Présentation
Les technologies LPWA (Low-Power Wide-Area) répondent aux besoins du marché de l'Internet des objets (IoT) avec des appareils bon marché qui tiennent la batterie pendant longtemps et des réseaux longue distance bon marché tout en maintenant un grand nombre de connexions. Il existe plusieurs options pour construire des réseaux LPWA, mais les technologies LoRaWAN et NB-IoT ont montré la plus grande dynamique et recevront la plus grande part de marché LPWA dans les années à venir. Dans ce texte, ces technologies seront considérées en termes de caractéristiques et de différences communes. Nous passerons ensuite à des exemples d'utilisation de LoRaWAN sur des marchés verticaux, en soulignant les avantages uniques de LoRaWAN. Les options possibles seront également examinées lorsque LoRaWAN et NB-IoT travailleront ensemble pour obtenir les meilleurs avantages.
Comparaison de LoRaWAN et NB-IoT en termes techniques
LoRaWAN est un système LPWAN à architecture ouverte développé et standardisé par l'association à but non lucratif des sociétés LoRa Alliance, qui compte plus de 500 membres. LoRa est une technologie de modulation utilisée au niveau physique, qui permet une transmission de données éconergétique à longue portée en utilisant la modulation CSS (Chirp Spread Spectrum), qui distribue des signaux à bande étroite sur un canal étendu, ce qui garantit une immunité au bruit élevée et un faible rapport signal / bruit. NB-IoT, pour sa part, opère dans la gamme sous licence et, comme le LTE, utilise la modulation à accès multiple par répartition en fréquence en liaison montante (FDMA), la modulation orthogonale FDMA en liaison descendante (OFDMA) et la modulation QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Bien que les deux technologies puissent rivaliser en termes de qualité de service (QoS), les applications IoT nécessitant des communications fréquentes se sentiront mieux avec NB-IoT, qui n'a aucune restriction sur le cycle de travail dans la gamme sous licence, mais au coût total de la fourniture du système est plus cher que LoRaWAN.
Les appareils LoRaWAN et NB-IoT consomment moins d'énergie lorsqu'ils passent en mode veille. Mais tout en fonctionnant comme un protocole synchrone, NB-IoT consomme beaucoup plus d'énergie que LoRaWAN, qui est un protocole asynchrone, et lorsqu'il mesure avec le même débit, NB-IoT consomme le courant de crête plus élevé requis pour la modulation OFDM / FDMA. Malgré cela, les caractéristiques des deux technologies sont importantes dans la mise en œuvre de nombreuses solutions pratiques qui nécessitent une pénétration élevée à l'intérieur et des années d'autonomie.
Pour les entreprises qui souhaitent déployer un réseau hybride en utilisant une infrastructure de réseau privé et public, il est préférable d'utiliser LoRaWAN pour plusieurs raisons. Avec les réseaux privés LoRaWAN, les entreprises ne sont pas limitées par les raisons commerciales et financières du transfert de données. Dans la mesure du possible, l'accès au réseau d'entreprise peut être complété par le réseau public LoRaWAN. La connectivité NB-IoT est actuellement proposée dans les zones où la couverture cellulaire est déjà disponible, mais les coûts de déploiement sont plus élevés que LoRaWAN, car le déploiement d'un réseau privé nécessitera l'achat ou la location du spectre RF auprès des opérateurs de réseau. Un autre facteur affectant le coût relatif et les performances de LoRaWAN et NB-IoT est la meilleure pénétration de LoRaWAN à l'intérieur. La perte de communication maximale (valeur MCL) pour la liaison montante et la liaison descendante LoRaWAN est de 165 dB; le MCL pour NB-IoT peut varier de 145 dB à 169 dB pour la liaison montante et 151 dB pour la liaison descendante, selon la classe de l'appareil. De plus, les performances énergétiques inférieures de la liaison de communication NB-IoT entraînent une diminution de la durée de vie de la batterie.
Plus d'appareils LoRa que NB-IoT
Selon la LoRa Alliance, en avril 2019, il y avait plus de 113 réseaux LoRaWAN dans 55 pays à travers le monde à différents stades de déploiement commercial, contre 90 réseaux NB-IoT. Selon la LoRa Alliance, 118 appareils LoRaWAN sont certifiés par la LoRa Alliance. Dans le même temps, selon la Global Association of Mobile Suppliers, NB-IoT et CAT-M appareils commerciaux au total 43. Selon Semtech Corporation, en avril 2019, le nombre total d'appareils terminaux LoRa atteignait 97 millions. La croissance des solutions LoRaWAN s'accélère car l'écosystème des appareils se développe rapidement pour couvrir un plus large éventail de marchés verticaux.
Utilitaires
LoRaWAN a gagné en popularité grâce aux services publics qui connectent les compteurs intelligents pour le gaz et l'eau. La Chine a été l'une des premières à introduire la technologie LoRa pour les projets de comptage intelligent, représentant environ 65% des puces expédiées en 2018. Birdz, filiale de Novo Veolia et Veolia Water, a annoncé le 19 décembre 2018 avoir choisi Orange Business Services (OBS) pour connecter 3 millions de compteurs d'eau intelligents LoRaWAN. Le contrat Veolia est la plus importante mise en œuvre de compteurs d'eau intelligents utilisant le réseau public LPWA. Les sociétés énergétiques, qui sont à des stades plus avancés de mise en œuvre de compteurs intelligents, commencent maintenant à moderniser leurs infrastructures électriques moyenne tension (MT) et haute tension (HV). ABB, leader des solutions d'électrification, a annoncé les limiteurs de tension LoRaWAN qui mesurent le courant de décharge et le courant de fuite. La LoRa Alliance et DLMS ont annoncé conjointement en avril 2019 leur partenariat pour fournir un nouveau profil DLMS adapté aux réseaux LoRaWAN, permettant aux services publics d'utiliser de nombreuses applications IoT et autorisant l'utilisation du
protocole DLMS / COSEM pour connecter les compteurs Ă©lectriques intelligents Ă LoRaWAN.
Bâtiments intelligents
Les solutions IoT qui utilisent des capteurs pour surveiller diverses conditions environnementales, telles que la température, l'humidité et la lumière, et pour détecter les mouvements, les chocs et les fuites d'eau, sont de plus en plus utilisées dans les bâtiments commerciaux.
Les bâtiments intelligents incluent également des solutions de gestion de l'espace qui utilisent des capteurs de pièce pour fournir des informations en temps réel sur l'occupation de l'espace pour l'accès au lieu de travail et aux salles de conférence, ainsi que l'utilisation optimale des systèmes de CVC (chauffage / ventilation / climatisation). La connaissance de la plénitude peut également aider les gestionnaires d'immeubles à mieux gérer les services logiciels, tels que le nettoyage, la gestion des déchets et la sécurité. La technologie LoRaWAN a obtenu le plus grand succès dans la mise en œuvre de ces solutions et présente des avantages en raison de la disponibilité des appareils et de la simplicité de création de réseaux à haute puissance de pénétration à l'intérieur. Les fournisseurs de stations de base intelligentes tels que Cisco, MultiTech, Kerlink, TEKTELIC et Laird fournissent des stations de base micro et femto qui prennent en charge entre 3 000 et 7 000 terminaux connectés, respectivement.
Logistique / Suivi des actifs (biens, ressources, valeurs)
Le suivi des actifs sans fil est l'une des plus grandes opportunités sur le marché de l'IoT, et les technologies de réseau LPWA joueront un rôle important, collectant collectivement plus de 9 500 millions d'actifs dans le monde au cours des 5 prochaines années. Le plus gros problème que LoRaWAN peut résoudre est la représentation visuelle et le suivi des marchandises dans la chaîne d'approvisionnement, de l'environnement interne de l'entreprise aux mégapoles et régions utilisant une seule technologie. Actuellement, le suivi des produits n'est disponible que dans les bâtiments utilisant des technologies sans fil à courte portée telles que RFID, Bluetooth, UWB ou Wi-Fi, ou à l'extérieur en utilisant la technologie cellulaire ou satellite. Le 19 février 2019, l'avionneur a sélectionné Objenious (une
société Internet IoT
française ) pour son infrastructure hybride LoRaWAN, ce qui lui a permis de suivre ses produits non seulement dans les usines, mais aussi entre les usines utilisant le réseau public LoRaWAN fourni par Objenious. Un autre exemple est les systèmes de suivi des actifs qui suivent les véhicules transportant des marchandises de valeur. Au Brésil, Maxtrack a choisi LoRaWAN et, fin 2018, avait installé plus de 400 000 trackers pour suivre les véhicules et le fret.
Industrie et fabrication intelligente
L'un des facteurs clés de la transformation numérique de la production est l'Internet industriel des objets. Les capteurs certifiés LoRa Alliance permettent aux applications IoT en production d'améliorer la visibilité du flux de travail, de surveiller la disponibilité des équipements pour réduire les temps d'arrêt, de visualiser l'utilisation des ressources et d'examiner les performances globales. Les applications IoT industrielles profitent du faible coût total de possession de LoRaWAN et de la flexibilité de gérer des réseaux privés pour déployer des capteurs sans fil afin de collecter des points de données supplémentaires pour fournir de nouvelles connaissances. Les solutions industrielles d'Ineo-Sense et d'ADVEEZ témoignent de l'introduction des technologies IoT dans les industries automobile et aérospatiale.
Agriculture intelligente
Selon l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO), l'agriculture devra augmenter sa productivité de 70% d'ici 2050 afin de répondre à la croissance démographique prévue.
Les technologies IoT aideront à mieux utiliser les ressources pour répondre à cette demande alimentaire projetée. Cependant, la baisse des prix des produits de base a rendu difficile pour un grand nombre de producteurs, les petits et moyens agriculteurs, d'utiliser diverses technologies IoT. Les technologies de réseau LPWA vous permettent de mettre en œuvre des solutions IoT flexibles de deux manières: premièrement, la disponibilité d'appareils peu coûteux pour surveiller l'humidité du sol ou les conditions d'élevage afin d'augmenter le rendement ou la productivité du lait; et, deuxièmement, la création de réseaux abordables pour recevoir des informations de capteurs utilisant des dispositifs LoRaWAN, au lieu de réseaux cellulaires qui pourraient ne pas être disponibles. Comme indiqué précédemment, il existe de nombreux fournisseurs de stations de base pour la construction de réseaux LoRaWAN privés.
Enfin, en plus du succès déjà atteint de LoRaWAN dans les solutions d'entreprise, ABI Research prévoit également une mise en œuvre significative de cette technologie pour les solutions grand public telles que Smart Home. LoRaWAN prend en charge la connexion à l'intérieur et sur de longues distances pour les appareils situés autour du périmètre d'un objet. De plus, les performances de la batterie LoRaWAN sont importantes pour de nombreux appareils tactiles alimentés par batterie utilisés dans des solutions telles que les détecteurs de fumée, la détection de fuite d'eau, les serrures intelligentes, la surveillance de l'environnement, les soins aux personnes âgées et l'éclairage extérieur intelligent. ABI Research estime également que les entreprises B2B bénéficieront également des réseaux domestiques intelligents LoRaWAN car l'extension de la disponibilité du réseau domestique prend en charge un large éventail de cas d'utilisation pertinents pour les entreprises, y compris la vérification de la livraison de fret, la sécurité et la surveillance de la sécurité.
CoRexistence LoRaWAN et NB-IoT
Alors que le marché de l'IoT continue d'évoluer, LoRaWAN et NB-IoT coexisteront sur le marché, en concurrence sur certains marchés verticaux et en se complétant dans d'autres, en fonction des exigences des solutions IoT spécifiques en termes de coût, de couverture et de bande passante. En utilisant le spectre sans licence, LoRaWAN restera séparé des autres technologies de réseau LPWA et jouera un rôle de premier plan dans les réseaux privés d'entreprise, où les entreprises veulent un contrôle total sur leur infrastructure et leurs appareils. Cependant, il existe trois situations où un besoin peut survenir pour des solutions hybrides utilisant à la fois LoRaWAN et NB-IoT.
La première situation est le suivi des actifs mobiles. Alors que les empreintes des réseaux LoRaWAN et NB-IoT continuent de croître dans le monde entier, les réseaux peuvent également être complémentaires, fournissant la connectivité omniprésente nécessaire pour suivre les actifs dans plusieurs emplacements et régions.
La deuxième situation concerne les solutions pour la comptabilité intelligente des ressources et la surveillance des systèmes énergétiques. En Europe, le protocole M-Bus est principalement utilisé pour le comptage intelligent du gaz et de l'eau, - la norme ETSI (
European Telecommunications Standardization Institute ) pour le comptage intelligent. Cependant, M-Bus a dû réduire la chaîne de fournisseurs de solutions prenant en charge cette norme. Cela fait de LoRaWAN un remplaçant potentiel pour la connexion de réseaux WAN à des compteurs intelligents alimentés par batterie. De plus, pour mettre en œuvre des systèmes de comptabilité des ressources qui utilisent l'architecture des stations de base, comme on peut le voir au Royaume-Uni et en Allemagne, LoRaWAN peut connecter des compteurs et d'autres terminaux.
Enfin, les fabricants d'équipements industriels déployant des solutions de surveillance à distance peuvent grandement bénéficier de la solution de câblage combiné LoRaWAN / NB-IoT pour améliorer à la fois la fonctionnalité et la flexibilité de diverses solutions de surveillance et de contrôle industrielles. Optimisée pour une longue durée de vie de la batterie, la technologie LoRaWAN peut être utilisée comme solution de connectivité principale lorsque des capteurs sont nécessaires pour envoyer fréquemment des données de surveillance. La technologie NB-IoT avec sa latence plus faible et sa QoS garantie mais son coût plus élevé peut être utilisée moins souvent pour des situations de contrôle à distance spéciales.
Conclusions
Les réseaux LoRaWAN et NB-IoT ont commencé à se déployer relativement récemment, mais ils connaissent déjà une croissance rapide à l'échelle mondiale. Il y aura une place à la fois pour LoRaWAN et NB-IoT parmi les applications IoT de masse en fonction des avantages énumérés: des coûts de périphérique réduits, une infrastructure réseau et un accès réseau; forte pénétration à l'intérieur du bâtiment; et faible consommation d'énergie. Cependant, LoRaWAN dispose dans un proche avenir d'un net avantage sur NB-IoT, avec son système de fournisseur développé, ses appareils IoT certifiés et ses solutions intégrées qui sont déjà prêtes à être mises en œuvre aujourd'hui.
Publié le 10 juin 2019 par la société d'analyse ABI Research
Traduit avec la permission d'ABI Research