Réseaux LoRa & Sigfox : il y a une vie en-dehors de la 3G, du Bluetooth et du Wi-Fi !

03 juin 2018 à 18h30
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On estime que d'ici 2020, ce sont plus de 50 000 Go de données qui transiteront entre nos machines chaque seconde. Ces échanges massifs se font en partie via des réseaux sans fil, les plus répandus étant essentiellement les réseaux 3G/4G, le Bluetooth et le Wi-Fi. Mais d'autres réseaux moins connus sont utilisés tous les jours dans nos objets connectés et dans nos villes !

Nous connaissons tous les principaux réseaux non-câblés qui font partie de notre quotidien, en téléphonie mobile avec la 3G/4G ou avec celui qui s'est imposé comme le standard domestique, le Wi-Fi.

Ces réseaux traditionnels ont en commun un protocole de communication d'une grande complexité qui permet un débit de données très élevé. Avec jusqu'à 700 Mbits de débit par seconde, ils permettent de regarder des vidéos en 4K et d'échanger de gros fichiers au quotidien. Mais cela implique également une importante consommation énergétique : la connectivité sans fil représente environ 40% de la consommation énergétique de nos téléphones.

Ces technologies évoluent et s'adaptent à nos besoins au fil des années, et nous permettent d'échanger toujours plus de données, toujours plus vite, tout en contrôlant notre consommation.

ville connectée fotolia


Les nouveaux réseaux dédiés à la ville connectée

Parallèlement, on assiste à l'émergence des villes connectés au sein desquelles de plus en plus d'objets du quotidien doivent être également capable de communiquer entre eux. Les applications telles que les compteurs intelligents, le contrôle et la gestion des parkings, de l'éclairage ou encore du trafic routier se généralisent.

Les quantités mesurées ou contrôlées dans ces applications, comme les conditions météorologiques, les niveaux d'humidité du sol ou les lampadaires, montrent toutes de très lentes fluctuations sur une période prolongée. Pour connecter ces objets il suffit, dans la majorité des cas, d'un débit de données extrêmement faible avec des échanges très peu fréquents.

détecteur de place de stationnement
Le pavé clair est un détecteur de places de stationnement installé aux abords du port d'Amsterdam. Il transmet un message lorsqu'une place se libère et permet de mieux gérer les flux de véhicules.


L'un des principaux challenges consiste également à augmenter la durée de vie des batteries de ses capteurs afin de réduire les coûts de maintenance et de remplacement.

D'après une étude de la firme Gartner datée de 2017, ce sont plus de 20,4 milliards « d'objets » qui seront connectés en 2020. Cet engouement soulève de nouveaux besoins en matière de connectivité. Or, les réseaux grand public sont mal adaptés aux objets car trop gourmands en énergie et trop coûteux.

C'est un petit peu comme de payer un abonnement 4G illimité au prix fort alors que vous ne souhaitez envoyer que 10 SMS par mois. N'existerait-il pas un forfait plus adapté ?

reseau sans fil fotolia


L'émergence des LPWANs

Supporter un très grand nombre de connexions à faible débit avec une consommation énergétique minimale, le tout pour des coûts d'implémentation et de de gestion réduits : voici le tour de force à accomplir pour supporter l'expansion de l'Internet Of Things.

La demande est si forte que de nombreux industriels se sont engouffrés dans la brèche tentant d'imposer un nouveau standard. C'est l'avènement des LPWAN, Low Power Wide Area Network (réseaux sans-fil à faible consommation énergétique). Ils sont constitués de différents routeurs qui collectent les messages des capteurs environnants et qui retransmettent les informations sur internet afin d'y accéder sur son mobile où un ordinateur.

Ils permettent l'échange de données simples telle que l'état d'un interrupteur, la position géographique d'un objet, le taux d'humidité d'un entrepôt ou le déclenchement d'une alerte.

Voici les principales caractéristiques et attentes d'un réseau LPWAN :
CaractéristiqueRéseau LPWN
DébitFaible : une centaine d'octets de données par jour
Fiabilité de la transmissionMoyenne : les données sont rarement critiques et certaines pertes de données restent acceptables
Consommation énergétiqueBonne : 10 ans de batterie avec seulement 4 piles classiques.
Coût et souscription au réseauBons : gratuit ou quelques centimes par objet et par mois
PortéeBonne : 30 km en milieu rural, 5 km en ville


Le sujet de la législation autour des fréquences radio

Une autre particularité de ces réseaux est l'utilisation d'une bande de fréquence libre d'exploitation.
En effet, l'utilisation des différentes fréquences radio est encadrée par des organismes nationaux et internationaux afin que tous les systèmes sans fils puissent cohabiter sans subir de perturbations.

Il est possible d'acheter certaines plages de fréquence pour être assuré d'être l'unique utilisateur au niveau national ou international. Ce sont donc plusieurs millions d'euros qui sont dépensés chaque année par les opérateurs téléphoniques dits classiques (Orange, SFR, Free...) afin d'assurer à leurs utilisateurs qu'un client d'une entreprise concurrente ne perturbera pas sa communication.

Il existe deux bandes de fréquence définies comme libres d'utilisation, appelées ISM (Industrie, Science et Médicale) : 868 MHz et 2.4 GHz - fréquence dans laquelle opèrent le Bluetooth et le Wi-Fi.

Dans ce contexte, deux réseaux tendent à s'imposer dans la guerre des LPWANs. Ils utilisent la fréquence ISM 868 MHz, qui permet d'obtenir une portée supérieure comparée à 2.4 GHz.

Il s'agit de SigFox et LoRa, qui reposent tout deux sur des technologies d'initiative française.
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