Réseau LPWAN, une technologie rapide et efficace
Le réseau LPWAN est conçu pour transmettre de petites quantités de données sur de longues distances, tout en garantissant une faible consommation d’énergie. Cette capacité est permise par des architectures réseau simplifiées, une bande passante réduite ainsi que des cycles de communication optimisés.
C’est cette conception “minimaliste” qui permet à certains objets LPWAN d’atteindre une autonomie de plusieurs années, voire plus d’une décennie. Ici, l’objectif n’est pas de transmettre des fichiers lourds (comme des vidéos) ou de faire du transfert massif de données, mais d’envoyer périodiquement des informations comme un niveau de batterie, une position géographique ou une température.
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Les deux grandes familles de réseaux LPWAN
Les technologies LPWAN se répartissent en deux grandes catégories : les réseaux non cellulaires, comme LoRaWAN ou Sigfox, et les réseaux cellulaires comme NB-IoT ou LTE-M.
Les réseaux non-cellulaires
Le réseau Sigfox, pionnier du domaine, repose sur une technologie propriétaire opérant dans les bandes de fréquences libres, comme le 868 MHz en Europe, par exemple. Il se démarque par sa simplicité d’usage, son très faible coût, mais aussi un débit très limité. Un choix technique qui impose de très lourdes restrictions : un objet ne peut envoyer que quelques messages par jour, chacun contenant un nombre limité d’octets. Ce réseau convient à des applications très faibles en données, comme la télérelève de l’eau.
LoRaWAN offre davantage de souplesse. Basé sur des bandes de fréquence non licenciées, il permet aux opérateurs de déployer leurs propres réseaux privés. Cette technologie open-source propose un débit un peu plus élevé que Sigfox, mais aussi une plus grande souplesse dans le paramétrage des objets du réseau. C’est cette dernière caractéristique qui en fait une solution privilégiée pour de nombreux objets des smart cities, et pour l’agriculture connectée.
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Les réseaux cellulaires
Les réseaux LPWAN cellulaires tirent parti des infrastructures 4G et 5G existantes. Le NB-IoT (NarrowBand IoT) est conçu pour fonctionner sur les bandes de fréquence licenciées, qui offrent une grande fiabilité et une pénétration optimale dans les bâtiments. C’est le type de réseau privilégié pour les capteurs fixes ou enterrés comme ceux qui s’appliquent sur les compteurs d’eau ou d’électricité.
Le réseau LTE-M est encore plus performant que le NB-IoT, puisqu’il permet une meilleure latence, des débits plus importants, et prend en charge la mobilité. On l’utilise particulièrement pour les objets en mouvement comme les flottes auto ou les équipements de géolocalisation.
Des technologies qui s’adaptent aux usages
Le réseau LPWAN nécessite de faire un arbitrage entre plusieurs critères : le débit, la portée, l’autonomie, la sécurité, la mobilité, et le coût.
À titre d’exemple, un capteur de température placé dans un champ aura des exigences différentes d’un capteur GPS placé sur un camion de transport international. Le capteur de température peut s’appuyer sur LoRaWAN pour bénéficier d’une couverture locale et d’un déploiement autonome. Le capteur GPS nécessitera un réseau LTE, plus à même d’assurer une communication fluide en mouvement. Enfin, un capteur placé sur un compteur d’eau enterré ou en sous-sol s’appuiera plutôt sur la technologie NB-IoT, pour sa faculté à passer à travers les murs et les obstacles et pour ses fonctionnalités de mise en veille.
Les enjeux énergétiques, au coeur de l’IoT
L’autonomie dont bénéficient les objets fait partie des grands défis de l’Internet of Things. Les réseaux cellulaires LPWA ont introduit deux mécanismes majeurs dans le but d’optimiser la durée de vie des batteries : eDRX (pour “extended Discontinuous Reception) et le mode PSM (pour “Power Saving Mode”).
Le mode eDRX permet à un objet de rester en veille plus longtemps, en espaçant ses périodes d’écoute du réseau. De cette façon, la consommation d’énergie est réduite mais l’objet reste joignable, même si les délais de réponse sont étendus. Cette technique offre un compromis intéressant pour les objets qui doivent pouvoir recevoir des commandes non urgentes.
Le mode PSM est encore plus économique que le mode eDRX, puisqu’il fait entrer l’objet dans une veille qui interrompt complètement sa communication avec le réseau. Il devient alors injoignable sauf à des moments bien précis, qui ont été définis à l’avance. Ce mode est privilégié pour les dispositifs qui n’ont pas besoin d’être interrogés à distance et qui doivent seulement envoyer leurs données de façon ponctuelle. Grâce à ce mode très économique, certains appareils peuvent fonctionner pendant plusieurs années, voire une décennie.
En résumé, les réseaux LPWA cellulaires (NB-IoT, LTE-M) se distinguent par leur large couverture, leur fiabilité et un haut niveau de sécurité, ce qui en fait une solution idéale pour les objets connectés en mobilité. À l’inverse, les réseaux LPWA non-cellulaires sont souvent privilégiés pour des usages localisés et maîtrisés, grâce à leur simplicité de mise en œuvre et leur faible consommation énergétique. Chaque technologie répond à des besoins spécifiques : leur complémentarité permet de couvrir un large éventail de cas d’usage dans l’IoT.
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