Draadloze systemen

Wij waren de eerste met draadloze communicatie, althans zo gaat het grapje:

After digging to a depth of 100 meters last year, Japanese scientists found traces of copper wire dating back 1000 years and came to the conclusion that their ancestors already had a telephone network one thousand years ago.
Not to be outdone in the weeks that followed, Chinese scientists dug 200 meters and headlines in the Chinese papers read: “Chinese scientists have found traces of 2000 year old optical fibers and have concluded that their ancestors already had advanced high-tech digital telephone 1000 years earlier than the Japanese.”
One week later, the Dutch newspapers reported the following: “After digging as deep as 800 meters, Dutch scientists have found absolutely nothing.” They have concluded that 3000 years ago, their ancestors were already using wireless technology.

Nederland is sterk in draadloze communicatie. Bluetooth is door een Nederlander bedacht (Jaap Haartsen). In Huizen is, wat we nu als Wi-Fi kennen ontwikkeld. In Delft, Den Bosch, Eindhoven en Nijmegen zitten toonaangevende bedrijven die (delen van ) chips ontwikkelen die overal ter wereld worden gebruikt. Daarnaast spelen de technische universiteiten in Delft, Eindhoven en Twente allemaal een belangrijke rol op het gebied van draadloze netwerken en hoogfrequent communicatie.

LTE
Long-Term Evolution (LTE) is een standaard voor breedband communicatie van mobiele apparaten gebaseerd op de GSM/EDGE en UMTS/HSPA technieken. De standaard wordt ontwikkeld door de 3GPP organisatie en is continu in ontwikkeling. Waar de eerste versies zich voornamelijk richten op snellere data overdracht (2G, 3G, 4G  en 5G) is er vanaf release 13 ook veel aandacht voor IoT toepassingen waar een lage data overdracht snelheid en laag energieverbruik van belang is. Voorbeelden hiervan zijn LTE Cat M1 en LTE Cat NB1. Om deze technieken toe te kunnen passen moesten ook de providers hun netwerk en abonnementen aanpassen.

LoRa / SigFox
Bij LoRa en Sigfox worden draadloze communicatie technieken zoals chirp spread spectrum (CSS) gebruikt om met heel weinig energie een lange afstand te overbruggen. Beide protocollen worden in de vrije ISM band gebruikt, gevolg is dat er slechts beperkt informatie kan worden verstuurd. Dit zorgt ervoor dat het remote updaten van software normaliter geen mogelijkheid is.

Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy (BLE) is geïntroduceerd in versie 4 van de Bluetooth specificatie. Waar Bluetooth Classic sterk is in audio en datatransport, was het zwak in het aantal apparaten dat in een netwerk gebruikt kon worden. Maar met de komst van Bluetooth Smart werd het mogelijk om veel verschillende energiezuinige “dingen” te koppelen. De Bluetooth techniek wordt steeds verder uitgebreid met op dit moment mogelijkheden voor Mesh netwerken, grotere afstanden en het bepalen uit welke richting een signaal komt.

Kenmerkend is dat Bluetooth op de licentievrije frequentieband van 2,4GHz werkt. Daar vinden we ook Zigbee en Wi-Fi apparatuur.

Wi-Fi
IEEE standaard 802.11 voor draadloos Ethernet. De naam Wi-Fi heeft geen betekenis. Het is alleen maar een naam met een zelfde soort gevoel als HiFi en gemakkelijker te hanteren dan een begrip als Wireless Local Area Network (WLAN) of IEEE802.11b.

Zigbee
Zigbee is een communicatieprotocol dat gebouwd is op de IEEE802.15.4 standaard. Zigbee is de uiteindelijke naam geworden voor wat ooit als Firefly is begonnen. Zigbee maakt het mogelijk om draadloze (sensor) netwerken te bouwen bestaande uit Full Function Devices – FFD (knooppunten en/of routers) en Reduced Function Devices – RFD (eindpunten). Zigbee heeft gestandaardiseerde profielen waardoor interoperabiliteit mogelijk wordt. Er zijn drie belangrijke segmenten waar Zigbee in actief is en dat zijn:

  • Huisautomatisering
  • Smartgrid toepassingen
  • Verlichting

IPv6LoWPAN
Waarom geen IP protocollen gebruiken voor draadloze sensor netwerken? IPv6LoWPAN ook wel 6LoWPAN staat voor Low power Wireless Personal Area Networks. Of het gemak van IP protocollen tot in een LED lamp gewenst is, is nog maar de vraag. Op dit moment zijn de meest gebruikte toepassingen te vinden in de marktgebieden:

  • Smart Home
  • Smart Agriculture
  • Industrial IoT

RFiD | NFC
Radio Frequency Identification en Near Field Communication zijn draadloze communicatietechnieken die niet alleen data maar ook energie overdragen.

De OV-kaart is een voorbeeld van een NFC toepassing. De basis van Near Field Communication (NFC) vindt zijn oorsprong in RFiD. RFiD is ooit begonnen met een op 125kHz gebaseerd elektromagnetisch voedingen- en communicatie-overdrachtssysteem. NFC is door Philips bedacht op 13.56MHz en wordt in steeds meer producten toegepast om contactloze identificatie en betaalfuncties uit te voeren. Belangrijkste is dat de tags energie uit de omgeving krijgen. Dat wordt met een spoel (magnetisch/inductie) overgedragen.

RFiD 125/134kHz veel gebruikt in industrie (bloemenveiling ea), NFC in de consument/retail/food.

Binnen de Bluetooth wereld wordt NFC gebruikt om een verbinding tot stand te brengen. De telefoon praat via NFC met het apparaat en het apparaat verbindt met Bluetooth. Veiliger en eenvoudiger: je hoeft niets te onthouden of in te typen.