Les technologies de communication LPWAN pour l’internet des objets

Toutes les technologies de communication LPWAN ont en commun de prolonger au maximum l'autonomie de la batterie et d'augmenter la portée. Du point de vue du fabricant d'appareils, outre la durée de vie de la batterie, le plus important est la disponibilité du réseau et ses capacités. Les types de techniques de communication susmentionnés diffèrent les uns des autres par un certain nombre de paramètres, et donc de fonctionnalités.

Les technologies de communication LPWAN basées sur le LTE - NB-IoT et LTE-M

Deux des technologies de communication LPWAN sans fil de plus en plus populaires, à savoir NB-IoT et LTE-M, ont été normalisées par le 3GPP dans la version 13 "LTE Advanced Pro". Le 3GPP est un projet créé en 1998 pour normaliser le développement du réseau mobile. Ces techniques de communication se distinguent par une bande de fréquence sous licence. Les principaux avantages de l'utilisation de la bande sous licence sont l'absence d'interférences, la possibilité d'envoyer plus de données à une vitesse relativement élevée.

La technologie NB-IoT

NB-IoT (Narrow Band Internet of Things, alias LTE Cat-NB1) - une technologie de communication LPWPA sécurisée, fiable et surtout efficace. Le NB-IoT a été normalisé dans le cadre du 3GPP et il est donc possible d'utiliser l'infrastructure LTE existante pour fournir une connectivité NB-IoT.
NB-IoT est destiné aux appareils stationnaires qui sont enregistrés dans la même cellule de réseau en permanence. Le niveau élevé de pénétration des obstacles signifie que les appareils NB-IoT peuvent être installés dans des endroits qui ne sont pas facilement accessibles par radio.

Les points forts de la technologie NB-IoT

Bande de fréquences LTE 700 MHz sous licence - 2100 MHz (selon le canal)
Semi-duplex (transfert et réception de données en alternance)
Délai important (1,5 - 10 s)
Vitesse de transfert des données <250 kbps
Une cellule du réseau supporte de 50 à 10000 appareils
Longue portée de la BTS (5 km - 50 km) en fonction du niveau d'urbanisation et des obstacles naturels
Très bonne pénétration des obstacles tels que les murs
Fonctionne sur la base de l'infrastructure du réseau 4G
Long enregistrement dans le réseau, le passage d'une cellule à l'autre entraîne une augmentation significative de la consommation d'énergie
Modèle de réseau public, frais d'utilisation pour les opérateurs de télécommunications
Normalisation dans le monde entier (certification, sécurité)
Possibilité de mettre à jour le micrologiciel des appareils via le réseau - FOTA (Firmware Over The Air)
Pas de prise en charge des SMS et de la voix

Quelques exemples d'application pour les sondes NB-IoT

Capteurs stationnaires pour la surveillance de l'environnement
Compteurs d'électricité (compteurs intelligents)

La technologie LTE-M

LTE-M (Long Term Evolution for Machines, aka Cat-M, Cat-M1) - comme NB-IoT, il fonctionne sur le réseau 4G existant et a été normalisé dans la version 13 du 3GPP. Le LTE-M peut être utilisé dans des solutions où le NB-IoT ne fonctionne pas, c'est-à-dire dans le transport, où l'appareil change rapidement d'emplacement entre les cellules du réseau. Souvent, les fabricants de modules de communication LTE-M intègrent dans leurs produits un module GNSS, ce qui peut encourager ce type d'applications. Un autre avantage du LTE-M est le VoLTE, qui permet la transmission de la voix. Le paramètre qui plaide en défaveur du LTE-M par rapport au NB-IoT est la transmission relativement moins bonne du signal à travers les obstacles.

Les points forts de la technologie LTE-M

bande de fréquences LTE 700 MHz sous licence - 2100 MHz (selon le canal).
Duplex intégral ou semi-duplex
Faible délai (10 - 15 ms)
Vitesse de transfert des données <1Mb / s
Prise en charge du transfert de la voix (technologie VoLTE)
Possibilité de mettre à jour le micrologiciel des appareils via le réseau
Commutation rapide entre les cellules du réseau
Perméabilité à travers les obstacles plus faible que celle de NB-IoT
Modèle de réseau public, frais d'utilisation pour les opérateurs de télécommunications
Normalisation dans le monde entier (certification, sécurité)

Quelques exemples d'application pour les sondes LTE-M

Localisation d'articles dans les transports
Surveillance de la température de la chaîne du froid

Les technologies de communication LPWAN basées sur des bandes de fréquences sans licence - LoRa et Sigfox

Sigfox et LoRa utilisent des bandes de fréquences sans licence. Cela présente certains inconvénients - dans la pratique, cela peut entraîner le chevauchement de divers signaux et l'apparition de perturbations. C'est pourquoi la vitesse de transfert des données est relativement faible et s'élève à quelques dizaines de kb/s.

La technologie Sigfox

Sigfox - cette technologie de communication arrive sur le marché en France en 2009 par une entreprise du même nom. Lorsque l'appareil est en fonctionnement, il n'est pas nécessaire de maintenir une connexion avec la cellule du réseau. Lorsque l'appareil envoie des messages, les données atteignent la station de base la plus proche. En principe, l'appareil doit utiliser le réseau pour envoyer de très petits paquets de données. Le réseau a un protocole de communication léger et des limites de transfert de données : 140 messages par jour, chacun contenant jusqu'à 12 octets de données. Un appareil peut recevoir jusqu'à quatre messages par jour contenant 8 octets de données. Sigfox, pour sa part, contrôle le réseau, fournit l'infrastructure du réseau et perçoit des redevances auprès des opérateurs qui interviennent dans la vente de services.

Les points forts de la technologie Sigfox

Bande de fréquence sans licence (868 MHz - Europe, 915 MHz - USA)
Pas besoin de maintenir la connexion avec la station de base
Vitesse de transfert des données <50 kbps
Les données passent par la plateforme cloud de Sigfox
Technologie fermée, un seul opérateur de réseau (Sigfox), pas de possibilité de construire son propre réseau et de le contrôler
L’appareil ne nécessite pas de carte SIM
Portée jusqu'à 50 km

Quelques exemples d'application pour les sondes Sigfox

Réseau de capteurs environnementaux
Surveillance du niveau de l'eau dans les réservoirs d'eau

La technologie de communication LPWAN LoRaWan (LoRa)

LoRaWan (LoRa) - technologie de communication développée par une société française appelée Cycleo (acquise par Semtech en 2012). Actuellement, le développement de cette technologie est coordonné par la LoRa Alliance, une organisation à but non lucratif qui regroupe plus de 250 entreprises membres. Comme Sigfox, elle utilise une bande de fréquence accessible au public. L'architecture du réseau LoRa se base sur une topologie en étoile dans laquelle les passerelles sont des ponts qui assurent la transmission entre les dispositifs finaux et les serveurs centraux. La communication avec les terminaux peut être bidirectionnelle, ce qui permet non seulement de recevoir des messages, mais aussi de contrôler le fonctionnement des appareils et de mettre à jour leur logiciel. Un autre avantage, par rapport à d'autres normes populaires de transmission sans fil LPWAN, est la possibilité de créer des réseaux privés et d'en garder le contrôle total. La portée maximale est de 15 km en espace ouvert.

Les points forts de la technologie LoRaWan

Bande de fréquences sans licence (169, 433, 868 MHz - Europe, 915 MHz Amérique du Nord)
Bidirectionnel - half duplex (transfert et réception de données en alternance)
Vitesse de transfert des données <50 kbps
Technologie ouverte, sans frais
L’appareil ne nécessite pas de carte SIM
Portée jusqu'à 20 km

Quelques exemples d'application pour les sondes LoRa

Contrôle de l'éclairage public
Contrôle du système d'irrigation des cultures dans l'agriculture