Cellular

Er gaat geen dag voorbij dat we onze telefoon eens links laten liggen. Op ons nachtkastje heeft hij al de plaats ingenomen van de standaard alarmklok, aan de ontbijttafel zijn er sporadisch nog kranten te bespeuren & voor onbeduidend mailverkeer neemt hij zelf de plaats in van onze trouwe laptop. Om dan nog maar te zwijgen van de extra functionaliteiten die de smartphone met zich mee heeft gebracht. De smartphone is een verlengstuk van ons lichaam geworden, “millenials” laten ze niet meer los. Sociale media is niet meer weg te denken; na school even op “Messenger” vragen wat we precies moeten doen voor die IOT-taak, snel even op “Snapchat” een story plaatsen van dit prachtige jurkje en uiteraard moet ik deze beeldige maaltijd in “Le Pain Quotien” toch even delen met mijn “Instagram” volgers. De majoriteit van deze, voor ons simpel lijkende, taken zouden nochtans niet mogelijk zijn zonder mobile data. Uiteraard kunnen deze ook via WI-FI gebeuren maar WI-FI is voorlopig voornamelijk maar aanwezig in gebouwen: thuis, scholen, burelen, restaurant, ect. Mobiele data is daarentegen haast overal aanwezig.

Definitie

Mobilie data is een permanente verbinding tussen je telefoon en een zendmast. Anders dan bij het plegen van een telefoontje of het sturen van een Sms wordt mobiele data gebruikt voor het laden van webpagina’s, media- en app downloads en software updates. Dit soort gegevensverbinding wordt, zoals de naam misschien al weggeeft, voornamelijk gebruikt bij mobiele telefoons. Maar dit neemt niet weg dat de technologie tegenwoordig ook gestoken wordt in Tablets, Smartwatches, IOT-apparaten en zelfs Laptops. Dit doe je door er een geschikte simkaart in te steken die verbonden is aan een geldig abonnement met een serviceprovider (b.v. Telenet, Mobistar, Proximus, Base, …). Vanaf dat dit in orde is kom je in een constante verbinding te staan met een zendmast die ervoor zorgt dat je je e-mails kan opvragen als ook webpagina’s, facebook posts, ect.

Werking

De technologie is vrij gesofisticeerd maar het principe erachter is verassend eenvouding. Het is vergelijkbaar met de muziek radio’s die iedereen thuis wel heeft staan. Er staat ergens in je buurt een zendmast die een data uitzendt op een bepaalde frequentie. Je telefoon vangt deze signalen op en kan daaruit bepaalde gegevens afleiden die ervoor zorgen dat hij je mails kan weergeven of ‘Het Laatste Nieuws” kan laden in je browser. Nu deze zendmast weet uiteraard niet van zichzelf welke gegevens hij moet doorsturen. Je telefoon kan ook zelf gegevens versturen naar de zendmast zodat hij op zijn beurt weet wat hij moet uitzenden. Om het systeem feilloos te laten werken heb je best meerdere masten z-nodig gezien één mast maar een beperkt bereik heeft (b.v. 10km). Deze masten worden verspreidt over een gebied met gebieden die elkaar overlappen zodat je nooit zonder signaal komt te staan.

Ontstaan

Mobiele data gaat ondertussen al een tijdje mee. De eerste vorm hiervan is van grond gekomen in Japan. Ze zijn toen in de voornaamste delen van Tokyo een netwerk op poten beginnen zetten waarmee ze gemakkelijk mobiele apparaten met elkaar in verbinding konden zetten. Dit netwerk heeft er amper 5 jaar over gedaan om vervolgens heel Japan te veroveren. Zij werden zo het eerste lande met een volledig 1G netwerk (“1 Generatie). Ter vergelijking: De Scandinavische landen begonnen in 1981 met hun netwerk en de V.S. in 1983. Het netwerk dat ze toen opgezet hebben is anders dan we nu gewoon zijn. De verbindingen verliepen allemaal analoog t.o.v. de digitale verbinding die we nu gewoon zijn. Met de huidige technologie wordt een oproep omgezet naar een gecodeerd digitaal signaal terwijl bij een analoge verbinding het gesprek (de stemmen) worden omgezet naar een hogere frequentie.

2G

De volgende in lijn was het 2G netwerk (2de Generatie). Sommigen onder ons zullen deze misschien nog goed herinneren. Hoewel men hier in 1991 al mee aan het experimenteren was hebben we hier nog lang gebruik van gemaakt. Met die netwerk kon men niet enkel telefoneren maar ook sms-berichten, MMS-berichten (multimedia berichten, o.a. foto’s) sturen en zelf toegang krijgen tot het internet. Nog en nieuw gegeven was dat men de verbinding kon coderen wat resulteerde in een betere beveiliging. Binnen het 2G netwerk generaties had 2 versies enerzijds: 2.5G GPRS met een maximum snelheid van 48kbits/s en anderzijds 2.75G EDGE met een maximum snelheid van 300 kbits/s. Tegenwoordig zijn ze bezig met het oprollen van de 2G netwerken gezien we haast enkel nog 3G, voornamelijk 4G en binnenkort ook 5G gebruiken / gaan gebruiken.

3G

De technologische vooruitgang bleef uiteraard niet stil zitten. Een kleine 10-tal jaren later kwam er 3G op de markt. 3G had vele verbeteringen t.o.v. zijn voorganger. Het probleem met 3G zat hem in het uitrollen van het netwerk. 3G werkt namelijk op een hogere frequentie, hierdoor was het heel moeilijk om hetzelfde bereik te creëren als met 2G. Met 2G kan je haast van overal in de wereld een telefoontje plegen. Met 3G was die moeilijker te verkrijgen. Met moet een exponentieel hoger aantal zendmasten plaatsen om alles en iedereen te bereiken. Een mast die een 3G verbinding uitzendt had een veel minder groot bereik. Om dit even aan te kaarten m.b.v. cijfers. Een 2G mast heeft een bereik van 10km terwijl een 3G mast slechts 3km bereik heeft. Zo is het wel duidelijk dat de kosten om een 3g netwerk op te zetten aanzienlijk hoger ligt.

4G

Het vervolg op 3G, namelijk 4G begon zijn opmars in 2010. Deze beloofde aanzienlijk veranderingen in snelheid aan de man te brengen. De 4G technologie gaat ervoor zorgen dat je gegevens merkbaar sneller zal kunnen downloaden en uploaden. Waar 3G stopte aan maximum 2Mbps kan je met 4G theoretisch gezien downloaden aan 100Mbps. Deze gegevens zijn uiteraard afhankelijk van vele variabelen: hoe ver sta je van de zendmast, hoe zwaar is deze zendmast belast ect. De eerste versies, LTE en WiMax, die uitkwamen als “4G” waren eigenlijk geen echte 4G netwerken. Hun download snelheden kwam niet eens in buurt van 100Mbps. Toch werden deze door telecommunicatiebedrijven verkocht als 4G netwerken. Het was pas bij de komst van LTA-A (advanced) en WiMax versie 2 dat de kloof van 100Mbps downloadsnelheid bereikt werd. Deze zijn dan in 2013 uitgebracht.

5G

In de Verenigde-Staten zijn er enkele steden waar je al gebruik kunt maken van het bliksemsnelle 5G netwerk. In België zullen we er helaas nog een tijdje op moeten wachten. Uiteraard zijn er nog amper Smartphone compatibel met dit netwerk. Na zeker 10 jaar werk begint het nieuwe netwerk beetje bij beetje vorm te krijgen. Zoals je waarschijnlijk al kan raden gaat dit netwerk de download- en uploadsnelheden weer drastisch verbeteren.

Hoe werkt 5G

Mobile netwerken kunnen op verschillende frequenties werken:

• Lage frequentie (< 1 GHz): Deze wordt standaard gebruikt in de V.S. voor hun LTE (4G) netwerk. Deze heeft een enorm bereik en het signaal kan ook makkelijk door muren heen. Wat ideaal is om kost efficiënt een netwerk op de bouwen. Het grote nadeel is dat downloadsnelheden maximum tot 100Mb/s kunnen gaan.
• Middenfrequentie (<65GHz): Deze frequentie kan gemakkelijk hogere snelheden aan heeft een betere reactiesnelheid als het 1GHz netwerk. De achilleshiel is dat het echter povere prestaties neerlegt als het door muren heen moet. Je kan een theoretische snelheid verwachten van ongeveer 1Gb/s.
• Hogefrequentie (>6GHz): Dit spectrum biedt de ideale omgeving voor het ontplooien van een 5G netwerk. Hier kan je snelheden creëren tot wel 10Gb/s met een ongeziene reactiesnelheid. Je zit wel met het grote probleem dat de masten op die spectrum een zeer klein bereik hebben, je gaat er dus enorm veel moeten plaatsen. Het bereik heeft, zoals op de middenfrequentie, moeite met door obstakels heen te gaan. Vanaf dat er een muur tussen zit heb je onmiddellijk minder bereik en gaat de snelheid respectievelijk naar beneden. De reactiesnelheid lijkt een futiele eigenschap maar is, met het oog op toekomst, van vitaal belang. Met de opkomst van zelfrijdende auto’s kan deze reactiesnelheid het verschil betekenen tussen leven en dood. Deze wagen zijn in een continue verbinding met Cloud platformen om beslissingen te maken aan de hand van de variabelen die hij onderweg tegenkomt.

Mobile data in IOT:

Één van de hoofdzakelijk elementen die aanwezig moeten zijn om een Internet of Things apparaat optimaal te kunnen laten functioneren is uiteraard internet. Dit moet niet enkel aanwezig zijn maar liefst een deftig beveiligd gezien deze toch wel met uitermate delicate informatie in contact komt. Om zo een apparaat met internet te verbinden zijn er meerdere mogelijkheden: WIFI, mobile data of per kabel. Deze laatste is afhankelijk van het aparaat vaak geen beginnen gezien IOT-toestellen vaak ver uit elkaar liggen en met zo een massa aanwezig zijn. Momenteel maakt de grote meerderheid van de apparaten gebruik van WIFI om het internet te bereiken.

Om de verschillen aan te kaarten zal ik voor beide technologieën de voor en nadelen even opsommen

WIFI in IOT

De router zendt in feite radiosignalen uit over verschillende frequentie. Deze worden dan opgevangen door een apparaat die voorzien is van de juiste uitrusting. Zo ontstaat er een gegevensoverdracht.

Het apparaat moet dus over de juiste technologieën bezitten om het WI-FI-signaal te kunnen ontvangen. Dit noemen ze een “wireless adapter” Deze zet dan vervolgens de radiosignalen om naar data. Het apparaat gaat dan de nodige gegevens naar de chip van de adapter sturen opdat deze dan de gegevens weer naar de router kan sturen zodat deze per kabel dan het internet kunnen verspreid worden. De 3 essentiële elementen zijn dus het toestel zelf, de chip van de “wireless adapter” en uiteraard de router. Om elkaar te kunnen begrijpen moeten ze vanzelfsprekend gebruik maken van dezelfde technologie, of WI-FI-standaard. Nu komt er bijvoorbeeld een nieuwe uit: WI-FI 6.

Mobile data voor IOT

Indien IOT apparaten mobile data zouden gebruik om zich toegang te verschaffen to het internet zouden het op dezelfde manier werken dan moest je met je mobiele telefoon op het internet gaan, op voorwaarde dat je niet met WI-FI verbonden bent. Het toestel moet dan wel beschikken over de correcte apparatuur. Om te kunnen communiceren met een zendmast heb je een modem nodig die gegevens doorstuurt volgens een specifiek proctol (UART of SPI).

De twee voornaamste technologiën binnen de mobile data zijn LTE-M ( Long-Term Evolution for Machines) en NB-IoT (Narrowband IoT). De de voordelen van LTE-M is dat het sneller en voornamelijk dat het werkt met de huidige infrasetructuur, dus er moeten geen aanpassingen worden gedaan aan de huidige zendmasten ect. Dit is wel het geval bij NB_IoT. Deze biedt in ruil wel een groter bereik per zendmast maar het vereist wel van de geconnecteerde apparaten dat ze een minimum stil blijven indien ze een goeie connectie willen.

Wi-Fi of Mobile Data

Onderstaand zal ik ze even met elkaar vergelijken om een duidelijker beeld te scheppen wat de echte verschillen zijn. Zoals je zelf ook wel ondervionden zal hebben is op dit ogenblik mobile data vrij duur. Zeker als je het per Gb zou kijken. IoT apparaten vereisen vaak nieuwe updates om de beveiliging wat meer op te krikken als het bnlijft dat er bijvoorbeeld ergens ahcterdeurtjes zou gevonden zijn.

Beveiliging en privacy

Waar de mobile dat dan weer een voorsprong heeft (in de meeste gevallen) is het beveiliging. Deze data is standaard als gecodeerd. Terwijl bij Wi-Fi steeds een optie is die moet worden aangezet. De beveiligsupdates van een mobiel netwerk worden ook regelmatig onderhouden door gereputeerde firmas met enorme vakkennis terwijl het bij het bij persoonlijke Wi-Fi netwerken afhangt van de eigenaars om beveiligsupdtaes door te voeren. Als je dit bij elkaar optelt zie je ooverduidelijk dat mobiele data de overhand houdt op vlak van beveiliging. Dit neemt niet weg inden een Wi-Fi netwerk goed onderhouden wordt deze minstens even veilig kan zijn als zijn rivaal.

Bereik

Mobiele netwerken zijn het laatste decenia exponetieel aan het uitbreiden gezien de blijvende nood een innovatie. Met de komst den LTE-M en NB-IoT zoals hierboven besproken kan een mobiel datanetwerk nog verder reiken dan de netwerken dat we momenteel gewoon zijn. Deze kunnen makkelijk de meeste afgelegen locaties bereiken. Denk hierbij als tunnels, liften, ondergrondse parkings, ect. Dit zijn plaatsen waar we nooit aan dachten dat zo een network kon reiken. In theorie heeft Wi-Fi een groter bereik dan mobiele data maar dit bereik wordt snel belemmert door allerhands voorwerpen, gebouwen, ect. Het biedt voldoende signaal voor de directe omgeveing maar vanaf dat er teveel objecten het signaal blokkeert valt het snel weg. Gezien deze prominente belemmering is het een minder geschikt medium om ver verspreide apparaten met een netwerk te verbinden

Snelheid

Anno 2020 hebben zowel Wi-Fi als mobiele data de snelheidsdrempel van 1 gigabit per seconde bereikt. Gezien het 5G netwerk haast nergens nog op poten staat heeft Wi-Fi lichtjes de overhand gezien deze een snelheid van 1,3Gbps kan halen. Dit maakt er beide geschikt voor haast elke taak die je maar kan bedenken. Er is wel één groot nadeel aan een Wi-Fi netwerk. De snelheid van een Wi-Fi netwerk kan drastisch dalen als er meerdere apparaten tegelijkrtijd toegang willen verschaffen tot een netwerk. Bijgevolg heeft dit nadele gevolgen in drukbezetten gebieden.

Bronvermelding

• Onderzoeksrapport van
• https://www.yourdictionary.com/cellular-data
• https://cellularnews.com/now-you-know/in-depth-analysis-of-what-is-cellular-data-how-it-works/
• https://en.wikipedia.org/wiki/1G
• https://en.wikipedia.org/wiki/2G
• https://en.wikipedia.org/wiki/3G
• https://www.wired.com/2010/06/wired-explains-4g/
• https://en.wikipedia.org/wiki/4G
• https://www.digitaltrends.com/mobile/what-is-5g/
• https://www.verypossible.com/blog/wi-fi-vs-cellular-which-is-better-for-iot