Les dernières tendances en matière de LPWAN

La popularité des réseaux étendus basse consommation (LPWAN) dans les villes intelligentes et les zones rurales est en plein essor

La popularité des réseaux étendus basse consommation (LPWAN) dans les villes intelligentes et les zones rurales est en plein essor, mais la technologie évolue vers d'autres domaines, allant des réseaux 2,4 GHz aux réseaux par satellites.

Le défi à relever est de faire en sorte que les milliards de dispositifs de l'Internet des objets (IoT) puissent être connectés de manière simple et transparente. Surmonter la complexité issue des multiples applications à travers le monde est peut-être le plus grand problème auquel se heurte le déploiement de l'IoT à grande échelle. Le déploiement et la gestion de millions, voire de milliards, de dispositifs représentent aujourd'hui un défi considérable. Ces problèmes peuvent être résolus grâce à des normes ouvertes et à du matériel interopérable, qui permettent de rendre toutes sortes de chaînes d'approvisionnement, d'infrastructures intelligentes, et de réseaux de capteurs ruraux, plus efficaces et plus productifs.

Depuis le lancement des dispositifs LoRa de Semtech, les capteurs déployés les utilisant sont désormais plus de 260 millions au sein des réseaux LPWAN sous-GHz de l'Internet des objets (IoT). Récemment, la technologie a été enrichie pour rendre LoRa utilisable dans la bande ISM 2,4 GHz, disponible dans le monde entier. Cela ouvre la porte à des applications de suivi d’actifs logistiques et de surveillance industrielle dans le monde entier.

L'utilisation de LoRa dans la bande 2,4 GHz permet de concevoir un seul nœud sans fil ou une seule passerelle mobile pour arbitrer entre débit de données, efficacité de transmission, consommation d'énergie et portée, sans avoir à prévoir plusieurs variantes pour les différents marchés mondiaux. Cela permet de réaliser des économies d'échelle dans la production, et aussi de réduire les coûts ainsi que la complexité du stockage grâce à l’utilisation d’un produit unique.

La bande 2,4 GHz est toutefois encombrée par d'autres réseaux sans fil, qu'il s'agisse de Wi-Fi, de Bluetooth, de Zigbee, de Thread and Matter, ou encore de liaisons propriétaires ou spécifiques. Tous ces réseaux peuvent interférer, mais la solide immunité aux interférences de la modulation LoRa permet d'assurer des liaisons dans les environnements difficiles, des installations industrielles aux environnements urbains les plus denses. Cela permet des connexions plus robustes avec une faible consommation sur des réseaux 2,4 GHz déployés au sein de bâtiments ou d'usines.

IoT par satellite

Les dispositifs LoRa ont récemment évolué grâce à une nouvelle fonctionnalité du standard LoRaWAN, appelée longue portée à étalement de spectre par saut de fréquence (LR-FHSS pour Long Range - Frequency Hopping Spread Spectrum), qui permet d'établir des connexions basse puissance directement avec des satellites en orbite terrestre basse, voire en orbite géostationnaire, ouvrant ainsi la voie à un large éventail de nouvelles applications pour cette technologie.

En outre, le LR-FHSS améliore encore l'immunité aux interférences tout en augmentant l'efficience spectrale, et donc la capacité du réseau. Le protocole décompose chaque paquet de données en plusieurs blocs et les répartit de manière aléatoire sur une certaine bande de fréquence. Il utilise aussi des en-têtes physiques redondants sur les messages envoyés sur des fréquences différentes, pour améliorer encore la robustesse de modulation vis-à-vis des interférences.

L'utilisation de nœuds de capteurs pour se connecter à ces satellites permet aux réseaux existants de s'étendre rapidement sans dépenses supplémentaires, et d’attendre le déploiement de l'infrastructure réseau terrestre. La technologie permet une interopérabilité totale entre réseaux terrestres et satellitaires, les schémas de modulation LoRa et LR-FHSS peuvent coexister au sein d’une passerelle ou d’un serveur réseau, et différentes passerelles peuvent coexister au sein du même réseau.

Réseau communautaire de voisinage

Un autre domaine intéressant est la croissance et l'accélération des réseaux appartenant à des communautés. En dehors des avantages commerciaux, de tels réseaux ouvrent la voie à des solutions permettant à ces communautés d'adopter une approche plus respectueuse de l'environnement. Ces réseaux « peer-to-peer » (point à point) sont constitués par des individus qui hébergent des passerelles locales LoRaWAN connectées à la box haut débit de leur domicile. La longue portée de LoRaWAN permet de couvrir certaines villes petites ou moyennes à l’aide d’une « poignée de passerelles », fournissant ainsi une couverture rapide et rentable.

La tendance est à plus d'interopérabilité au sein de l'IoT, car les clients doivent utiliser plusieurs technologies pour construire une solution, ce qui conduit à une plus grande reconnaissance des technologies réseau et des technologies de calcul, en combinant LoRaWAN à d'autres connectivités IoT, fonctionnant ensemble grâce à du code open source et à du matériel ouvert.

L'Alliance LoRa, qui compte près de 400 entreprises membres, allant de fournisseurs de puces, de cartes, de passerelles et de logiciels, jusqu’à des opérateurs de réseaux satellitaires nationaux et internationaux, est la clé de cette interopérabilité.

L'utilisation d'un protocole standard et interopérable permet d'utiliser un large éventail de matériel ouvert. Les développeurs peuvent être assurés que les appareils utilisant LoRa pourront se connecter à une passerelle, que celle-ci se trouve dans un bâtiment intelligent, sur un porte-conteneurs, ou à bord d’un satellite.

Mais les problèmes ne se limitent pas à l'équipement d'un capteur et d'un émetteur-récepteur fonctionnant dans une bande de fréquences particulière, et la connexion des capteurs à une passerelle n’est qu’une partie de l'histoire. Les données doivent être capturées, collectées, agrégées et transformées en données exploitables. Connecter toutes ces précieuses données au cloud est un défi majeur avec toutes ces technologies différentes.

L'utilisation d'un protocole unique sur toutes ces bandes de fréquences, sur des réseaux terrestres ou satellitaires, avec un matériel économique et à faible consommation, permet d’obtenir un modèle de données cohérent. Cela permet de simplifier les systèmes de gestion de données dans le cloud, qui fournissent des informations exploitables, quelle que soit la source des données. Les informations fournies par des millions d'appareils contribuent à l'efficacité de toutes sortes de processus, qu'il s'agisse de chaînes d'approvisionnement s'étendant dans le monde entier, ou d'infrastructures intelligentes aux quatre coins du globe.

Conclusion

La fragmentation de l'Internet des objets constitue un défi majeur pour l ‘extension des réseaux. Avec LoRa, un protocole ouvert unique permet la mise en œuvre d’un écosystème de fournisseurs de matériel, de logiciels et de services cloud. Au sein de cet écosystème, du matériel économique et de faible puissance peut fonctionner dans les bandes sous-GHz, 2,4 GHz et satellite. Ce matériel interopérable est capable de transmettre les données vitales à des systèmes dans le Cloud, regroupant plusieurs systèmes différents. C'est cette capacité à fournir les informations nécessaires à l'optimisation des opérations qui rend les chaînes d'approvisionnement, les infrastructures intelligentes et les réseaux ruraux plus efficaces, où qu'ils soient dans le monde.