Alles-met-alles-connectiviteit: naar een wereld zonder losse eilandjes
Stel je voor: je slimme thermostaat praat rechtstreeks met de zonnepanelen op je dak, die op hun beurt afstemmen met de accu van je elektrische auto, terwijl het verkeerslicht verderop weet dat die auto er aankomt en vast groen zet. Geen van die apparaten hoeft eerst om te weg via een cloud-server aan de andere kant van de wereld; ze vinden elkaar direct, begrijpen elkaars taal en werken samen alsof ze altijd al bij elkaar hoorden. Dat is in essentie waar alles-met-alles-connectiviteit over gaat: een situatie waarin vrijwel elk apparaat, sensor of machine met vrijwel elk ander apparaat kan communiceren, zonder dat daar telkens een mens, een specifieke app of een omweg voor nodig is.
Vandaag de dag werkt het meestal anders. Je koelkast praat met een app van de fabrikant, je thermostaat met een andere app, en die twee weten vaak niets van elkaars bestaan. Elk "eilandje" van apparaten heeft zijn eigen protocol, zijn eigen cloud-dienst en zijn eigen regels. Alles-met-alles-connectiviteit is de poging om die eilandjes met elkaar te verbinden tot één samenhangend geheel, zodat informatie en besturing vrij kunnen stromen tussen huishoudens, fabrieken, voertuigen, steden en zelfs satellieten. Het is minder een enkele technologie dan een richting waarin telecom, internet-of-things (IoT) en computernetwerken zich ontwikkelen.
Wat is het precies?
Om te begrijpen wat alles-met-alles-connectiviteit inhoudt, helpt het om de losse bouwstenen te bekijken die eraan bijdragen.
Ten eerste is er interoperabiliteit: apparaten moeten elkaars "taal" spreken. Vroeger sprak elk merk zijn eigen dialect. Steeds vaker kiezen fabrikanten voor gedeelde standaarden, zoals Matter (een certificeringsstandaard voor slimme-huisapparaten) en het onderliggende netwerkprotocol Thread, dat apparaten in een zogeheten mesh-netwerk verbindt. In een mesh-netwerk praten apparaten niet alleen met een centrale router, maar ook rechtstreeks met elkaar en geven ze berichten door als kleine estafettelopers, zodat het netwerk sterker en betrouwbaarder wordt naarmate er meer apparaten bijkomen.
Ten tweede speelt de mobiele infrastructuur een rol. 5G, en op termijn de opvolger 6G, is niet alleen bedoeld om telefoons sneller internet te geven, maar ook om miljoenen sensoren tegelijk met weinig energie en lage vertraging te verbinden. Dit noemt men wel "massive machine-type communication": communicatie die niet draait om een paar zware datastromen (zoals video), maar om ontelbaar veel kleine, korte berichtjes van sensoren, meters en machines.
Ten derde is er edge computing: in plaats van alle data naar een ver datacenter te sturen, wordt informatie deels direct ter plekke ("aan de rand" van het netwerk) verwerkt. Dat is nodig omdat alles-met-alles-verbindingen vaak razendsnel moeten reageren, bijvoorbeeld wanneer een zelfrijdende auto moet uitwijken voor een fietser.
Ten vierde komt er een laag bij die vaak wordt vergeten: satellietverbindingen die rechtstreeks met gewone telefoons en apparaten praten, zonder tussenkomst van een zendmast. Dit maakt het mogelijk om ook afgelegen gebieden, oceanen en gebieden zonder mobiele dekking in het alles-met-alles-web op te nemen.
Samen vormen deze bouwstenen een netwerk-van-netwerken: lokale mesh-netwerken in huis, mobiele netwerken in de stad, edge-servers die snel kunnen reageren, en satellieten die de laatste witte vlekken opvullen.
Wat wil men ermee bereiken?
De belofte achter alles-met-alles-connectiviteit is dat losse "slimme" apparaten pas echt hun waarde tonen als ze met elkaar kunnen samenwerken. Een slimme rookmelder die alleen een app op je telefoon waarschuwt, is nuttig; een rookmelder die ook automatisch de ventilatie uitschakelt, de voordeur ontgrendelt voor de brandweer én de buren waarschuwt, is veel waardevoller. Dat vereist dat systemen van verschillende fabrikanten en sectoren met elkaar kunnen praten.
Op grotere schaal hopen overheden en bedrijven hiermee "slimme steden" te realiseren, waarin verkeerslichten, afvalbakken, straatverlichting en waterbeheer op elkaar zijn afgestemd om energie te besparen en verkeer te ontlasten. In de industrie wordt gesproken over Industrie 4.0: fabrieken waarin machines, robots en voorraadsystemen voortdurend data uitwisselen om productieprocessen te optimaliseren en storingen te voorspellen voordat ze gebeuren.
Een ander doel is veerkracht: als apparaten rechtstreeks met elkaar kunnen praten in plaats van via één centrale server, blijft een systeem vaker werken als een deel uitvalt. Dat is relevant voor kritieke infrastructuur zoals stroomnetten en waterzuivering, waar uitval grote gevolgen kan hebben.
Tot slot hopen voorstanders dat universele connectiviteit ongelijkheid verkleint: satellietverbindingen die direct met telefoons praten, kunnen mensen in afgelegen gebieden toegang geven tot noodcommunicatie en basisdiensten, ook zonder lokale zendmasten.
Voorbeelden uit de praktijk
Matter en Thread (vanaf 2022) — De Connectivity Standards Alliance, een samenwerkingsverband van onder meer Apple, Google, Amazon en Samsung, publiceerde in oktober 2022 versie 1.0 van Matter. Dit is een certificeringsstandaard die ervoor moet zorgen dat slimme-huisapparaten van verschillende merken zonder gedoe met elkaar en met stemassistenten kunnen samenwerken, gebouwd op het Thread-mesh-protocol.
Amazon Sidewalk (gelanceerd in 2021) — Een netwerk waarbij Amazon-apparaten zoals Echo-luidsprekers en Ring-camera's een klein deel van hun internetbandbreedte delen om een laag-energienetwerk te vormen waarmee bijvoorbeeld verloren huisdiertrackers of tuinsensoren buiten het eigen wifi-bereik toch verbonden blijven.
Starlink Direct to Cell (eerste satellieten gelanceerd in januari 2024) — SpaceX werkt samen met T-Mobile en andere telecomaanbieders om gewone smartphones rechtstreeks met satellieten te laten verbinden voor sms en, in een later stadium, spraak en data, zonder aparte satelliettelefoon.
Hexa-X en Hexa-X-II (EU-onderzoeksproject, 2021-2025) — Een door de Europese Unie gefinancierd onderzoeksconsortium, met onder meer Nokia en Ericsson, dat de technische basis voor 6G verkent, waaronder "connect everything" als een van de expliciete ontwerpdoelen.
Industriële IoT bij Siemens en Bosch — Beide bedrijven testen en implementeren al jaren fabrieksomgevingen (vaak aangeduid als "digitale fabrieken") waarin machines via 5G-campusnetwerken en gestandaardiseerde protocollen als OPC UA voortdurend gegevens uitwisselen voor onderhoud op afstand en kwaliteitscontrole.
Hoe ver is de techniek?
Alles-met-alles-connectiviteit bestaat niet als één kant-en-klaar systeem dat je aan- of uitzet; het is een lappendeken van technologieën die stap voor stap volwassener worden. Op het gebied van slimme huizen is Matter inmiddels breed uitgerold, maar de praktijk is nog rommelig: niet elk ouder apparaat is compatibel, en fabrikanten voegen soms alsnog eigen extra's toe die de belofte van naadloze samenwerking ondermijnen.
Op mobiel netwerkniveau is 5G wereldwijd operationeel, maar de varianten die echt zijn ontworpen voor miljoenen sensoren tegelijk (zogeheten 5G-Advanced, vastgelegd in 3GPP Release 18 uit 2024) worden nog maar mondjesmaat uitgerold. 6G, dat "connectiviteit voor alles" nog explicieter als doel heeft, bevindt zich in de onderzoeksfase; de Internationale Telecommunicatie-unie (ITU) mikt op een eerste standaardisatiekader rond 2030, met commerciële uitrol op zijn vroegst daarna.
Satelliet-naar-telefoonverbindingen zoals Starlink Direct to Cell werken inmiddels voor sms-berichten in test- en vroege commerciële fasen, maar volwaardige data- en spraakverbindingen met voldoende capaciteit voor grote gebruikersaantallen zijn nog in ontwikkeling.
De grootste obstakels zijn niet altijd technisch. Interoperabiliteit blijft lastig omdat bedrijven commercieel belang kunnen hebben bij gesloten systemen. Energieverbruik is een blijvend probleem: miljarden extra verbonden sensoren vragen om batterijen die jaren meegaan of om apparaten die energie "oogsten" uit hun omgeving. Beveiliging is een ander groot vraagstuk: hoe meer apparaten met elkaar praten, hoe groter het aanvalsoppervlak voor cybercriminelen, en incidenten met slecht beveiligde IoT-apparaten (zoals massale botnets van gehackte camera's) laten zien dat dit geen theoretisch risico is. Ten slotte is er schaarse radiospectrum: er is een eindige hoeveelheid frequentieruimte, en overheden en bedrijven onderhandelen voortdurend over de verdeling ervan.
Wie werken eraan?
Op het gebied van standaarden speelt de Connectivity Standards Alliance (met leden als Apple, Google, Amazon, Samsung en IKEA) een centrale rol via Matter en Thread. Voor mobiele netwerken bepaalt 3GPP, het internationale samenwerkingsverband van telecomstandaardisatie-organisaties, de technische specificaties voor 5G en de toekomstige 6G-standaard, in nauwe samenwerking met de ITU, het VN-agentschap voor telecommunicatie.
Op onderzoeksgebied lopen grote programma's in Europa (het Hexa-X-consortium, met Nokia en Ericsson als trekkers, gefinancierd via het EU Horizon-programma), de Verenigde Staten (universiteiten en bedrijven verenigd in initiatieven als Next G Alliance) en Azië, waar China via staatsgesteunde onderzoeksinstituten en bedrijven als Huawei en ZTE fors investeert in 6G-onderzoek en al vroeg experimentele netwerken test.
Chipmakers zoals Qualcomm en MediaTek ontwikkelen de modems en sensor-chips die alles-met-alles-verbindingen praktisch mogelijk maken, terwijl cloud- en edge-computingbedrijven als Microsoft, Amazon en Google de dataverwerkende infrastructuur leveren. Op het satellietvlak zijn SpaceX (Starlink) en concurrenten als AST SpaceMobile en Amazon (met het Kuiper-project) de belangrijkste spelers die telefoons rechtstreeks met de ruimte willen verbinden.
Ook beroepsorganisaties als IEEE dragen bij door technische standaarden te ontwikkelen voor onder meer draadloze communicatie en sensor-netwerken, en door onderzoek te publiceren dat de wetenschappelijke basis vormt voor veel van deze ontwikkelingen.