narrowband-IoT is zeer laag.

NB-IoT is ontworpen voor kleine hoeveelheden data. Deze zijn echter groot genoeg om bijvoorbeeld firmware-updates op een module uit te voeren.

SigFox en LoRa vergeleken met LTE-M

LTE-M is een Low Power Wide Area-netwerk dat eveneens op het LTE-netwerk is gebaseerd.

Het wordt gekenmerkt door de volgende eigenschappen:

• groot bereik
• goede gebouwpenetratie
• laag energieverbruik
• lage latentie
• maakt ook de overdracht van middelgrote datapakketten mogelijk

In een directe vergelijking biedt LTE-M vergelijkbare voordelen ten opzichte van SigFox en LoRa als NB-IoT. Daar komt nog een aspect bij: als enige van de tot nu toe genoemde technologieën is het geschikt voor realtime tracking van mobiele objecten. Dat komt door twee eigenschappen:

• Lage latentie: Echt-time en hoge latenties sluiten elkaar uit. Met LTE-M is het mogelijk vast te leggen waar een apparaat zich op een bepaald moment bevindt. Als je SigFox of NB-IoT gebruikt, moet je rekening houden met vertragingen.
• Handover: De zogenoemde handover treedt in werking wanneer verbonden apparaten van de ene mobiele cel naar de andere overschakelen. LTE-M houdt in dat geval de verbinding in stand. Bij andere technologieën moeten apparaten zich telkens opnieuw aanmelden, wat op zijn beurt voor vertragingen zorgt.

Dankzij deze eigenschappen wordt LTE-M graag ingezet voor mobiele toepassingen, bijvoorbeeld voor het volgen van de toeleveringsketen. Daarnaast zijn met LTE-M spraakoverdracht mogelijk. Daarom is de standaard geschikt voor noodoproepsystemen, bijvoorbeeld in liften.

Enig nadeel op dit moment: de netwerkdekking van LTE-M en ook van NB-IoT is nog niet vergelijkbaar met de oudere, verder uitgerolde G2-technologie. Vooral in landelijke gebieden moeten gebruikers rekening houden met hiaten, die zich negatief kunnen laten merken bij het tracken.

Zijn SigFox en LoRa geschikt voor e-bike-tracking?

SigFox en LoRa, respectievelijk LoRaWan, hebben hun bestaansrecht en kunnen, afhankelijk van de toepassing, een echt alternatief zijn voor andere standaarden. Vooral LoRaWan wordt door veel aanbieders op de markt minder als concurrentie dan als aanvulling op standaarden met gelicentieerde frequentiebanden gezien.

Maar hoe zit het met tracking voor diefstalbeveiliging? Hiervoor zijn beide vanwege de volgende nadelen slechts beperkt geschikt:

Dat betekent: SigFox- en LoRaWan-netwerken kunnen worden ingezet om mobiele devices te tracken, maar alleen als een naadloze realtime overdracht niet doorslaggevend is. Als je klanten op regelmatige tijdstippen wilt laten weten waar bijvoorbeeld hun koffer zich bevindt, kan SigFox een alternatief zijn. Wil je hun de mogelijkheid geven om een gestolen fiets of e-bike op te sporen, dan is deze oplossing niet optimaal.

Toch zijn er aanbieders die SigFox of LoRaWan inzetten voor diefstalbeveiliging. Wij raden je zo’n systeem af. Er is namelijk een alternatief dat je betrouwbaar laat weten waar je voertuig zich op dit moment bevindt.

2G-technologie: nog steeds de beste standaard voor GPS-tracking als diefstalbeveiliging

Als noch SigFox noch LoRa of LoRaWan geschikt zijn voor GPS-tracking van e-bikes, wat is dan de juiste oplossing?

Op dit moment is het een technologie waar we het nog niet over hebben gehad: 2G. Deze standaard is een echte “oldie”. Hij bestaat immers al sinds de jaren 90. Daardoor loopt hij qua netwerkdekking (nog) voor op alle andere draadloze technologieën in het IoT-domein. Dat je met 2G slechts zeer kleine datapakketten kunt verzenden, speelt voor GPS-tracking van voertuigen geen grote rol.

Daarom zet PowUnity met hun GPS-Tracker GPS-tracker voor e-bikes op 2G – voor veiligheid en realtime tracking zonder compromissen en diefstalbeveiliging zonder hiaten.

Conclusie – LoRa en Sigfox

Uiteindelijk is het in 2021 moeilijk te voorspellen welke rol LoRa van Semtex en SigFox in de toekomst zullen spelen binnen het internet der dingen.

Beide hebben voordelen, van lage kosten tot de mogelijkheid om een eigen netwerk voor (kritische) data op te zetten. Beide worden met succes gebruikt voor uiteenlopende IoT-toepassingen, van smart cities tot tracking in de logistieke sector en connectiviteit in de landbouw. In sommige gevallen vullen ze andere Low Power Wide Area Networks aan met hun specifieke eigenschappen. Ook heeft elke standaard zijn eigen lobby, zoals bijvoorbeeld de LoRa Alliance, en zijn eigen fans.

Er zijn echter zonder twijfel aanzienlijke nadelen in vergelijking met LPWAN-concurrenten zoals NB-IoT of LTE-M. Daartoe behoort dat de netwerkdekking beperkt is, de overdracht deels storingsgevoelig is en de hardware bij een wisseling van aanbieder doorgaans moet worden vervangen.

Voor het tracken van e-bikes als diefstalbeveiliging komen noch SigFox noch LoRa in aanmerking. Juist in dit segment zijn factoren zoals een hoge netwerkdekking, realtime tracking en lage latentie doorslaggevend – tenminste als je bij het terugvinden geen compromissen wilt sluiten. Of dat ooit verandert, is maar de vraag.