Qu’est-ce que le LPWAN satellitaire ?

[vc_row][vc_column][vc_column_text]🛰️ Le LPWAN (Low Power Wide Area – Technologie à faible consommation d’énergie) satellite est un système de connexion à faible puissance.

👉 Il est apparue pas en tant que nouvelle norme technologique, mais comme une classe de technologies sans fil, adaptées aux besoins spécifiques des appareils machine à machine (M2M) et IoT.

La popularité des réseaux étendus à faible puissance (LPWAN) inférieurs au GHz dans les villes intelligentes, et les zones rurales (agriculture et surveillance des infrastructures) est en plein essor. Mais la technologie évolue vers d’autres domaines, de 2,4 GHz aux réseaux satellitaires.

➡️ La majorité des appareils IoT, en particulier ceux des villes intelligentes et des secteurs industriels, n’ont pas besoin de la même vitesse et la même bande passante que les appareils cellulaires grand public.

Cependant, ils ont besoin de la longévité des réseaux cellulaires LTE traditionnels.

 

 

Au début

La technologie LPWA était devenu le système préféré pour les applications IoT en 2015, quand l’association de l’industrie sans fil GSMA a défini une série de normes de réseau LPWA (LPWAN).

Ces normes avaient pour but d’aider les opérateurs de réseau à répondre aux besoins spécifiques, en matière de coût, de couverture et de consommation d’énergie des applications IoT.

Ces normes comprenaient  LTE-M et NB-IoT.

 

Défi

Le défi à venir consiste à garantir que des milliards d’appareils de l’Internet des objets (IoT), puissent être connectés simplement et de manière transparente.

Résoudre ce problème de complexité dans de multiples applications à travers le monde, est peut-être le plus grand défi auquel est confronté le déploiement de l’IoT à grande échelle.

La mission est de déployer et gérer des millions, voire des milliards d’appareils.

👉 Cela peut être fait avec des normes ouvertes et du matériel interopérable, contribuant à rendre toutes sortes de chaînes d’approvisionnement, d’infrastructures intelligentes, et de réseaux de capteurs ruraux plus efficaces et plus efficients.

 

Pourquoi avons-nous​​ besoin de la technologie LPWAN ?

➡️ Les technologies de réseau LPWA (LPWAN) renforcent la rentabilisation des solutions IoT, offrant une option sans fil économique et économe en énergie, qui tire parti des réseaux existants, de la portée mondiale et d’une sécurité renforcée.

Créée pour les appareils M2M et IoT, la technologie Low Power Wide Area permet une faible consommation d’énergie et une connectivité sans fil longue portée.

🛰️ Le satellite LPWAN constitue une connexion directe entre les appareils IoT, et le fournisseur de télécommunications.

 

Constellation de satellites

⭐ Les réseaux satellites sont généralement déployés dans une constellation.

 

Une constellation est une flotte de satellites, et dans le cas du satellite LPWAN, une constellation se compose d’un grand nombre de satellites relativement petits, en orbite terrestre basse (LEO).

 

🌍 Les constellations de satellites LPWAN contiennent moins de satellites, et se composent généralement de satellites moins chers.

La force du LPWAN par satellite se présente sous la forme de couverture. Comme l’appareil communique avec plusieurs satellites, la couverture se fait généralement de n’importe où sur la Terre, où il est possible de voir le ciel.

Ce type de couverture mondiale n’est généralement disponible que via les réseaux satellites, et permet aux appareils connectés de rapporter des données provenant de zones éloignées, que d’autres options de communication ne peuvent tout simplement pas atteindre.

 

Un projet coûteux

Malheureusement, les réseaux satellites ne sont pas gratuits, et le coût de lancement d’un réseau satellite est très élevé.

Par exemple, la société de télécommunications par satellite Globalstar a commencé à lancer ses satellites de deuxième génération dans LEO en 2006. Et le coût total estimé du projet était de plus d’1 milliard de dollars pour 48 stations en orbite basse.

Les prix ont peut-être considérablement baissé depuis 2006, avec le coût estimé du projet Starlink de Space X (plus de 10 milliards de dollars pour environ 4 000 satellites).

💰 Mais le coût de déploiement d’un réseau satellitaire reste colossal.

Ces coûts sont répercutés sur les utilisateurs du réseau. Ce qui signifie que les plans de données par satellite sont généralement plus chers, par rapport à leurs homologues terrestres.

Outre l’augmentation des coûts, le débit du réseau satellitaire est relativement faible par rapport aux réseaux traditionnels, à cause d’une couverture finement étendue sur une vaste zone.

 

Quelle est l’efficacité du LPWAN ?

🔋 La technologie LPWAN permet aux appareils IoT de fonctionner de manière fiable, pendant 10 ans avec une seule charge de batterie.

Cette durée est idéale pour les solutions à mobilité réduite, qui ne disposent pas d’une source d’alimentation fiable pour la recharge.

Les technologies LPWAN sont idéales pour :

• Les compteurs intelligents,
• La ville intelligente,
• Le suivi et la traçabilité,
• L’agriculture intelligente,
• Les applications de construction intelligente.

 

La technologie LPWAN prend en charge le transfert de données, dans de petits paquets de données intermittents dont la taille varie de 10 à 1 000 octets.

Cela permet une efficacité améliorée et des vitesses optimisées allant de 3 Kbps à 375 Kbps.

👉 Comme les réseaux LPWA fonctionnent avec une efficacité de puissance, et de bande passante plus élevée sur une plus grande surface, moins d’infrastructure et de matériel sont nécessaires.

✅ 💰 Ces caractéristiques se traduisent par une meilleure rentabilité.

 

Les principales technologies LPWAN

La technologie LPWAN se présente sous de nombreuses formes et tailles : ZigBee, SigFox, Nwave, LTE-M ou encore NB-IoT.

Parmi toutes les options actuelles et émergentes, LTE-M et NB-IoT ont pris de l’importance en tant que technologies LPWAN préférées, pour les applications IoT.

👉 Cela est dû à la rentabilité et à la capacité de ces normes à assurer la longévité, la sécurité et des réseaux matures et étendus.

 

Qu’est-ce que le LTE​-M ?

 

 

➡️ LTE-M est le terme industriel simplifié pour LTE-MTC, une norme LPWA publiée par l’organisme de normalisation 3GPP.

Souvent considérée comme l’une des technologies LPWA cellulaires de première génération, LTE-M exploite les réseaux LTE existants, ce qui permet d’avoir une connectivité très efficace avec une couverture étendue à l’intérieur, et sous terre.

👉 Il réduit considérablement la complexité des appareils, en permettant une connectivité efficace sur plusieurs bandes GSM, éliminant ainsi le besoin de plusieurs modules et variantes.

La solution LTE-M offre des performances économes en énergie.

Cela lui permet d’avoir une autonomie de batterie de 10 ans et plus, une couverture étendue pour une meilleure pénétration dans les bâtiments et dans le sol, et des vitesses optimisées pour l’IoT de 300 Kbps en liaison descendante, et 375 Kbps en liaison montante.

 

Qu’est-ce que NB-Io​​​T ?

NB-IoT (Narrowband IoT) étend le coût et l’efficacité énergétique de LTE-M, à de grandes flottes d’appareils IoT, connectant jusqu’à 50 000 appareils IoT par cellule NB-IoT.

➡️ NB-IoT augmente la capacité à prendre en charge un nombre massif de nouvelles connexions, en utilisant seulement une partie du spectre disponible.

Cela permet de minimiser la consommation d’énergie, permettant ainsi une durée de vie de la batterie de plus de 10 ans.

NB-IoT pénètre profondément sous terre et dans des espaces clos, offrant une couverture de 20+dB à l’intérieur.

 

Qu’est-ce que Lo​​​​Ra® ?

➡️ LoRaWAN™ est une norme technologique LPWAN non cellulaire.

Elle est spécifiquement destinée aux appareils fonctionnant sur batterie, et offre une interopérabilité facile entre les solutions IoT, sans sans besoin d’installations locales complexes.

👉 Comme les appareils LoRa fonctionnent sans SIM ni MIM pour le cryptage, et l’authentification de l’ID, ils ont généralement besoin d’une couche supplémentaire de sécurité numérique.

 

 

 

Quand on pense aux points de terminaison satellites, il est probable de s’imaginer des points de terminaison, qui sont gourmands en énergie et qui nécessitent une grande antenne pointée vers le ciel.

Mais avec la progression continue de la loi de Moore (la puissance de traitement du transistor doublant tous les 18 à 24 mois, et ne ralentissant pas), il est désormais possible de se connecter même à l’intérieur, à partir d’un appareil de la taille d’un pouce, avec une antenne intégrée tout en ayant une autonomie de plusieurs années.

 

 

 

Un autre point positif de la technologie du transistor, est que suffisamment de points de terminaison LPWA peuvent être pris en charge, pour chaque CubeSat, de sorte que la tarification se rapproche beaucoup plus de la tarification NB-IoT (quelques dollars par an).

De vastes changements technologiques permettront une classe de connectivité par satellite, qui résoudra bon nombre des limitations associées aux technologies existantes.

👉 Celles-ci incluent une couverture intérieure mondiale sur un unique réseau, la possibilité de suivre avec précision l’emplacement sans les limitations de coût, de puissance ou de couverture d’un récepteur GPS/GNSS intégré supplémentaire.

 

LoRa®

Depuis le lancement des appareils LoRa® de Semtech, les capteurs déployés représentent désormais plus de 260 millions de LPWAN de l’Internet des objets (IoT) subGHz.

 

 

🌍 La technologie a été enrichie pour utiliser LoRa® dans la bande ISM 2,4 GHz, disponible dans le monde entier.

👉 Cela ouvre des applications dans le suivi des actifs logistiques mondiaux, et la surveillance industrielle.

L’utilisation de LoRa®, dans la bande 2,4 GHz, permet la conception d’un nœud sans fil unique, et d’une passerelle mobile pour échanger le débit de données, l’efficacité de transmission, la consommation d’énergie et la portée, sans avoir à avoir de variantes pour les marchés du monde entier.

Cela permet des économies d’échelle dans la production, ainsi qu’une complexité réduite dans le stockage avec un seul produit.

⚠️ Cependant, la bande 2,4 GHz est encombrée par d’autres réseaux sans fil, comme le Wi-Fi, le Bluetooth, Zigbee, Thread ou encore Matter.

Tous ces réseaux risquent d’interférer, mais la forte immunité au bruit de la modulation LoRa®, est capable de fournir des liaisons dans des environnements difficiles (installations industrielles, environnements urbains denses etc.).

Cela permet des connexions plus solides à faible puissance, pour les réseaux 2,4 GHz présents dans des bâtiments ou des usines.

 

IdO par satellite

Les appareils LoRa® ont été  améliorés avec une nouvelle fonctionnalité, dans la norme LoRaWAN® appelée Long Range – Frequency Hopping Spread Spectrum (LR-FHSS).

👉 Cela permet aux satellites en orbite terrestre basse et gestionnaire, d’avoir des connexions à faible puissance, ouvrant ainsi une large gamme de nouvelles applications pour la technologie.

💪 De plus, le LR-FHSS améliore davantage l’immunité au bruit, en augmentant l’efficacité spectrale.

Le protocole décompose chaque paquet de données en plusieurs blocs, et les répartit de manière aléatoire sur une bande passante de fréquence définie.

Il utilise également des en-têtes physiques redondants sur les messages envoyés, sur différentes fréquences pour améliorer encore plus la robustesse de la modulation, contre les interférences.

 

Utilisation de nœuds de capteurs

👉 L’utilisation de nœuds de capteurs, afin de se connecter à ces satellites, permet aux réseaux existants de s’étendre rapidement et facilement,.

Il n’est ainsi pas nécessaire d’allouer des dépenses d’investissement supplémentaires, et d’attendre le déploiement de l’infrastructure du réseau terrestre.

🛰️ La technologie permet une totale interopérabilité entre les réseaux terrestres et satellitaires.

Les schémas de modulation LoRa et LR-FHSS peuvent coexister en même temps, dans une passerelle ou un serveur de réseau, et les différentes passerelles peuvent coexister dans un même réseau.[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

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