Het onbereikbare bereiken met satelliet-IoT

Het is geen verrassing dat het vastleggen van gegevens in een van de moeilijkst bereikbare hoeken van de planeet is een uitdaging die elke IoT-speler graag aangaat.
(Bron:LoRa Alliance)

Bij het Internet of Things (IoT) draait alles om het verzamelen en lezen van gegevens en het vervolgens benutten van die gegevens om waardevolle inzichten te verkrijgen waarop actie kan worden ondernomen. Daarmee biedt het IoT een enorm potentieel voor ondernemingen om connectiviteit te gebruiken als de sleutel om kleine versleutelde berichten om te zetten in krachtige informatie en om de juiste beslissingen te nemen die de industriële processen, bedrijfsactiviteiten en de efficiëntie van werknemers aanzienlijk verbeteren.

Met bijna alle stedelijke gebieden in de wereld die worden gedekt door een mobiel breedbandnetwerk, had eind 2020 bijna 85% van de bevolking toegang tot een 4G-netwerk [1]. De realiteit is dat er op het platteland nog steeds hiaten bestaan. Volgens het wereldwijde technologieadviesbureau ABI Research besloegen terrestrische cellulaire netwerken in 2019 slechts 20% van het totale aardoppervlak. Dit creëert een aanzienlijke kans op uitbreiding van de connectiviteit in gebieden die niet volledig worden benut. Met een aanzienlijk deel van de massale IoT-gebruikscasussen die een wereldwijd bereik vereisen in sectoren zoals logistiek, maritiem, wagenparkbeheer, energie of milieumonitoring, is het geen verrassing dat het vastleggen van gegevens in enkele van de moeilijkst bereikbare uithoeken van de planeet een uitdaging is elke IoT-speler neemt het graag op zich.

Een oplossing om terrestrische netwerken aan te vullen, ligt in satellietgebaseerde IoT-services die satellieten gebruiken voor hun backhaul. Hoewel satellieten al meer dan een halve eeuw in verschillende soorten en maten en voor verschillende doeleinden bestaan, heeft de miniaturisering van elektronica fabrikanten en leveranciers van oplossingen nu in staat gesteld om kleine en goedkope satellieten aan te bieden die perfect geschikt zijn voor IoT met lage bandbreedte. Dit maakt goedkope sensoren met lange afstand low power communicatiemogelijkheden mogelijk om IoT-berichten van het afgelegen gebied rechtstreeks naar de satellietgateway te sturen, waardoor de noodzaak van dure nieuwe vaste stroominfrastructuur wordt omzeild.

De familie van technologieën, standaarden en slimme apparaten die dit mogelijk maken, staan ​​gezamenlijk bekend als Low Power Wide Area Networks of LPWAN. Dankzij hun snelle acceptatie in het afgelopen decennium, zal het aantal aangesloten apparaten naar verwachting groeien van 13,9 miljoen in 2017 tot 1151 miljoen in 2023 [2]. Welke LPWAN's en in het bijzonder de open standaard LoRaWAN ^® brengt aan de systeemomgeving, is kosteneffectieve flexibiliteit. LoRaWAN gebruikt een niet-gelicentieerd radiofrequentiespectrum dat voldoet aan IoT-toepassingen die een groot bereik, een lage bitsnelheid en een laag stroomverbruik vereisen met apparaten die tot 10 jaar meegaan. Plaatsen en dingen die niet kosteneffectief met een netwerk konden worden verbonden, zijn nu binnen handbereik. Met dat in gedachten zijn de toepassingen grenzeloos.

De opkomst van IoT-satellieten

Door dure installaties, hoge lanceringskosten voor satellieten en lage bandbreedtes werd lange tijd gezocht naar satelliettechnologie als laatste redmiddel. Maar er zijn dingen veranderd. De afnemende payloads en lanceringskosten van de afgelopen jaren hebben een snelgroeiend enorm satelliet-IoT-ecosysteem mogelijk gemaakt. Recente studies onthullen veelbelovende vooruitzichten, waarbij de wereldwijde satellietmarkt naar verwachting met 25% per jaar zal groeien tot $ 3,4 miljard in 2022 [3]. ABI Research heeft aangekondigd dat er in 2024 24 miljoen IoT-verbindingen via satelliet zullen zijn.

In combinatie met verbeterde economie en technologische vooruitgang in zowel de satellietcapaciteit als op het grondsegment, heeft de opkomst van nieuwe technologieën en de steeds grotere mogelijkheden van satellietnetwerken satellietbackhaul tot een aantrekkelijk voorstel gemaakt over de hele wereld en in veel verschillende toepassingen die vereisen datanetwerken met een hoge doorvoer. En dit is een goede zaak. Elke implementatie van een netwerk in afgelegen gebieden, of het nu een veeboerderij in centraal Australië, een kokende woestijn in Mexico of het Russische Oeralgebergte is, vormt niet alleen een aanzienlijke logistieke en kostbare uitdaging, er zijn ook risico's voor de menselijke veiligheid mee gemoeid. Gevaarlijke omgevingen kunnen een bedreiging vormen voor degene die de infrastructuur bouwt en onderhoudt. Satelliettechnologie vermindert deze risico's aanzienlijk.

Naast deze onverschilligheid voor onherbergzame gronden en omgevingsbeperkingen, zijn satellieten gemakkelijk en veilig in te zetten, bieden ze een consistente betrouwbaarheid van de dienstverlening en kunnen ze bestaande cellulaire en niet-cellulaire technologieën ondersteunen. Satelliet- en terrestrische netwerken beschikken beide over vergelijkbare capaciteiten en stroomverbruik van apparaten, en hebben een unieke kans om samen te werken via roaming, waardoor alomtegenwoordige dekking te allen tijde wordt gegarandeerd.

LoRaWAN en satelliet:de kosten-batenvergelijking wijzigen

Om een ​​satelliet waardevolle informatie te laten ontvangen, moet hij communiceren met een sensor. Dit is waar LoRaWAN in de vergelijking komt. Hoewel LoRaWAN IoT-terrestrische netwerken massaal zijn uitgerold in meer dan 165 landen, is er een enorm economisch rendement op de investering te behalen in afgelegen, niet-verbonden regio's waar satellietdiensten mogelijk effectiever zijn dan een particulier LoRaWAN-netwerk. LoRaWAN kan een grote hoeveelheid gegevens verkrijgen in een verscheidenheid aan uitdagende grootschalige industriële activiteiten zoals waterbouwkunde, aardbevingsmonitoring en irrigatieprestaties door eenvoudig kleine, goedkope sensoren in te schakelen die een verbinding met de satelliet tot stand brengen. Een voorbeeld is slimme remote flow monitoring voor waterkrachtcentrales. Door continue bewaking en realtime gegevens op afstand, wordt handmatige gegevensverzameling onderweg geëlimineerd, wat tijd en geld bespaart en de veiligheidsrisico's voor het personeel aanzienlijk vermindert. Vergeleken met de periodieke handmatige gegevensverzameling, vermindert deze oplossing de rijtijd met 80%.

Het eerder genoemde lage stroomverbruik van LoRaWAN-compatibele apparaten zorgt ervoor dat batterijen tot 10 jaar meegaan zonder onderhoud of menselijke tussenkomst om ze te vervangen. Hoe werkt dit? In het geval van vrachtcontainers die grote afstanden afleggen, waarvan een groot deel volledig buiten elk connectiviteitsbereik ligt, zouden bestaande oplossingen energieverslindende protocollen zoals GPS omvatten. Dankzij de verbinding met een satelliet blijven schepen en hun containers altijd in contact met het netwerk en kunnen ze realtime gegevens rapporteren. Omdat een LoRaWAN-apparaat alleen actief is wanneer dat nodig is, kunnen datapakketten met specifieke intervallen worden verzonden. Apparaten hoeven dus niet regelmatig te worden opgeladen. Dit is een zeer kostenbesparende techniek, aangezien de kosten van het opladen van de tracker na elke rit van een typische zeecontainer veel hoger zijn dan de kosten van het trackingapparaat of de connectiviteitskosten zelf.

Hoewel er veel vooruitgang is geboekt bij het dichten van de wereldwijde connectiviteitskloof, is er nog werk aan de winkel om toegang te krijgen tot de miljoenen mensen en bedrijven die er nog steeds zonder leven. Wat zeker is, is dat satelliettechnologie een game changer zal zijn voor hele industrieën, en een revolutie teweeg zal brengen in de manier waarop bedrijven toegang krijgen tot en gebruik maken van gegevens van activa, ongeacht waar ze zijn ingezet, vast zijn of onderweg zijn. Veel applicaties zijn nu al beschikbaar en zullen de komende jaren verder worden gebouwd, waardoor we een stap dichter bij een duurzame planeet komen waar lokale economieën en gemeenschappen worden geholpen door betrouwbare gegevensoverdracht naar voorstedelijke, landelijke en afgelegen gebieden.

Het antwoord op echt wereldwijde IoT-connectiviteit is om iets hoger te reiken voor de sterren.

Referenties:

1. Ontwikkelingssector Internationale Telecommunicatie-Unie; Digitale ontwikkeling meten Feiten en cijfers , 2020.
2. Markt voor structurele gezondheidsmonitoring per oplossingen (hardware:sensoren, data-acquisitiesysteem; software en services), technologie (bedraad en draadloos), eindgebruikers en geografie – wereldwijde voorspelling tot 2022 (samenvatting hier beschikbaar).
3. IoT-analyse. LPWAN Marktrapport 2018-2023. Marktomvang en vooruitzichten.