Het idee van een ‘slimme stad’ is al decennia interessante sciencefiction, maar met de opkomst van LoRaWAN-netwerken wordt het misschien wel meer dan dat. Tenminste, als je het verhaal hoort van Wienke Giezeman, die met The Things Network langzaam maar zeker de wereld verovert.
The Things Network is opgericht door internetondernemer Wienke Giezeman, die eerder de tv-startup WappZapp.tv begon. Hij werkt bij The Things Network samen met Johan Stokking, de ‘tech lead’ in het bedrijf. Stokking werkte al aan verschillende startups die ook al met slimme steden te maken hadden. Voor dit artikel spraken we daarnaast met Laurens Slats, die inmiddels als communitymanager contact heeft met de honderden LoRa-enthousiastelingen die zich over de hele wereld bezig houden met het netwerk.
The Things Network is dus een Nederlandse startup, met een verhaal dat begon in 2015. Toen hoorde oprichter Wienke Giezeman voor het eerst over LoRa-netwerken, een afkorting die staat voor ‘Low Range’. Het is een open internetprotocol dat vooral interessant is vanwege zijn lage energieconsumptie, en zijn grote bereik door op een lagere frequentie te opereren dan wifi.
Bovendien is het opzetten van een netwerk redelijk goedkoop; met een router van zo’n duizend euro was het al mogelijk om tienduizend apparaten te kunnen koppelen over een gebied van tien vierkante kilometer.
LoRa, of LoRaWAN, is vooral handig in steden waar je veel verschillende applicaties over een groot gebied wil gebruiken. De voorbeelden lijken eindeloos als communitymanager Laurens Slats ze tegen PCM opsomt. “Neem een lantaarnpaal die kapot is. Nu moeten gemeentes nog wachten tot er iemand in de straat naar het gemeentehuis belt om door te geven dat zo’n lamp stuk is. Maar je kunt ook een sensor aan die lamp hangen die alleen een berichtje stuurt als er iets niet klopt. Veel makkelijker!”
“Een andere soort verbinding zoals wifi voor zo’n probleem gebruiken is veel te moeilijk en te kostbaar”, zegt Slats. “Omdat het niet praktisch is overal een eigen hotspot aan te hangen en overal aparte accesspoints te maken. 4G, maar ook 3G en zelfs 2G kosten veel te veel stroom en zijn daarom ook niet erg praktisch, en bluetooth heeft een te klein bereik. Low Range WAN bleek de sleutel te zijn voor een echt toegankelijk IoT-netwerk, ook al heeft het nog zijn beperkingen.”
Wat is LoRaWan?
LoRaWAN is simpele technologie. Het gaat om een ‘low range’-netwerk, dat op een radiofrequentie van 868 MHz draait. Dat betekent dat het een groter bereik heeft dan andere communicatienetwerken zoals wifi – in de meeste gevallen van zo’n tien vierkante kilometer. Omdat de frequentie zo laag is, kost het ook veel minder energie om het netwerk in stand te houden. Een LoRa-sensor kan met batterijen soms wel jaren operationeel blijven. Dat alles maakt het netwerk vooral aantrekkelijk voor kleine, goedkope sensoren waar je niet naar om hoeft te kijken – ideaal voor IoT-applicaties dus.
Maar er zitten ook nadelen aan het netwerk, met name in de grootte van bestandspakketjes die je kunt versturen. Die zijn maar maximaal 55 bytes, en dat maakt LoRaWAN vooral geschikt voor simpele sensoren die slechts kleine boodschappen hoeven te versturen. Het gaat dan ook vooral om binaire gegevens zoals, een sensor die aangeeft wanneer een bepaald waterniveau wordt bereikt of hoe hoog de temperatuur is, of een simpele aan/uit-knop voor lampen.
Op het moment dat Giezeman geïnteresseerd raakte in LoRa was dat nog volop in ontwikkeling, maar hij raakte meteen enthousiast over het idee. Met een protocol met zo’n lage frequentie zou het namelijk kinderlijk eenvoudig zijn om een stad als Amsterdam volledig te bedekken. Eén LoRa-zendmast heeft een bereik van ruim 10 vierkante kilometer. “Je hebt dan maar een paar van die zendmasten nodig om in heel Amsterdam en omgeving zo’n netwerk aan te leggen”, schrijft Giezeman in een blogpost.
Dat leek Giezeman een goed idee. Hij legde het idee voor aan zijn vriend en nu tech lead Johan Stokking, en pitchte het idee voor het eerst bij een IoT-meetup in Amsterdam, SenseMakers. Daar werd meteen enthousiast gereageerd op het verhaal. Giezeman en Stokking deden een belofte: binnen zes weken zou heel Amsterdam voorzien zijn van zo’n netwerk. Het team schafte een aantal routers aan, en schreef netwerksoftware zodat alle gateways met elkaar konden praten.
Crowdfunding
Hun idee ging viral. Het team ontving berichten van over de hele wereld, van mensen die ook zoiets wilden opzetten in steden als Sydney of Sao Paulo. Giezeman en Stokking ontdekten dat het opstarten van zo’n netwerk weliswaar veel goedkoper en makkelijker is dan vrijwel ieder ander netwerk, maar dat de duizend euro aan aanschafkosten van de router nog steeds aan de hoge kant was voor veel gebruikers. Ook was het technisch nog best lastig zo’n netwerk te configureren.
Er moest een goedkopere oplossing komen. In samenwerking met andere tech-startups ontwierpen ze een router die veel goedkoper was, die gebruikers voor zo’n 200 euro konden kopen, en die veel makkelijker in te stellen was.
Het geld om de hardware op grote schaal te produceren werd via een Kickstarter-campagne opgehaald, en als de internationale berichten nog geen bevestiging waren dat het tweetal een goed idee had was de crowdfunding-campagne dat wel. Al binnen een uur werd de grens van 30.000 euro gehaald. Na vierentwintig uur was dat 80.000 euro. Het einddoel van 150.000 euro werd na acht dagen behaald. The Things Network was een feit.
Gateway
Naast het produceren van de eerste gateways en het schrijven van de software faciliteert The Things Network de onderliggende servercapaciteit, maar langzamerhand wordt die rol steeds kleiner. Bewust ook. “In de toekomst willen we juist dat gebruikers en community’s zelf netwerken gaan aanleggen en hun eigen servers opzetten”, legt communitymanager Slats uit.
Via de website van The Things Network is het inmiddels voor iedereen mogelijk een eigen gateway te kopen. Die kost nu 300 euro (exclusief btw), en kan over zo’n tien vierkante kilometer ruim 10.000 nodes aansturen. Het relatief lage bedrag maakt het voor iedereen mogelijk om een ‘Things’-netwerk op te zetten in zijn eigen stad.
Ontvangers en modules zijn ook zo te koop. De makers verkopen een eigen zelfontworpen Arduino UNO met een geïntegreerde LoRaWAN-module voor vijftig euro, al weet een beetje knutselaar dat voor veel minder geld in elkaar te zetten. Ook verkopen de makers een speciale ‘node’ met daarin een bewegings-, licht- en temperatuursensor, maar ook die zijn ook op andere manieren te verkrijgen.
Praktische voorbeelden
Inmiddels zijn er al honderden toepassingen voor het systeem. Het gaat om simpele applicaties, met kleine sensoren die een paar makkelijke commando’s kunnen versturen. “Het gaat dan meestal om ‘aan’ of ‘uit’, of een bepaald cijfer zoals de temperatuur”, legt Slats uit. Een vaak genoemde toepassing van de LoRaWAN-sensoren is die van een boot in een kanaal, een illustratief voorbeeld voor de Amsterdamse oprichters. “Met een LoRaWAN-sensor krijg je een simpele melding als de sensor water detecteert, zodat je weet dat je boot onder water loopt.”
Naast boten worden ook fietsen vaak genoemd. In Boedapest werkt een startup bijvoorbeeld aan een fietsverhuursysteem waar ook gps om de hoek komt kijken. Iedere fiets kan gevolgd worden met gps-signalen, die je vervolgens via LoRaWAN kunt versturen naar de verhuurder – mits een fiets tenminste binnen het netwerk in de stad blijft.
The Things Network kreeg al snel door dat samenwerken met bedrijven een slimme zet zou zijn. Gelukkig waren er meer dan genoeg bedrijven die daar zelf ook wel oren naar hadden. Boris Veldhuijzen van Zanten van The Next Web was één van de eersten die graag met het netwerk wilde werken, en hij besloot een ontvanger op te hangen op de campus van The Next Web. Al snel volgden andere gegadigden, en binnen de kortste keren hingen er tien gateways door Amsterdam heen.
Nog wat voorbeelden dan:
Zinkende schepen
In Amsterdam gebruiken booteigenaren een sensor om te meten wanneer er te veel water in hun boot staat, zodat ze die kunnen hozen voor de boot zinkt.
Volg je huisdieren of je fiets
Een weggelopen kat of hond die is uitgerust met een LoRaWAN-chip aan zijn halsband is via het netwerk makkelijk op te sporen. Dat wordt in sommige steden ook met fietsen gedaan
Slimme afvalverwerking
Afvalverwerker Suez werkt samen met KPN’s eigen LoRa-netwerk om verschillende containers met gevaarlijk afval precies te volgen als extra controle voor de opslag. Je kunt zelf ook een LoRa-sensor in je afvalbak zetten om een melding te krijgen als die geleegd is.
Meet blikseminslag
In Duitsland werkt provider telent (SIC) met LoRaWAN-sensoren om te controleren wanneer bliksem inslaat in windturbines, zodat het bedrijf sneller tot reparaties kan overgaan.
Vind parkeerplekken
In de Belgische plaats Mons worden slimme sensoren gebruikt om winkelpubliek naar parkeerplekken te sturen. Ook worden parkeerwachters sneller ingeschakeld als blijkt dat auto’s langer dan de toegestane tijd op hun plek blijven staan.
Er zijn nu tientallen bedrijven die op de één of andere manier investeren in de LoRaWAN-netwerken van The Things Network. Sommige daarvan plaatsen alleen een gateway, maar anderen, zoals Deloitte en KPMG, houden ook hackathons en evenementen om creatievelingen aan de slag te laten gaan met het netwerk. Ook worden er nog regelmatig investeringen gedaan vanuit het bedrijfsleven. Ook internationaal is er veel aandacht voor het initiatief.
Vaak is het nog wel een kip-en-ei-verhaal: gebruikers willen pas met de techniek aan de gang als het netwerk er ligt, maar dat netwerk is pas interessant om aan te leggen als er genoeg gebruikers zijn. Dat is deels de reden dat de hardware van The Things Network zo goedkoop is, zodat het voor zowel individuele gebruikers als voor bedrijven aantrekkelijker is om een netwerk op te zetten.
Security
Het ‘Internet of Things’ klinkt anno 2017 steeds vaker als een modegrill, een trend waar fabrikanten zelfs bovenop willen duiken als ze daar geen reden voor hebben. Dat levert nogal eens problemen op. Zo werden vorig jaar miljoenen slimme apparaten misbruikt voor een grote ddos-aanval. Een landelijk dekkend netwerk specifiek voor IoT-applicaties aanleggen? Dat lijkt vragen om moeilijkheden.
Ook over LoRaWAN wordt daarom veel discussie over de veiligheid gevoerd. Het nut ervan mag voor de meeste gebruikers wel duidelijk zijn, maar hoe anoniem blijven de berichten? In principe wordt alle informatie onderweg versleuteld, waardoor het in theorie niet te lezen is. Dat gebeurt echter met AES-encryptie van 128 bits.
Die encryptie wordt over het algemeen afgeschreven door beveiligingsexperts omdat die redelijk snel te brute-forcen is – zeker als het gaat om kleine pakketjes met informatie. Als je het verkeer echter van sterkere encryptie voorziet, worden de pakketten al snel te groot en kost het verzenden meer energie en tijd.
“Het is natuurlijk ook zo dat je tijdens het bouwen de afweging moet maken tussen veiligheid en gebruiksgemak”, legt Slats uit. “Het merendeel van de informatie die via LoRa-WAN wordt verstuurd komt van sensoren van bijvoorbeeld weerstations, die alleen aangeven wat de temperatuur is. Je kunt je afvragen hoe belangrijk onkraakbare encryptie voor zulke berichten is.”
Is een landelijk dekkend netwerk voor IoT-applicaties niet vragen om security-problemen?
-
Sommige gebruikers vinden dat echter te kort door de bocht, blijkt uit verschillende forums zoals Reddit of Gathering of Tweakers. Ze noemen voorbeelden van sensoren in iemands huis, waaruit je kunt afleiden wanneer een gebruiker doorgaans van huis is – interessante informatie voor inbrekers. Slats: “We maken altijd de afweging tussen hoe belangrijk de beveiliging is en welke impact dat heeft op het gebruiksgemak.” Het team gaat dan ook regelmatig in discussie met de community, bijvoorbeeld tijdens meetups, maar ook door op Tweakers zelf te reageren op sceptische gebruikers.
Daar komt ook nog bij dat de mogelijkheid zelf een netwerk op te zetten zowel een vloek als een zegen is voor LoRaWAN. Als het straks mogelijk is voor iedere gebruiker om zelf een server op te zetten kan dat in theorie ook makkelijk worden misbruikt door iemand met kwade bedoelingen.
De toekomst
Na de succesvolle start meet The Things Network zichzelf een nieuwe rol aan. “We richten ons nu vooral nog op het bouwen en optimaliseren van de back-end van het netwerk”, legt Slats uit. Dat betekent in de praktijk het bijhouden van de servers en het optimaliseren van de datastromen.
Ook worden er updates doorgevoerd naar de bestaande sensoren, maar dat is makkelijker gezegd dan gedaan. Slats: “Het grote voordeel van de sensoren die we voor The Things Network gebruiken is dat je de sensoren kunt wegzetten zodat je er in principe nooit meer naar hoeft om te kijken. Maar soms moet je de software updaten, en dat is nog een heel gedoe. Je kunt namelijk alleen datapakketjes van een paar bytes versturen – dat is nooit genoeg voor een update. We moeten dus goed zoeken naar een manier om te zorgen dat die updates in stukjes worden verstuurd.”
Het netwerk van The Things Network lijkt in ieder geval een groot succes te zijn. In meer dan 400 steden in 85 landen hebben lokale community’s hun eigen netwerk aangelegd. Soms gaat het om professionele partijen, maar er zijn ook genoeg hobbyisten die genoeg geld bij elkaar hebben gesprokkeld voor een paar zendmasten. En dat is toch de hackercultuur waar The Things Network aanvankelijk op gebouwd is.