Smart connectivity: 5G of wifi6?

Het zijn twee technieken die voor smart connectivity belangrijk zijn: 5G en wifi6. Sinds kort is 5G in Nederland beschikbaar. Maar het lijkt alsof wifi met wifi6, 5G voorbij is gestreefd. Is dat zo? En wat zijn de recentste ontwikkelingen als je het hebt over smart connectivity?

5G of wifi6: het lijkt op de discussie tussen radio en televisie: toen televisie in opkomst kwam, werd gedacht dat dit het einde was van radio. Maar ondanks alles is radio vandaag de dag nog altijd populair en is televisie in deze coronatijd helemaal opgeleefd. De discussie tussen wifi en mobiele technologie is begonnen in de tijd van 3G. 3G zou twee Mbit/s gaan leveren, in een tijd dat de snelste ADSL-verbindingen thuis slechts 512 kbit/s leverden. Wifi zou daar met een bruto snelheid van 11 Mbit/s (802.11b) ver over heengaan. In werkelijkheid leverde 3G in het begin maar 384 kbit/s en waren wifi-hotspots aangesloten op 256 kbit/s huurlijnen, een dataverbinding die je met steeds meer mensen moest delen.

Datagebruik stijgt snel

De hoeveelheid data die we versturen, blijft elk jaar met 50 tot 100 procent groeien. De afgelopen periode is door het massale thuiswerken de hoeveelheid data met ongeveer 20 procent in één maand gegroeid. Het grootste deel daarvan is over wifi en 4G verstuurd, vervolgens over glasvezelverbindingen naar datacenters en applicatieservers. Vooral videoconferencing en thuisonderwijs heeft voor een enorme belasting van de infrastructuur gezorgd. Iedereen die van plan was om de wifi thuis nog een keer te upgraden, heeft dat waarschijnlijk gelijk in de eerste week proberen te doen.

Wifi & brutosnelheid

Qua datasnelheid heeft de wifi-technologie enorme stappen genomen: van enkele Mbit/s met 802.11b tot meer dan een Gbit/s. De wifi-leveranciers hebben altijd marketing bedreven op basis van brutosnelheden door de lucht. Daarbij is nooit rekening gehouden met protocol en signalering-overhead. De werkelijke snelheid van wifi-verbindingen ligt meestal lager dan 40 procent van de brutosnelheden. Vooral bij veel gebruikers stort de datasnelheid in vanwege protocol-overhead.

Aloha-protocol

Wifi6 maakt gebruik van OFDMA-radiotechnologie, dat ook in 4G en 5G wordt gebruikt. Ook maakt wifi6 gebruik van scheduling: het netwerk wordt bestuurd wie mag zenden en wie ontvangen. Alle wifi-versies hiervoor zijn ongepland: iedereen mag meedoen, zolang je een ander maar niet stoort. Er moet dus altijd ruimte gelaten worden om iemand te laten zenden. Er wordt dan gebruikt gemaakt van het Aloha-protocol (inderdaad, op Hawaï ontwikkeld). Het maximum van de tijd dat gezonden kan worden, ligt daarbij bij ongeveer 37 procent. Er moet namelijk altijd plek zijn voor een ander. Op zich is dat een geweldig principe, maar het is één van de redenen dat er in wifi een groot verschil is tussen de bruto geadverteerde snelheid en de werkelijke snelheid voor de gebruiker. Door verkeer te plannen, kan de datadoorvoer toenemen tot bijna 100 procent van de tijd. Mobiele netwerken zoals 3G, 4G en 5G hebben dit altijd al gedaan.

Backwards compatible

Een groot voordeel van wifi is het feit dat het altijd backwards compatible is gebleven. Printers, streaming devices, thermostaten, elk apparaat waar een wifi chip in zit kan in principe op elk netwerk een verbinding maken. Bij een upgrade van het netwerk hoeft dan niet gelijk ieder device vervangen te worden. Daarnaast zal een nieuw device ook altijd werken op oude netwerken. Helaas zijn de eerste wifi-standaarden zeer veel trager dan modern verkeer, een beetje als een paard en wagen op een doorgaande weg. Daardoor kunnen netwerken veel trager worden dan gewenst. Op Schiphol zijn devices met oude wifi chips niet meer welkom op het netwerk, om te voorkomen dat de snelheid te veel naar beneden wordt getrokken. Bij wifi6E is dit anders, daar wordt een nieuwe frequentieband toegepast. Alleen moderne netwerken en moderne devices kunnen samenwerken. Wifi6 zit bijvoorbeeld al in Apple iPhone 11, Samsung Galaxy S10 en S20-toestellen. Wifi6E-apparaten worden pas vanaf 2021 verwacht.

5G & Dynamic Spectrum Sharing

Dynamic Spectrum Sharing is onderdeel van de nieuwe 5G-standaard. Daarmee kan op een 4G-frequenties ook dynamisch 5G worden toegepast. De 5G-snelheid is niet veel hoger dan wat met 4G kan worden bereikt, maar het zorgt wel voor een gemakkelijke migratie naar 5G. VodafoneZiggo gebruikt dit nu op 1800 MHz. Door een slim technisch ontwerp heeft VodafoneZiggo hiermee heel eenvoudig als eerste 5G landelijke dekking kunnen lanceren.

(Mobiel) bereik 5G & wifi

Eén van de nadelen van 5G is het beperkte bereik binnenshuis. Capaciteit in 5G wordt verwacht op de 3500 MHz band, die vooral in stedelijke gebieden zal worden gebruikt. Deze band heeft echter een korter bereik en komt daarnaast veel moeilijker door ramen en muren. Terwijl we het grootste deel van de tijd binnenshuis verbinding nodig hebben. Wifi biedt indoor natuurlijk voordelen, maar heeft traditioneel problemen met mobiliteit. Met moderne apparatuur en controllers is wifi wel in staat om goed van de ene zender naar de andere te gaan. Thuis is het echter een ander verhaal, wat je als gebruiker snel merkt door als je tijdens een Teams-sessie naar boven loopt.

Niet óf, maar én

Wifi-netwerken zijn een cruciaal onderdeel van moderne IT-infrastructuren. We werken steeds meer met Teams, videoconferenties, Office365 en andere apps uit de cloud. Connectiviteit wordt almaar belangrijker. De hoeveelheid data die door wifi-netwerken wordt getransporteerd, zijn voor mobiele netwerken heel moeilijk af te handelen. Voor laptops op kantoor (stationaire gebruikers) blijft nu en in de toekomst wifi de beste oplossing. Bij gebruikers die veel bewegen zijn mobiele netwerken meestal de betere oplossing. Over roaming tussen wifi en 5G wordt wel nagedacht, maar dat is voor veel mobiele operators op dit moment geen prioriteit. Beide netwerken zullen nog heel lang naast elkaar blijven bestaan.

Private netwerken

Hoe kun je als bedrijf een oplossing vinden voor de lokale communicatie? Een alternatief voor wifi en 5G zijn netwerken op gelicenseerde frequenties zoals private 4G- of 5G-netwerken. Private 4G-netwerken wordt in Nederland nog niet heel veel toegepast, maar meestal wel als missie kritisch netwerk. Private netwerken vragen om specifieke expertise. Deze expertise is bijvoorbeeld aanwezig bij mobiele operators. Het gebeurt daarom regelmatig dat operators gevraagd worden om een privaat netwerk te bouwen en te onderhouden. De Nederlandse operators hebben liever gebruikers op hun publiek netwerk en bouwen geen private netwerken.

Publieke netwerken hebben een beschikbaarheidspercentage van ongeveer 99,9 procent. Bedrijven verwachten van de mobiele verbinding vaak een percentage van 99,999 procent (de beroemde vijf negens). Het verschil daartussen is erg groot en vergt veel additionele investeringen in onder andere redundantie. Bij een eigen netwerk kun je wel besluiten om op allerlei niveaus de benodigde redundantie aan te leggen en service levels af te stemmen. Op dit moment zijn er helaas nog maar een paar partijen die echt een missiekritisch netwerk kunnen leveren. Toch is de gewenste controle en betrouwbaarheid de reden om een eigen netwerk te bouwen. De ervaring leert dat een netwerk met meer dan tien zenders en een paar honderd gebruikers al heel snel een project is van een of meerdere tonnen, sterk afhankelijk van de gekozen oplossing. Wifi-netwerken zitten door de hoeveelheid zenders en apparatuur overigens op vergelijkbare bedragen. Goede private netwerken vergen inzet van een behoorlijk projectteam en vergen tijd, geld en mensen. Niet alleen bij de bouw, maar ook bij de dagelijkse operatie en het onderhoud.

Duitse autofabrikant bouwt met 5G-netwerk

In de rustige, moderne fabriekshal van autofabrikant e.Go in het Duitse Aachen zijn sinds een jaar tientallen productiemedewerkers de nieuwste elektrische stadsauto e.Go life  aan het assembleren. Het is mensenwerk: hier zie je geen zwiepende, watervlugge robotarmen. En elk stuk gereedschap, tot en met de laatste schroevendraaier, is verbonden met een lokaal 5G-netwerk. De platte karretjes waarop de auto’s van station naar station worden gebracht, rijden zelfstandig, ook via 5G op de bandbreedte van 3,5 GHz. En ook de levering van onderdelen aan elk specifiek voertuig tijdens de assemblage en de autonome eindcontrole van de auto’s verloopt via het netwerk. In de toekomst zullen ook autonome vorkheftrucks en kleine treinen worden gebruikt om materiaal tussen magazijnen en de productiehal te vervoeren. “Om de karren autonoom te laten rijden, heb je een netwerk nodig dat altijd draait”, zegt e.Go vice-president Ernest Debets over de voordelen van 5G. “Je moet veel zekerheid hebben.

Een onderbreking van twee seconden is genoeg om een ongeluk te laten plaatsvinden. Daarnaast hebben we de bandbreedte van 5G nodig om continu onze systemen geüpdatet te houden.”

Ericsson over de kansen van 5G

Peter Goeijers (Ericsson) is ervan overtuigd dat 5G een boost gaat geven aan Internet of Things. “Steeds meer bedrijfsprocessen worden geautomatiseerd Covid-19 heeft ons geleerd dat we te afhankelijk zijn geworden van productie in bijvoorbeeld Azië. Hierdoor zal 5G een belangrijke rol kunnen spelen voor flexibele lokale productie bedrijven.” Ook bij missiekritische bedrijven is het reëel dat 5G belangrijk wordt. Goeijers: “Gezien de huidige problemen met C2000 is te verwachten dat 5G een grote rol in de zwaailicht sector gaat spelen.”

De introductie van 5G gaat in Nederland wat trager dan in bijvoorbeeld Duitsland. Goeijers: “Daar is de licentieveiling afgerond. In de industrie zie daar veel initiatieven ontstaan. BMW, Audi, Daimler als voorbeeld staan voor de opgave om de automobieltransitie (elektrische auto’s) in te gaan. Nieuwe en meer flexibele productie-omgevingen gaan hierbij een grote rol spelen.

Op het gebied van kas- en tuinbouw is Nederland één van de grootste van de wereld. Onze tomaten worden overal naar toe geëxporteerd. Goeijers: Het is steeds lastiger gekwalificeerd personeel te vinden (seizoensarbeiders). Deze sector ontkomt er niet aan om te innoveren. Robots met daarop HD-camera’s gaan door de kas rijden. Dan is een snelle en betrouwbare draadloze verbinding nodig. Alle data zal met behulp van AI artificial intelligence en machine learning geanalyseerd moet worden. Pas dan weet de teler of zijn kas gezond is en kan eventueel actie ondernemen.

Voor meer info kun je terecht op de Ericsson.com en rechtstreeks: www.ericsson.com/en/5g/5g-for-business

Schiphol met eigen LoRa-netwerk

Schiphol heeft haar eigen IoT-netwerk dit voorjaar uitgerold op de luchthaven. Het netwerk biedt dekking in alle publieke gebieden zoals aankomst- en vertrekhallen, lounges, pieren en Schiphol Plaza en in niet-publieke gebieden zoals de bagagekelders en de platformen. Door het grotere bereik en het lagere stroomverbruik ten opzichte van wifi, is het netwerk uitermate geschikt om slimme sensoren te ontsluiten en data over lange afstanden te versturen. De informatie van deze sensoren geeft Schiphol realtime inzichten en is tevens aangelegd voor andere organisaties die op Schiphol met Internet of Things aan de slag willen. MCS heeft Schiphol geadviseerd en begeleid bij het uitrollen van dit eigen private LoRa-netwerk op de hele luchthaven. De eerste toepassing is de mogelijkheid voor de reiziger om realtime feedback te geven over hun ervaring met de toiletfaciliteiten. In de eerste maand kwamen er ruim 550.000 reacties binnen. Op basis van de realtime-informatie kunnen schoonmaakpartijen proactief op verstoringen of vervuiling acteren.

Smart connectivity-expert Arcadis

Martin Standaart, senior consultant bij Arcadis, is dagelijks betrokken bij tal van smart connectivity-projecten. De komst van 5G zal volgens hem een verdere verwevenheid gaan vormen tussen zakelijk- en privégebruik. En veel hangt af van welke nieuwe applicaties er beschikbaar komen. Standaart: “Zit daar ook weer een killer app tussen als sms of messaging-diensten als Whatsapp.”

Standaart verwacht dat het begin nog niet te veel zal veranderen voor de zakelijke markt.

“Videobellen en collaboration tools via mobiel zullen nog populairder worden dan nu al door de coronacrisis. Virtual reality voor toepassingen in de bouw of vergunningsaanvragen kunnen populair worden, al is de vraag of dat niet makkelijker kan via wifi en vastnet. En daarbij, veel nieuwe diensten kunnen pas echt doorbreken als de 5G-aanbieders een goede landelijke dekking kunnen garanderen.”

Ook het toepassen van 5G voor missiekritische diensten waarbij gevaar ontstaat bij uitval van de telecom, zal nog op zich laten wachten. “Denk aan C2000 en GSM-R, die recent nog upgrades hebben gehad. Tegen de tijd dat die systemen vervangen moeten worden, zijn we mogelijk al met 6G bezig. Voor iets minder kritische communicatie voor industrie of logistiek zal 5G wel een rol gaan spelen, maar dan in een private netwerk. Datzelfde geldt voor wifi 6, die daarnaast ook als afvanger voor 5G in gebouwen ingezet kan worden. Afhankelijk van de abonnementsvormen voor 5G.

Koning & Hartman bereidt zich voor op 5G

“De komst van 5G brengt ons natuurlijk hogere snelheden, maar belangrijker nog is meer zekerheid van een snelle response”, zegt Mark Gerritsen, sales director bij Koning & Hartman. “Daarmee verhoog je de betrouwbaarheid, met name in het bereik van ‘dingen’ of ‘machines’ die met elkaar communiceren. Wanneer je op een kruispunt auto’s, fietsen en stoplichten met elkaar laat communiceren kun je bijvoorbeeld de doorstroom steeds beter sturen. Dit vraag dan wel directe beslissingen op basis van artificial intelligence gebaseerd op realtime data vanuit de sensoren.”

Met name industriële klanten realiseren zich steeds meer wat 5G voor ze kan betekenen. Koning & Hartman krijgt steeds meer vragen vanuit die markt. Gerritsen: “Denk aan de autofabrikanten uit het voorbeeld in dit verhaal. Wij verwachten dat deze behoefte de komende jaren sterk zal groeien en dat het realiseren van diensten over dit netwerk voor veel organisaties nieuwe businessmodellen kan en zal opleveren. Koning & Hartman bereid zich daar vanzelfsprekend op voor en werkt met meerdere klanten aan de ontwikkeling van nieuwe producten en diensten.”

5G zal ook invloed hebben op private netwerken, verwacht Gerriten: “Private LTE-netwerken zijn nu voornamelijk standalone netwerken. Deze netwerken worden zo veel mogelijk geïsoleerd van publieke mobiele netwerken wegens security redenen. Er is vaak een behoefte om data lokaal te houden en om de beschikbaarheid van het netwerk te kunnen garanderen. Wij verwachten dat private netwerken, of dat nu 4G of 5G techniek is, steeds meer gaan samenvloeien en elkaar gaan complementeren in de toekomst. De techniek die wordt toegepast in private cellulaire netwerken zal geleidelijk veranderen van LTE (4G) naar NR (5G).”

Door redactie: In samenwerking met BTG/TGG en Dutch IT-channel. meer informatie www.btg.org