Technologie de réseau LPWA

Réseaux LPWA (Low-Power, Wide-Area) sont le nouveau chouchou de la communauté sans fil. Mais ce qu'est exactement LPWA et ce qu'il n'est pas peut être déroutant. Nous examinons ici quelques-unes des technologies et des entreprises actives dans cet espace.

Le principal moteur de la technologie LPWA est le désir de connecter des capteurs IOT à Internet sans le coût du cellulaire (mais gardez cela à l'esprit), la consommation d'énergie ou les complexités de déploiement du WiFi, ou les limites de la portée du Bluetooth.

Contrairement à ce que certains pensent, les technologies LPWA ne sont pas vraiment « low power » dans le sens où elles transmettent plus efficacement que d'autres. En fait, les émetteurs LPWA prennent au moins 10 fois plus de puissance pour transmettre que Bluetooth. Le nom de faible consommation vient vraiment de l'architecture du système qui permet aux appareils de dormir plus de 99% du temps. Lorsque les courants de repos (veille) ne sont que de quelques microampères, de nombreuses années d'autonomie sont possibles.

La partie « Wide Area » du nom pourrait être décrite plus précisément comme « High Link Budget ». Cependant, "Low Idle Current, High Link Budget" n'a tout simplement pas la même sonorité. La grande marge de liaison des dispositifs LPWA est généralement le résultat d'améliorations de la sensibilité de réception aux deux extrémités de la liaison. Il s'agit d'un produit de très faibles débits de données et d'améliorations du gain de traitement créatif.

La dernière innovation des technologies LPWA est l'accès multiple. Cela signifie simplement que de nombreux appareils peuvent accéder à la passerelle simultanément. Chaque technologie a une manière légèrement différente de le faire.

Ainsi, pour chaque technologie, nous couvrirons

• Comment obtient-on une sensibilité de réception élevée ?
• Qu'est-ce que le système d'accès multiple ?
• Quels sont les points forts ?
• Quelles sont les faiblesses ?
• Quel est le modèle économique ?

Par modèle commercial, je veux dire, comment le fournisseur de chaque technologie gagne-t-il de l'argent et comment va-t-il sur le marché. C'est une chose importante à comprendre, car certaines entreprises se contentent de fournir des réseaux, d'autres vendent de la technologie et d'autres un peu des deux.

SIGFOX

Sigfox, à l'âge vénérable d'environ 7 ans, est le grand-père de l'espace LPWA. Ils ont été les pionniers dans la création du marché. Il s'agit d'un fournisseur de réseau (aux États-Unis) et d'un fournisseur de technologie pour les opérateurs d'autres marchés.

Nous avons couvert un tas de choses sur la technologie Sigfox dans le passé, mais à titre d'aperçu :

• Sigfox utilise une grande station de base avec un canaliseur FPGA pour détecter les transmissions DPSK à faible débit sur des centaines de canaux potentiels.
• Les nœuds d'extrémité transmettent aveuglément le même message 3 fois, sur 3 fréquences différentes pour améliorer les chances que le message soit reçu.
• La liaison descendante est théoriquement possible, mais elle est très limitée car chaque fois que la station de base émet, elle est hors antenne, et augmente ainsi le risque qu'elle rate du trafic.
• Cette technologie simple permet d'utiliser une multitude de divers émetteurs-récepteurs RF, de sorte que les clients disposent de plusieurs sources d'approvisionnement.
• Les cas d'utilisation doivent être parmi les plus simples en IOT, puisque seuls 12 octets de charge utile sont disponibles par transmission.
• Des choses comme les mises à jour du micrologiciel ou les applications de contrôle ne sont pas possibles avec Sigfox.
• En raison des limites de temps d'antenne de la FCC (400 ms), Sigfox a un budget de liaison inférieur d'environ 9 dB aux États-Unis, ce qui, combiné à des niveaux d'interférence plus élevés dans la bande 900 MHz, signifie que les performances du réseau dans les États-Unis ne sont pas aussi bons qu'en Europe pour Sigfox.

WAVIOT

• WAVIOT est une entreprise russe qui utilise une technologie presque identique à Sigfox.
• Une différence est qu'ils n'offrent pas de réseaux, juste de la technologie.
• Contrairement à Sigfox, n'importe qui peut acheter un équipement WAVIOT pour créer une solution.
• WAVIOT dispose d'un signal sauté qui permet à leur bilan de liaison de dépasser celui de Sigfox pour les applications basées sur FCC/US
• L'équipement de la station de base WAVIOT est coûteux en raison du grand FPGA nécessaire pour implémenter tous les canaux DPSK.

LoRaWAN

• Comme Link Labs, LoRaWAN est basé sur la technologie de couche physique LoRa, mais le protocole Symphony Link de Link Labs est très différent et offre de nombreuses fonctionnalités avancées que LoRaWAN ne propose pas.
• LoRa offre une bien meilleure sensibilité de réception au nœud final que Sigfox, et donc le bilan de liaison est plus équilibré.
• Comme Sigfox, LoRaWAN est un accès asynchrone de style Aloha, donc les mêmes limitations autour de la liaison descendante s'appliquent à LoRaWAN, comme avec Sigfox.
• En savoir plus sur les considérations pour LoRaWAN ici.
• Le modèle commercial de LoRaWAN est compliqué car LoRa est vendu par Semtech, mais le protocole est développé par LoRa Alliance, et une poignée d'opérateurs de réseau pilotent également des réseaux d'opérateurs basés sur LoRa.
• Les réseaux d'opérateurs et les déploiements privés de LoRaWAN interfèrent les uns avec les autres.

LTE-M1

• Cette catégorie de LTE permet d'utiliser des appareils aussi écoénergétiques que LoRaWAN ou Sigfox, mais qui peuvent avoir la sophistication et le débit de données du LTE. En savoir plus ici sur la façon dont le LTE-M1 améliore les profils de puissance par rapport au cellulaire traditionnel.
• Évidemment, si vous utilisez LTE-M, vous devez payer un opérateur de réseau.
• La certification des appareils sur les réseaux des opérateurs peut être coûteuse.
• Les réseaux LTE-M1 ne seront pas déployés aux États-Unis avant 2017.
• Les prix LTE-M seront compétitifs par rapport à ceux proposés par Sigfox (je parie).

NB-IOT

• NB-IOT (alias LTE-M2) est une autre technologie 3GPP qui a été récemment finalisée.
• Bien qu'il ne fasse pas techniquement partie du protocole LTE (comme le LTE-M1), il peut être déployé dans des blocs de ressources LTE masqués ou dans des bandes de garde.
• Il a été conçu pour s'adapter aux anciens blocs de spectre GSM 200 kHz, et de nombreux opérateurs en Europe et en Asie le déploieront probablement pour les appareils IOT.
• D'une certaine manière, Sigfox a créé NB-IOT en montrant aux opérateurs qu'il y a de bonnes affaires à faire pour les appareils IOT.
• Le NB-IOT a environ un an de retard sur le LTE-M1, donc les réseaux ne seront probablement pas prêts avant la fin de 2017 ou en 2018.
• Les mêmes considérations concernant le paiement d'un opérateur réseau et la certification de l'appareil s'appliquent.

Ingénu

• Ingenu est un Onramp Wireless renommé. Ils disposent de leur propre technologie DSSS 2,4 GHz et déploient des réseaux avec elle.
• Il a d'excellents budgets de liaison, mais le modem DSSS sur le point de terminaison est plutôt gourmand en énergie par rapport à LoRa, par exemple.
• Pensez à eux comme LTE-M ou NB-IOT d'une certaine manière, car ils sont « juste » un fournisseur de réseau IOT. La technologie n'a pas autant d'importance que le réseau.
• Au moment d'écrire ces lignes, ils ne sont déployés que dans une poignée de villes.
• Ce sera amusant de voir s'ils peuvent survivre face aux énormes déploiements LTE-M d'ATT et de Verizon.

En conclusion, il existe de nombreuses options LPWA différentes. Si vous voulez une technologie prête à l'emploi pour votre propre usage, consultez Symphony Link. Il s'agit de la technologie LPWA la plus avancée disponible, en dehors de LTE-M.

Pour en savoir plus, veuillez télécharger notre livre blanc sur les technologies LPWA :