Blog

Access

Internet of Things; the new access frontier

6 jul 2017

Met de komst van allerlei sensoren, actuatoren en ander apparatuur die informatie sturen of ontvangen, is er behoefte ontstaan aan een nieuwe access-laag in de netwerkwereld. Huidige access designuitgangspunten berusten op redundantie, performance, authenticatie en Laag 2 connectiviteit. In de wereld van IoT zijn deze compleet anders. Deze blog brengt u op de hoogte van een aantal nieuwe ontwikkelingen die anders zijn ten opzichte van de huidige designprincipes.

Michael Stolwijk door Michael Stolwijk

Things en hun vijf karakteristieken

Het belangrijkste uitgangspunt is het ‘Thing’ zelf. In plaats van een computer heeft dit compleet andere eigenschappen. Een computer heeft een 220v aansluiting die voldoende vermogen kan leveren om performance te leveren. Belangrijk hier is dat de film die erop staat niet onderbroken wordt, doordat er niet voldoende netwerk- of CPU-capaciteit is. Een thing heeft daarentegen andere eigenschappen waar rekening mee gehouden moet worden. Hieronder beschrijf ik ze.

1. Kleine sensoren
De meeste things zijn kleine sensoren die ergens in zitten (ijskast) waar je niet bij kan of die verspreid zijn over een grote oppervlakte (temperatuur/vocht sensoren in de bloementeelt). Het zijn er vaak veel en u wilt het onderhoud op die things zo klein mogelijk houden. Vervanging dient dus zo weinig mogelijk te gebeuren.

2. Low power
Things hebben meestal een batterij en deze heeft een eindige levensduur. Hoe minder vermogen gevraagd wordt, des te langer gaan ze mee. De huidige generatie sensoren richt zich op een levensduur van vijf jaar.

3. Weinig CPU power
Zoals in punt twee aangegeven, zijn things erg energiezuinig. Dit betekent dan ook dat er weinig CPU power verloren gaat. Want hoe meer CPU power er gevraagd wordt des te sneller de batterij opraakt en dat is niet de bedoeling.

Transmissie karakteristieken
Een thing heeft maar weinig gelijktijdige informatie te zenden of ontvangen. Veelal wordt er op een tijdsinterval enkele (kilo)bits verstuurd aan telemetrie data. Hierbij valt te denken aan informatie over temperatuur, vochtigheid of de status van een deurcontact. Deze informatie hoeft niet continu verzonden te worden maar slechts eenmaal per tijdsinterval.

Beveiliging
Beveiligen van een thing is direct gerelateerd aan encryptie. Dit is echter CPU intensief. Nieuwe manieren van encryptie waarbij weinig CPU power nodig is worden momenteel onderzocht.

De impact van het access medium

De eigenschappen van things hebben gevolgen voor de manier van access. Hieronder beschrijf ik de impact van het access medium.

Bedraad
Dit is een vorm welke zich zal beperken tot koffiemachines, zelf bestellende snoepautomaten, printers en camera’s. Connectiviteit richt zich op directe interactie en vereist normale bandbreedte. Ook al behoren deze apparaten tot de wereld van things, vormen ze een uitzondering op de regel en dus ook de access-methode die conventioneel blijft.

Wireless
Deze vorm van communicatie voor systemen heeft een continue verbinding met enige bandbreedte nodig, maar zijn niet bedraad. Denk hierbij aan camera’s, telefoons en tablets.

802.15.4 LR-LPWAN / LORA
Deze vorm van communicatie is het meest bruikbaar om over een groot gebied informatie van things te krijgen, die weinig power en bandbreedte nodig hebben. Door het gebruik van een lagere frequentieband kan een grote afstand overbrugd worden. Denk hierbij aan 15 kilometer met een enkel basisstation.

4G-netwerk
4G richt zich op verbindingen die niet constant ‘up’ hoeven te zijn, maar wel bandbreedte nodig hebben om informatie over te sturen. Beperkende factor in deze zijn de kosten voor actieve verbindingen.

Communicatieprotocollen IoT

Niet alleen de apparatuur verandert of de manier van verzenden, maar ook de gebruikte protocollen worden hier op aangepast. Hieronder worden twee voorbeelden van protocollen beschreven welke hierop van toepassing zijn.

IPv6
Doordat er heel veel devices zijn (naar schatting 50 miljard in 2020), is er op basis van IPv4 geen adresruimte voorhanden. De standaard voor things is dan ook om IPv6 te gebruiken als communicatieprotocol.

RPL
RPL is het IPv6 Routing Protocol for LLN (Low-Power and Lossy Networks) zoals in RFC6550 is gedefinieerd. Dit protocol is speciaal gemaakt voor instabiele netwerken met weinig CPU power om te routeren. RPL gebruikt twee attributen om zijn topologie op te bepalen:

  • Routing metrics—ETX (link), Latency (link) and DAG rank.
  • Routing constraints—Node State and Attribute (NSA), Node Energy (node).

De metrics in deze zijn echter niet een vaste parameter zoals bij OSPF of IS-IS maar zijn dynamisch. De formule om de ETX te berekenen is: ETX= 1 / (DF * DR)

Hierbij is DF de gemeten waarschijnlijkheid dat een pakket is ontvangen door de neighbor en DR is de waarschijnlijkheid dat het ack weer ontvangen wordt.

Things praten op een andere manier en het liefst zo min mogelijk. De manier om ze aan te sluiten past zich daar op aan. Zodanig dat er weinig bandbreedte en weinig CPU power benodigd is. Mocht u meer willen weten over de impact die IoT heeft op uw infrastructuur, neem dan contact op met mijn collega’s of mij.

Geïnteresseerd?

Michael Stolwijk
Neem contact op met onze specialist Michael Stolwijk

Michael Stolwijk is al bijna 26 jaar pre-sales Consultant in de IT en al enige jaren werkzaam bij Telindus. Ongebonden aan een bepaald marktsegment werkt hij binnen een brede en diverse klantenkring. Deze varieert van enterprise klanten tot service providers. Dit maakt dat Michael een duidelijke en heldere visie heeft op de impact van infrastructuren op de business processen van diverse organisaties. Dat ook IP-netwerken een brede diversiteit kennen, blijkt al uit de verschillen tussen enterprise-infrastructuren, waarbij beschikbaarheid en beveiliging van belang zijn, en ISP-infrastructuren, waarbij services en transport differentiatie van belang zijn.

Naast dat Michael één van de eerste CCIE’s is binnen Nederland, was hij ook de eerste Cisco-gecertificeerde mainframespecialist binnen Nederland die mainframekoppelingen op basis van Cisco wist te realiseren naar IP-omgevingen. Vanuit de bovenstaande kennisgebieden is het dan ook niet vreemd om Michael aan te treffen in de snel ontwikkelende wereld van de datacenters, waarbij unified computing, virtualisatie en software defined de nieuwe uitdagingen zijn geworden.

geen reacties
Plaats een reactie