LoRaWAN® begrijpen voor waterbeheer

LoRaWAN® (Long Range Wide Area Network) is een communicatieprotocol dat specifiek is ontworpen voor laagvermogen, breedbandnetwerken (LPWAN's). Het werkt in het licentievrije spectrum en biedt langeafstandscommunicatie, laag stroomverbruik en veilige gegevensoverdracht, waardoor het zeer geschikt is voor toepassingen binnen het Internet of Things (IoT).  

Maar waarom is een communicatieprotocol belangrijk en hoe draagt het LoRaWAN®-protocol bij aan het verbeteren van datacommunicatie in waterbeheer? Hieronder gaan we dieper in op LoRaWAN® en het belang ervan in IoT-toepassingen.  

Om schaalbare, veilige en efficiënte communicatie te bieden, vertrouwt de LoRaWAN®-architectuur op de drie hoofdcomponenten: eindnodes, gateways en netwerkserver. Eindnodes zijn de eindapparaten of sensoren die gegevens verzamelen en doorsturen naar het netwerk, zoals watermeters.  

Gateways fungeren als brug tussen de eindapparaten en de netwerkserver. Ze ontvangen gegevens die worden verzonden door eindapparaten en sturen deze door naar de netwerkserver. Gateways gebruiken IP-gebaseerde netwerken (zoals Ethernet, Wi-Fi of mobiele telefonie) om te communiceren met de netwerkserver. De netwerkserver is het centrale component van de LoRaWAN®-architectuur die verantwoordelijk is voor het beheer van het netwerk, de verwerking van gegevens en de communicatie tussen eindnodes en toepassingen met end-to-end beveiliging.  

LoRaWAN® biedt een aantal belangrijke voordelen waardoor het de voorkeur geniet voor IoT-toepassingen, met name toepassingen die communicatie over lange afstanden, laag energieverbruik, schaalbaarheid en kosteneffectiviteit vereisen:  

• Groot bereik: LoRaWAN® kan gegevens verzenden over afstanden tot 15-30 kilometer in landelijke gebieden en 2-5 kilometer in stedelijke omgevingen. Hierdoor is het ideaal voor toepassingen die connectiviteit over grote geografische gebieden vereisen.  
• Laag energieverbruik: Apparatuur die gebruik maakt van LoRaWAN® kan tot 16 jaar op kleine batterijen werken, wat essentieel is voor lastig bereikbare locaties of afgelegen gebieden. 
• Schaalbaarheid: LoRaWAN®-netwerken kunnen tienduizenden apparaten ondersteunen, waardoor ze schaalbaar zijn voor uitgebreide IoT-implementaties. 
• Beveiliging: LoRaWAN® biedt end-to-end versleuteling voor beveiliging, waardoor de gegevensbeveiliging van het apparaat tot de netwerkserver wordt gegarandeerd.  
• Bidirectionele communicatie: LoRaWAN® ondersteunt zowel uplink (apparaat naar gateway) als downlink (gateway naar apparaat) communicatie, waardoor apparaatbesturing en firmware-updates mogelijk zijn.  

Naast deze voordelen is een andere belangrijke factor voor LoRaWAN® de grote veelzijdigheid, waardoor het een waardevolle draadloze communicatietechnologie is voor een breed scala aan scenario's. Belangrijke elementen met betrekking tot de veelzijdigheid zijn onder andere:  

• Gestandaardiseerd communicatieprotocol  
• Snelle integratie met systemen van derden  
• Goedkope en gemakkelijk beschikbare infrastructuur  
• Interoperabiliteit tussen verschillende meterfabrikaten 
• Toepasbaar in zowel obenbare als private netwerken  

Hoewel LoRaWAN® een krachtige en flexibele technologie is voor IoT-toepassingen, betekent de focus op groot bereik, laag energieverbruik en kosteneffectiviteit dat er bepaalde beperkingen zijn op andere gebieden. Mogelijke uitdagingen zijn datasnelheid, netwerkcapaciteit, latentie en interferentie, zoals hieronder beschreven. 

• Lage datasnelheden: LoRaWAN® biedt lagere datasnelheden dan andere technologieën die minder gericht zijn op lange-afstandscommunicatie tegen lage kosten. Voor toepassingen die een hoge gegevensoverdracht vereisen, is het raadzaam om een hybride oplossing met hogere bandbreedte of een mobiel netwerk te overwegen.  
• Interne interferentie: Hoewel LoRaWAN® bestand is tegen interferentie van externe apparatuur, maakt het gebruik van het spectrum zonder licentie het gevoelig voor interne interferentie binnen de eigen netwerkinfrastructuur. Als het verminderen van interferentierisico's en het waarborgen van betrouwbare communicatie een prioriteit is, verdienen technologieën zoals NB-IoT dat in het gelicentieerd spectrum werkt, de voorkeur.  
• Relatief complexe infrastructuur: Vergeleken met Wireless M-Bus vereisen LoRaWAN®-netwerken doorgaans een complexere architectuur met gateways, netwerkservers en eindapparatuur. Dit kan leiden tot extra complexiteit bij de implementatie en het beheer, vooral bij grootschalige projecten.  
• Latentie: Het ontwerp van het low-power wide-area network van LoRaWAN® betekent dat er een hogere latentie is dan bij andere IoT-technologieën, waaardoor het minder geschikt is voor toepassingen die real-time of near-time gegevenscommunicatie vereisen. Dit geldt echter ook voor dagelijkse transmissies via NB-IoT. 

LoRaWAN®-netwerken kunnen worden ingezet in verschillende IoT-toepassingen, zoals smart cities, landbouw, industriële monitoring, het volgen van activa, milieubewaking, enzovoort. Dankzij het grote bereik en het lage energieverbruik is deze communicatietechnologie uitermate geschikt voor toepassingen waarbij batterijgevoede apparatuur moeten functioneren op afgelegen locaties.  

Als we kijken naar casestudy's uit verschillende industrieën, heeft LoRaWAN® bewezen een veelzijdige en waardevolle technologie te zijn voor het verbeteren van de efficiëntie, het verlagen van de kosten en het verbeteren van de kwaliteit van diensten en producten:  

• Slimme watermeting: Een samenwerking tussen Kamstrup, Gelsenwasser AG en PHYSEC GmbH heeft geleid tot de vervanging van duizenden watermeters door LoRaWAN®-meters met TLS-encryptie voor maximale gegevensbeveiliging. Tegen het einde van 2028 zullen in totaal 180.000 van deze meters zijn geïnstalleerd. 
• Slimme landbouw: Kerlink en Sensoterra hebben een systeem voor bodemvochtmonitoring geïmplementeerd in Thorigné-Fouillard, Frankrijk, en Amsterdam. Dit heeft geleid tot verminderd waterverbruik, verhoogde gewasopbrengsten en kostenbesparingen door lagere arbeidskosten. 
• Slimme steden: In Parijs heeft de stad slimme verlichting geïmplementeerd die bijdraagt aan het ecosysteem van het stadsnetwerk, waardoor straatverlichting op afstand kan worden bewaakt en bestuurd. De resultaten zijn energiebesparingen, verbeterde onderhoudsefficiëntie en verhoogde openbare veiligheid.
• Milieubewaking: Vanwege frequente overstromingen heeft men in Maleisië monitoringsensoren geïnstalleerd langs rivieren en overstromingsgevoelige gebieden om een waarschuwingssysteem te bieden dat de impact op gemeenschappen vermindert. De resultaten waren tijdige waarschuwingen die voor een betere reactie zorgden, minder overstromingsschade en verbeterde veiligheid voor bewoners.