MyMesh wellicht de toekomst voor industriële gebouwenverlichting

door Henriëtte van Norel

‘Dé infrastructuur voor gebouw, straat of industrieterrein van de toekomst’ is het draadloze lichtbesturingssysteem MyMesh van de Nederlandse onderneming Chess Wise BV. Duizenden nodes kunnen voortaan volledig draadloos met elkaar communiceren. Vanaf nu kunnen zowel aan internetzijde als in het gebouw zelf probleemloos functies worden toegevoegd, zonder voortaan complexe configuratiewijzigingen door te hoeven voeren. Lange tijd leek dit een ware utopie voor grootschalige toepassingen, maar sinds de komst van deze innovatieve infrastructuur is dit scenario werkelijkheid geworden. Binnenkort wordt het geheel uitgebreid met een draadloos werkend geautomatiseerd bewakingssysteem voor noodverlichting in bestaande gebouwen. En dat is nog maar het begin. In dit artikel een gesprek hierover met de Siebren de Vries, CTO van Chess Wise en Han Bak, CEO van Chess Wise.

“Onze nieuwe draadloze MyMesh infrastructuur moet in de toekomst een ‘no-brainer’ worden”, zo stelt De Vries. “Eigenlijk zoals app’s werken. Je koopt een app voor je telefoon in een app-store en het werkt. Ook met onze infrastructuur moet het op termijn zo werken. Mensen kopen een fysiek product in de winkel of ze downloaden de gewenste softwaremodule op internet. Daarna nemen ze het mee een gebouw in, zodat het gebouw zich ernaar gaat gedragen. Functionaliteiten die, naast (nood-)verlichting, allemaal via deze in de verlichting ingebouwde infrastructuur kunnen worden bestuurd zijn HVAC (lees: verwarming, ventilatie en airconditioning) en toegangscontrole. In combinatie met een back office kunnen deze functionaliteiten worden uitgebreid met services als lokalisatie, sensorgestuurd schoonmaken, het boeken van vergaderruimtes, ‘spaceplanning’, brandmelding, etc.

Ontstaan

De Vries, geestelijk vader van de nieuwe draadloze infrastructuur: “Het idee voor de ontwikkeling van zo’n netwerk is een combinatie geweest van gebeurtenissen. Het eerste idee ontstond eigenlijk tijdens een workshop vele jaren geleden, waar we moesten nadenken over producten die we 15 jaar later zouden verkopen. Ideeën die daarbij bovenkwamen waren iets met draadloze techniek, sensoren en energiemanagement. Daar bleef het bij op dat moment, tot ietwat later het tweede idee ontstond om de ‘peer-to-peer’-technologie van internet te kopiëren naar een netwerk dat lokaal kon worden ingezet. Deze internettechnologie werd indertijd actief gebruikt voor illegale muziekdistributie en door het toenmalige Deense concern Skype. Kenmerkend voor deze technologie is dat de informatie van heel veel servers tegelijk komt en allemaal in kleine stukjes bij elkaar wordt gesprokkeld. Het resultaat is een extreem snel, zeer betrouwbaar en moeilijk te vangen netwerk.”

Radiocommunicatie

Het resultaat was een draadloos mesh-netwerk, MyMesh geheten, dat in eerste instantie werd toegepast voor mobiele assets. Een eerste project was dan ook het onderling laten communiceren van 140.000 aluminium karretjes op de bloemenveiling in Aalsmeer. Doordat in tegenstelling tot internettechnologie, deze technologie werkte op basis van radiocommunicatie moest wel rekening worden gehouden met een zekere overbruggingsafstand. De exacte overbruggingsafstand werd bepaald door de in de nodes ingebouwde radio en werd ingezet bij kapitaalgoederen. Met twee teams, een team van Chess Wise en een team met medewerkers vanuit de HBO- en universitaire wereld en het researchplatform Devlab, werd hard gewerkt om de bovengenoemde infrastructuur bewijsbaar en uitermate betrouwbaar te maken.

Opkomst LED-verlichting

De visie veranderde toen de LED-verlichting op de markt kwam. Vrijwel direct zag Chess Wise de talloze mogelijkheden en begon met de eerste verlichtingsprojecten. Een nieuw tijdperk voor Chess Wise brak aan.  Han Bak, CEO van Chess Wise vertelt: “Een eerste project was de realisatie van Canapé-verlichting boven de platforms van benzinestations. Volledig onbemand moest de verlichting uitschakelen en actief dimmen. Overdag moest de verlichting zoveel mogelijk gedimd zijn. Hoewel het systeem prima functioneerde, stootte we tijdens dit project ook op een aantal uitdagingen. Zo wilde de pomphouders onder andere een schakelaar om toch ook handmatig de verlichting te kunnen bedienen. Verder wilde wij als Chess Wise via een gateway, werkend op GSM-technologie, een koppeling maken naar ons managementsysteem dat in de Cloud draaide. Dit was een uitdaging op zich, omdat onze techniek uitsluitend in een afgesloten ruimte mocht worden opgesteld in verband met elektromagnetische compatibiliteit. Het antennebereik was echter in zo’n ruimte voor ons onvoldoende.”

Domeinkennis

Ook leerde we al snel dat licht in de diverse domeinen steeds op een andere manier wordt ervaren.  Noodzakelijk was dus om zo snel mogelijk in kaart te brengen wat de exacte eisen en wensen zijn per domein. “Met name het opbouwen van deze kennis heeft met name veel tijd en energie gekost”, zo legt De Vries uit. Zo moest worden nagegaan ‘Wat betekent verlichting voor een gebouw, een kantoor of een stad?’, ‘Welke eisen worden daaraan gesteld?’, ‘Hoeveel is het gewenste minimum lichtniveau?’ en ‘Wat zijn de gewenste schakelpatronen (aan/uit, in scene etc)?’. Het is een groot verschil of de elektronica dient te worden ingebouwd in straatlantaarns die jarenlang buiten opgesteld worden in weer en wind of in een kantoor en/of gebouw. Nu, anno 2018, zijn inmiddels talloze domeinen in kaart gebracht. Eigenlijk teveel om op te noemen.

Slimme gebouwen en steden

De Vries vervolgt: “Inmiddels durf ik te stellen dat onze revolutionaire technologie het begin is van een nieuw tijdperk in de wereld van gebouwautomatisering. Dit wordt zonder twijfel dé backbone van de toekomst, waarmee binnen afzienbare tijd ook andere systemen in gebouwen of op straat kunnen worden aangestuurd. Denk bijvoorbeeld aan systemen voor beveiliging, lokalisatie, verwarming, koeling etc.” “Onze technologie laat zich het beste vergelijken met de grote sprong voorwaarts waarmee de heer Ford indertijd te maken kreeg”, aldus Bak. “Hij vroeg de mensen indertijd wat ze wilden hebben? Het antwoord was een sneller paard. Ford dacht hier echter heel anders over en kwam met een auto. Zo komen wij nu met dé draadloze busbesturing voor gebouw en stad, de toekomst voor ‘smart cities en smart buildings’. Op de vraag of er niet meer ontwikkelingen op dit gebied geweest zijn de afgelopen jaren, antwoordt de Vries: “Jawel die waren er zeker, maar die beperkten zich steeds tot verwarming en koeling. De verlichting is daar nooit in meegenomen. Ook zijn er in het verleden wel een aantal bussystemen, zoals Profibus en Bacnet, geïntroduceerd voor gebouwautomatisering. Bedrade bussystemen die slechts een beperkte flexibiliteit hebben in vooral bestaande omgevingen”

Geïnspireerd op de natuur

In tegenstelling tot Wifi, dat van origine ontwikkeld is voor de particuliere markt, zet Chess Wise met de hier beschreven infrastructuur in op de professionele markt, onder andere industriële gebouwen en straatverlichting, op projecten waar duizenden nodes met elkaar moeten kunnen communiceren. Deze infrastructuur is volledig zelforganisatorisch en geïnspireerd op de wijze waarop cellen in de biologie met elkaar praten en één geheel vormen. Hierdoor is de MyMesh infrastructuur makkelijk schaalbaar. Het is eenvoudig om nodes weg te halen of toe te voegen en te combineren met met een dubbele of driedubbele gateway, zodat er nooit en te nimmer een enkel punt van falen kan ontstaan. Doordat gebruik wordt gemaakt van ‘dynamic slot allocation (DSA)’ heeft deze draadloze infrastructuur bovendien een gegarandeerde communicatiebetrouwbaarheid van 99,99999999% (zie artikel ‘A Verified Wireless Safety Critical Hard Real-Time Design, IEEE 2011).

Veiligheid

Cruciaal bij de ontwikkeling van bovengenoemde infrastructuur was verder het kunnen garanderen van de veiligheid. Dit is gerealiseerd door ‘end-to-end security’ toe te passen. De Vries licht toe: “Dit begint al bij de productie van onze hardware. Al onze hardware wordt reeds in de fabriek voorzien van een unieke softwaresleutel voor incryptie. Al deze unieke softwaresleutels worden door Chess Wise gemanaged via een centraal beheersysteem, dat vanwege veiligheidsredenen ook weer zaken achterwege laat. Kortom: al onze hardwareproducten zijn uniek en uitsluitend te gebruiken als de juiste encryptiecodes bekend zijn. Ofwel het berichtenverkeer in het netwerk, tussen het netwerk en het internet en alle toegangsdeuren om in een node te komen zijn versleuteld met een unieke code. Chess Wise heeft per project voor een aantal toegangsdeuren sleutels in haar bezit. Wil een klant dit echter niet dan worden deze sleutels vernietigd. Het beheer van al deze unieke sleutels zit opgesloten in zogeheten HSM’s (lees: hardware security module), die zichzelf vernietigen bij oneigenlijk gebruik. Uit veiligheidsoogpunt zijn derhalve diverse klonen van de originele HSM opgesteld in de wereld, die onderling met elkaar verbonden zijn en voortdurend worden geüpdate. Een bewezen veiligheidsnetwerk dat ook gebruikt wordt in de bankwereld voor betalingen.

Uitbreiding voor noodverlichting

Nieuw is een uitbreiding op het hierboven beschreven draadloze lichtbesturingssysteem. Zo is recent een draadloos werkend, geautomatiseerd managementsysteem met een minicontroller DALI gelanceerd, speciaal voor het op afstand uitvoeren van functie- en duurtesten bij noodverlichting in bestaande gebouwen. Een  draadloos werkende zelftest voor noodverlichting, die communiceert volgens het meest toegepaste DALI-protocol wereldwijd voor verlichting in het algemeen, en noodverlichting in het bijzonder. Door de speciaal hiervoor door Chess Wise ontwikkelde minicontroller DALI (lees: miniBLC-DALI Building Light Control) in te bouwen of te koppelen aan de drivers van noodverlichtingsapparatuur in een gebouw, kunnen de resultaten van de functie- en duurtesten probleemloos worden teruggekoppeld naar het achterliggende managementsysteem via een Ethernet gateway. Een gateway die ook het berichtenverkeer verwerkt van de algemene verlichting, de sensoren en de schakelaars uit het lichtbesturingsnetwerk. Speciaal voor de in opkomst zijnde slimme drivers van bekende lichtfabrikanten als Philips, Osram etc. is binnenkort een uitvoering zonder eigen voeding van 230 V beschikbaar. Met de komst van bovengenoemde zelftest kan vanaf nu voortaan aanzienlijk bespaard worden op preventieve onderhoudskosten, omdat visuele inspectierondes vervangen kunnen worden door monitoringtechnologie. Op mankracht kan dus fors worden bespaard.

Conclusie

Interessant te melden is dat de hierboven toegelichte infrastructuur ook moeiteloos in bedrijfsverzamelgebouwen kan worden toegepast, zo legt Bak uit. “In zo’n geval worden de verschillende ondernemingen in zo’n gebouw fysiek gescheiden door ze in andere radiokanalen te plaatsen en bovendien krijgen de verschillende radioberichten dan een eigen identifier mee, zodat deze in geen geval kunnen worden uitgewisseld.” Van alle verlichting die momenteel nieuw geïnstalleerd wordt in de wereld, werkt meer dan 20% met het DALI-protocol. Bij bestaande gebouwen wordt grofweg in circa 15% van de situaties het DALI-protocol toegepast. Voor al deze installaties is deze draadloze DALI-oplossing dé uitkomst voor ‘smart building’ en ‘smart industries’. Behalve dat het systeem eenvoudiger, flexibeler en schaalbaarder is, heeft het ook een lagere drempel en derhalve een grotere toegevoegde waarde.