Koppla upp dina IoT-prylar trådlöst, de 4 vanligaste sätten

Inför bygget av vår robot har jag undersökt vilka alternativ det finns för datakommunikation för IoT, Internet of Things, alltså uppkopplade prylar. I den här artikeln går jag igenom de fyra vanligaste sätten att koppla upp elektronik med omvärlden. Den här gången har jag enbart tittat på trådlös teknik. Varje teknik har sina för- och nackdelar och det finns ingen som är bäst på allt. Vilken teknik du ska välja för ditt projekt eller pryl beror på hur och var den ska användas.

1. Bluetooth

De flesta känner idag till Bluetooth, det finns i många prylar i hemmet, tex trådlösa hörlurar, mobilhögtalare, smarta klockor, osv. Det är ett radioöverföringsprotokoll för korta avstånd (upp till ca 10 meter).

Kommunikationen mellan två enheter är direkt, det finns ingen server, router eller gateway mellan enheterna. För att koppla ihop två enheter behöver de "paras", en ganska enkel process som i många fall upplevs som väldigt krånglig på grund av tillverkarnas olika lösningar. När enheterna är parade kan de skicka data till varandra med relativt hög hastighet och låg energiförbrukning.

Bluetooth har funnits länge och det har utvecklats olika protokoll för olika typer av data, tex för överföring av ljud som ju är ett vanligt användningsområde.

För dataöverföring mellan två enheter på korta avstånd är Bluetooth ett väldigt bra val. Typiska användningsområden är ljudöverföring från en mediaspelare till en högtalare, signaler från en fjärrkontroll till en mottager (tex handkontrollen till en spelkonsoll) eller att öppna bildörrarna med telefonen.

Bluetooth LE (Low Energy) är en variant med betydligt lägre energiförbrukning.

Det finns mängder med utvecklingskort och mikrocontrollers för Bluetooth och det är en mycket billig teknik.

2. WiFi

Alla känner nog till WiFi, det helt dominerande trådlösa nätverket för datorer i hemmet och på kontoret. Tekniken bygger på att enheter koppla upp sig till så kallade access-punkter (vanligtvis tillsammans med en router i hemmet). Access-punkterna är kopplade till trådburet nätverk, vanligtvis ethernet eller, via en omvandlare, till ett fibernät. Över nätet skickar enheterna IP-paket. Det går att bygga privata nät på det här sättet, men det vanligaste är att näten även är uppkopplade mot internet.

WiFi har utvecklats genom åren och de olika versionerna benämns med bokstäver. WiFi-standarden heter IEEE 802.11 och några av de vanligare versionerna heter 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n och 802.11ac. Enheten och basstationen behöver kunna kommunicera med varandra och därmed använda kompatibla protokoll. De flesta enheter och basstationer har dock stöd för flera protokoll samtidigt så detta är vanligtvis i praktiken inget stort problem.

Enheter som har behov av mycket snabba överföringshastigheter bör använda de senaste versionerna av protokollet, då i både enhet och basstation.

Räckvidden för WiFi är något längre än Bluetooth, uppemot 50-100 meter. Räckvidden påverkas negativt av väggar och andra hinder. Det finns flera olika tekniker för att öka räckvidden, tex kan enheter automatiskt välja den starkaste signalen bland flera basstationer som har samma nätverksnamn vilket gör det enkelt att utöka ett befintligt nätverk. På senare tid har det även blivit vanligt med mesh-teknik mellan basstationer så att det går att utöka nätverket trådlöst utan att behöva dra fram ytterligare ethernet-kabel. Det finns även access-punkter med starkare antenner och utomhusanpassade antenner.

För enheter som behöver uppkoppling mot internet kan WiFi vara ett mycket bra val. Det är en billig och enkel teknik (att använda) och det finns mängder av utvecklingskort som är förberedda för WiFi.

WiFi passar bäst för enheter i en begränsad och kontrollerad miljö. I dag kräver nästan alla access-punkter inloggning med lösenord vilket kan vara besvärligt att konfigurera i en pryl som saknar skärm och tangentbord. Ett vanligt sätt att komma runt detta är att även använda Bluetooth och en mobil-app för konfiguration av WiFi. Det finns försök att lösa detta även från tillverkarna genom WPS som är ett sätt koppla ihop enheter utan att använda lösenord. Istället trycker man på en knapp på access-punkten vilket öppnar upp den för osäkra anslutningar under en kort tid. Tekniken har fått kritik då den är osäker.

Det går även att göra om vissa enheter till access-punkter. På det sättet kan en enhet med WiFi ansluta till en annan enhet med WiFi utan att gå via en gemensam access-punkt. Detta kan även användas för konfiguration av enheter genom att enheten själv agerar access-punkt med ett förutbestämt nätverksnamn och lösenord. På detta sätt kan man med tex en mobiltelefon koppla upp sig till enheten, konfigurera den med hjälp av en tillhörande app och sedan koppla ner sig igen och låta enheten ansluta till det riktiga nätverket.

Den begränsade räckvidden på WiFi gör att tekniken passar bäst för begränsade ytor, tex ett hem eller ett kontor, eller utomhus på en begränsad yta. Den relativt komplicerade konfigurationen gör att tekniken passar bäst där man har kontroll över både enheter och basstationer.

3. Mobilnät: GSM, GPRS, 3G, 4G och 5G

Ytterligare en mycket känd teknik som kan lämpa sig bra för IoT är såklart mobilnätet. Ett trådlöst datanät som täcker nästan hela Sverige (och världen). Även mobilnätet har funnits mycket länge och utvecklats i flera versioner. Några av versionerna, som 3G, 4G och 5G, är, åtminstone till namn, kända av de flesta.

Mobilnät är konceptuellt ganska lika WiFi i och med att det är enheter som kopplar upp sig mot basstationer och därigenom får tillgång till internet. Enheterna kan byta basstation inom samma nätverk utan att behöva konfigureras om. Många nätverk har även hand over av kommunikationen så att den sömlöst kan fortsätta under ett basstationsbyte, vilket är vad som sker när du pratar i telefon samtidigt som du kör bil.

Konfigurationen av en enhet är både enklare och besvärligare än WiFi. Enheten som vill ansluta till nätverket behöver ett sk SIM-kort. Allt som behövs för att ansluta till nätverket finns på SIM-kortet vilket gör konfigurationen enkel. Det besvärliga är dock att SIM-korten tillhandahålls av operatörerna så de måste beställas genom dem och levereras och installeras fysiskt. För enstaka enheter är detta inget större problem, men för en större flotta av enheter kan det bli en del administration att hålla reda på att rätt SIM-kort kommer i rätt enhet. Vid service och reparation är det också viktigt att SIM-korten hamnar i rätt enhet.

Förutom SIM-korten är den andra stora nackdelen med mobilnätet att priset kan bli högt. Förr kunde man beställa SIM-kort med billiga abonnemang med rörlig kostnad vilket är bra för IoT då det ofta är väldigt lite data som behöver skickas och att andra tjänster som röst och SMS inte används alls. Nu har det dock blivit svårt att hitta billiga abonnemang för data eftersom det är vad folk vill ha. Även kontantkorten har begränsats mycket så att de måste laddas varje månad för att inte förfalla. Det är orimligt mycket administration för ett IoT-system.

Operatörerna känner till detta och har utvecklat SIM-kort med andra typer av abonnemang, just för IoT. Jag vet att man tidigare kunde köpa tex 50 SIM-kort och ha en gemensam datamängd för dessa. Det är svårt att hitta information om detta på operatörernas hemsidor, man måste nog prata med en säljare för att komma vidare. För oss som än så länge experimenterar är det inte aktuellt.

Jag har hittat två alternativ som kan fungera, dels har Comviq ett kontantkort som verkar gälla ett år (Standard bas) och som kostar 0,95 kr/MB. Dels kan man till sitt vanliga mobilabonnemang ofta beställa ett extra-kort för kanske 50-100 kr/mån. Ganska dyrt alltså, men kanske värt det för att enkelt ha ett extra SIM-kort under tiden man utvecklar.

Det pratas mycket om att 5G ska koppla upp alla prylar och därmed vara perfekt för IoT. Men tyvärr är både täckningen och operatörernas prissättning på 5G långt ifrån IoT-anpassat ännu. Men inom något år kommer vi nog se stor utveckling på detta. Om operatörerna lyckas lösa eSIM (så vi slipper fysiska SIM-kort) och dessutom ordnar vettig prissättning för IoT kan 5G bli den självklara och dominerande lösningen för IoT inom kort.

4. Radio: 433 MHz, LoRa, Sigfox

Slutligen har vi några olika radio-tekniker som kanske inte är lika kända som de första tre teknikerna i den här listan. 433 Mhz är en öppen frekvens som tex används av en del smarta-hem-prylar. Eftersom frekvensen är öppen (kräver inget tillstånd) är tekniken ganska enkel. Det finns mycket billiga sändare och mottagare för 433 MHz.

En öppen frekvens innebär också att vem eller vad som helst kan sända saker, när som helst. Det kan alltså bli mycket störningar. Det här radiobandet är ganska långsamt och eftersom det kan bli störningar kan det vara svårt att överföra större datamängder. Korta aktiveringssignaler, såsom att tända en lampa, eller sensordata går ganska bra att skicka och ta emot. Räkna dock med att du kan behöva skicka om datan om överföringen misslyckas.

LoRa står för Long Range och är radioteknik för överföring av mycket små datamängder på långa avstånd. Tekniken kan fungera upp till 1 mil. För vissa IoT-system kan detta vara en mycket lämplig teknik. LoRa har låg energiförbrukning, låg överföringshastighet och liten datamängd. Med en egen gateway kan du sätta upp ett kontrollerat radionätverk som täcker ett stort avstånd. Även LoRa ligger på en öppen frekvens som är fri att använda men som kan störas av annan användning.

LoRa WAN och Sigfox är nätverk av sådana här radionätverk. Operatörer sätter ihop flera nätverk och gateways för att det ska bli enklare att ansluta till dessa och för att minska behovet av att sätta upp egna gateways. Det här är ett spännande område som det händer mycket inom. Kolla tex in Sigfox täckningskarta, som nu börjar täcka in delar av Sverige.