Il existe de nombreuses options pour la transmission de données entre les capteurs IOT et une application web / mobile, via une plate-forme IOT. Chacun a ses avantages et désavantages. Il n’y a pas de solution universelle.

Réseaux sans fil câblés et à courte portée

La première option consiste à câbler les capteurs. Ou utilisez des réseaux sans fil à courte portée. Mais bien sûr, il n’offre pas de portée globale et est donc très restrictif. Dans le contexte des réseaux sans fil, on peut citer:
  • WIFI: big consumer of energy, it does not allow a realistic operation on battery, and is not well adapted to an industrial environment.
  • Bluetooth, ZigBee, Z-Wave

M2M – réseaux 2G, 3G, 4G & 5G

Jusqu’à présent, lorsqu’il s’agit de connecter un objet (une machine, un véhicule …) pour connaître son statut, sa localisation, ou interagir avec lui, la seule solution globale – une couverture géographique globale, nationale, voire internationale – consistait à l’équiper d’une carte SIM, et utiliser le réseau GPRS / 3G d’un opérateur télécom. Les problèmes de cette technologie, communément appelée M2M (Machine to Machine), sont connus:

  • Equipement coûteux: difficile de trouver un modem 3G inférieur à 20-30 Euro …
  • Consommation d’énergie très élevée, nécessitant une source d’alimentation permanente (et donc un câblage) ou une batterie puissante, rendant la taille du capteur incompatible avec de nombreux cas d’utilisation
  • Encombrant
  • Un coût d’abonnement, pour la connectivité, non négligeable, lié à la nécessité d’un réseau radio (opérateurs d’antennes) dense et coûteux.

Il est donc difficile, avec le M2M, de connecter de petits objets, ou de ne pas avoir de source électrique. Ou d’accepter que le capteur coûte plus cher que l’objet connecté lui-même … Sans compter qu’il n’est pas souhaitable pour la santé, compte tenu de la puissance des émissions, de transporter un objet connecté en 3G, 24 heures sur 24.

LPWAN – Low Power Wide Area Networks

C’est dans ce contexte que les technologies LPWAN (Low Power Wide Area Network) ont vu le jour. Les objectifs de cette technologie sont de proposer des capteurs

  • Bon marché – A terme quelques euros …
  • Petites tailles – quelques centimètres, ou moins …
  • Peut fonctionner sur batterie, avec une grande autonomie (5-10 ans!)
  • Optimisé pour communiquer pour de très petits débits, pour quelques centimes d’euros par mois

Si la technologie LPWAN n’est pas récente, avec déjà implémentée dans les années 90 (par exemple le réseau Alarm Net aux Etats-Unis), il faudra attendre la création de SIGFOX (2009) et le lancement de son premier réseau en 2012 , en France, pour qu’il commence à être structuré et à se populariser.

IOT-networks-spectrum-LPWAN-2G-3G-4G-ZIGBEE

Les principaux acteurs du réseau LPWAN – réseau étendu de faible puissance – pour les projets IOT sont: SigFox et LoRaWAN. D’autres technologies, telles que RPMA (Ingenu), Weightless, Strij (Russie), ne sont pas encore très populaires. NB-IOT apparaît également …

SigFox & LoRaWAN

Les deux acteurs technologiques les plus utilisés aujourd’hui sont SigFox et LoRa. S’il existe encore deux techniques différentes (SigFox est l’Ultra Narrow Band), d’un point de vue technique, les deux technologies sont relativement équivalentes.
SigFox et LoRaWAN opèrent sur une bande de fréquence ISM (Industrial, Scientific and Medical) gratuite, il n’y a donc pas besoin de licence. Si cette bande de fréquences est libre, elle nécessite néanmoins le respect d’une règle, qui est de ne pas utiliser plus de 1% de la bande passante, ce qui explique la limitation du nombre de données pouvant être transférées …

Le principe de fonctionnement est que le capteur (appareil) est en mode veille la plupart du temps (pour économiser la batterie), et se réveille à intervalles réguliers – habituellement, au plus toutes les 10 minutes – pour transmettre les données mesurées. Paquets de données de 12 octets qui sont diffusés et récupérés par toutes les passerelles (gateways) visibles. Ces données sont ensuite transmises sur Internet à une plateforme IOT qui traitera les données.

sigfox-lpwan-network

Un opérateur mondial. Disponible aujourd’hui dans plus de 30 pays. Partenariat au niveau national avec une entreprise pour le déploiement local. Aucune contrainte sur le chipset radio SigFox.

Uplink (données de l’appareil vers le réseau: 140 messages de 12 octets / jour

Downlink (données du réseau vers l’appareil): 4 messages / jour

Points forts: un réseau mondial (avec l’itinérance « par conception »)

LORAWAN-LPWAN-Network

Une norme ouverte (LoRa Alliance) pour un réseau IOT. Tout le monde peut déployer et exploiter un réseau LoRaWAN public ou privé. Mais il est obligatoire d’utiliser le chipset Semtech (modem radio)

Uplink (données de l’appareil au réseau: 140 messages de 12 octets / jour

Downlink: plus flexible

Points forts: Possibilité de construire ses propres réseaux privés LoRaWAN. Des dizaines de milliers de réseaux dans le monde

NB-IOT (Narrow Band IOT)

NB-IOT, pour « Narrow Band IOT », est la réponse des opérateurs GSM traditionnels pour offrir également un réseau LPWAN. Il s’agit d’une spécification récente, une évolution de la technologie 4G (LTE) qui offre une solution à faible consommation d’énergie, avec un débit limité, basée sur une mise à jour du réseau 4G actuel.

nb-iot-network-narrow-band-iot

Si cette solution offre l’avantage d’une couverture nationale globale (puisqu’il s’agit seulement d’une mise à jour du réseau actuel), il est probable que la consommation d’énergie ne sera pas aussi faible et que le coût des capteurs sera plus élevé. De plus, il est impossible de construire un réseau privé basé sur NB-IOT. C’est en tout cas une alternative intéressante, mais loin d’être parfaite.

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