Technologies sans fil NB-IoT, LPWAN, LTE-M, Sigfox et Red Senet

Technologie sans fil à bande étroite (NB-IoT), réseau étendu basse consommation (LPWAN), technologies LTE-M et Sigfox et réseau Senet

LTE-M, abréviation de Long-Term Evolution for Machines, est un type de technologie de réseau étendu à faible consommation d'énergie (LPWAN)  normalisé par le 3GPP (3rd Generation Partnership Project) pour l'Internet des objets (IoT) et  les communications machine-to-machine (M2M). Il fait partie de la famille plus large des  technologies LTE (4G), mais est spécifiquement optimisé pour les applications IoT. Il s'agit d'une forme d'IoT à bande étroite (NB-IoT) 

Conçu pour répondre aux besoins des applications IoT qui nécessitent des débits de données faibles à moyens, une faible consommation et de la mobilité, LTE-M établit un équilibre entre l'efficacité énergétique, la couverture, la vitesse des données et le coût.

Faible consommation d'énergie:

• LTE-M est conçu pour les appareils qui nécessitent une faible consommation d'énergie. Il prend en charge des fonctionnalités telles que le mode d'économie d'énergie (PSM) et la réception discontinue étendue (eDRX) qui permettent aux appareils d'être suspendus pendant de longues périodes, prolongeant ainsi considérablement la durée de vie de la batterie, potentiellement de plusieurs années, selon l'application.

Large couverture:

• Il offre une meilleure couverture à l'intérieur et dans les zones rurales par rapport au LTE traditionnel. Ceci est réalisé grâce à un meilleur bilan de liaison, ce qui signifie que les signaux LTE-M peuvent pénétrer plus profondément dans les bâtiments et atteindre les zones les plus éloignées.

Débits de données et bande passante:

• LTE-M prend en charge des débits de données plus élevés que les autres technologies LPWAN telles que NB-IoT, généralement autour de 300 kbps à 1 Mbps. Cela le rend adapté à un plus large éventail d'applications, y compris celles qui nécessitent une assistance vocale ou des mises à jour du micrologiciel.

Faible coût:

• Les modules LTE-M sont moins chers que les modules LTE standard. Cette rentabilité le rend plus viable pour un large éventail d'applications IoT.

Mobilité et itinérance:

• LTE-M prend en charge la mobilité, ce qui signifie que les appareils peuvent se déplacer et passer d'une tour cellulaire à l'autre de manière transparente sans perdre la connexion. Cela le rend adapté aux applications de suivi (telles que la gestion de flotte) où l'appareil est constamment en mouvement.

Connectivité Internet directe:

• Les appareils utilisant LTE-M peuvent se connecter directement à Internet sans avoir besoin d'une passerelle supplémentaire, ce qui simplifie l'architecture du réseau et réduit la complexité du déploiement.

Domaines d'application:

• Il est idéal pour les applications IoT qui nécessitent de la mobilité, des débits de données modérés et des capacités vocales. Il s'agit par exemple de moniteurs de santé portables, d'applications de ville intelligente, de suivi des actifs et d'agriculture intelligente.

Standardisation et compatibilité:

• Dans le cadre de la norme 3GPP (en particulier les versions 13 et supérieures), LTE-M assure l'interopérabilité et la cohérence entre les différents fabricants et réseaux, ce qui en fait une technologie acceptée dans le monde entier.

Évolutivité:

• Les réseaux LTE-M peuvent prendre en charge un grand nombre d'appareils connectés, ce qui les rend adaptés aux déploiements IoT évolutifs.

À l'épreuve du temps:

• Faisant partie de la famille LTE, LTE-M devrait être pris en charge pendant longtemps, même si les réseaux évoluent vers la 5G. Ce support à long terme est crucial pour les applications IoT, qui sont généralement déployées sur de nombreuses années. 

LTE-M est un choix polyvalent pour un large éventail d'applications IoT, en particulier celles qui nécessitent de la mobilité ou un débit de données plus élevé par rapport aux autres technologies LPWAN.  Tous les principaux opérateurs de réseaux mobiles et fournisseurs de services proposent des services LTE-M.

LTE-M - Low Power Wide Area Network (LPWAN) pour l'IoT

LTE-M, également connu sous le nom d'évolution à long terme pour les machines, LTE-Machine Type Communication ou eMTC, est une forme de réseau étendu à faible consommation d'énergie (LPWAN) développée par 3GPP pour prendre en charge une variété de technologies IoT.

Il permet à ces appareils de se connecter rapidement et directement aux réseaux 4G sans avoir besoin d'une passerelle ou de batteries. Le LTE-M est également privilégié car il peut transférer de grandes quantités de données, y compris la voix, avec une bande passante et une consommation d'énergie relativement faibles, ce qui signifie que la durée de vie de la batterie des appareils est prolongée. 

LTE-M exploite l'infrastructure du réseau cellulaire et est pris en charge par les principaux intervenants de l'industrie. Ce réseau peut coexister avec les réseaux 4G, 3G et 2G en direct  et tire parti de la sécurité et de la confidentialité supérieures des réseaux cellulaires. Il est idéal pour les applications M2M ou IoT où il n'est pas possible d'utiliser le WiFi, l'Ethernet ou une connexion fixe, car vous pouvez utiliser des réseaux cellulaires. Les lancements commerciaux mondiaux de LTE-M ont commencé en 2017 avec des déploiements en cours.

Son concurrent direct, NB-IoT, a également été lancé en 2017 et se positionne de la même manière comme un réseau optimal pour l'IoT ou la communication machine-to-machine (M2M). Les deux réseaux utilisent une seule antenne. Le LTE-M se concentre sur l'Amérique du Nord, tandis que le NB-IoT est actuellement déployé en Europe.

Avantages du LTE-M par rapport au NB-IoT

• Les vitesses de données élevées surpassent celles du NB-IoT avec une vitesse de téléchargement maximale de 5 Mbps et une vitesse de téléchargement maximale de 10 Mbps. 
• Latence de l'ordre de quelques millisecondes par rapport à quelques secondes avec le NB-IoT. 
• La mobilité, avec transfert à bord du véhicule, permet le transfert de données LTE-M1 en déplacement sans perdre la connexion, tout comme un téléphone portable. 
• Il prend en charge la voix sur le réseau via VoLTE, ce qui signifie que les applications qui nécessitent une interaction humaine sur la voix peuvent être prises en charge. 

Inconvénients du LTE-M par rapport au NB-IoT

• Une consommation de bande passante LTE-M1 plus élevée avec une bande passante de 1,08 MHz éclipse la fréquence de 180 kHz de NB-IoT. 
• Les coûts du NB-IoT sont inférieurs, qui ne cessent de baisser par rapport aux autres technologies radio, y compris LTE-M1. 

Actuellement, LTE-M ne peut pas être déployé sur les bandes de garde LTE. Les bandes de garde sont des plages de fréquences étroites qui sont utilisées pour séparer deux gammes de fréquences plus larges, évitant ainsi les interférences si les deux canaux RF principaux sont utilisés. 

LTE-M Applications

LTE-M est commercialement reconnu comme une solution de communication sécurisée avec une faible consommation d'énergie et un débit de données modéré. Voici quelques exemples d'utilisations:

• Sécurité à domicile
• Compteurs intelligents: «auto-reporting» programmé de la consommation d'énergie par les compteurs domestiques.
• Commandes industrielles: contrôle par rétroaction via des capteurs et des actionneurs connectés.
• Agriculture: Suivi des cultures avec retour d'information des capteurs désignés.

Comparaison des technologies LPWAN NB-IoT et LoRaWAN

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) et NB-IoT (Narrowband Internet of Things) sont des technologies sans fil longue portée populaires utilisées pour  les applications IoT (Internet of Things). Ils ont des fonctionnalités distinctes et conviennent à différents cas d'utilisation, comme détaillé dans cet article.  

1. Type de technologie: LoRaWAN est basé sur la technologie LoRa (Long Range), qui utilise une technique de modulation à spectre étalé dérivée de la technologie Chirp Spread Spectrum (CSS).

2. Portée: Offre une couverture à longue portée, généralement supérieure à 10 kilomètres dans les zones rurales et de 2 à 5 kilomètres dans les environnements urbains.

3. Efficacité énergétique: Efficacité énergétique élevée, ce qui le rend idéal pour les appareils alimentés par batterie.

4. Bande passante et débit de données: Il fonctionne sur une bande passante plus faible avec des débits de données allant de 0,3 kbps à 50 kbps.

5. Architecture réseau: utilise une topologie en étoile d'étoiles, où les passerelles relaient les messages entre les terminaux et un serveur réseau central.

6. Adéquation à l'application: Convient le mieux aux applications qui nécessitent une faible consommation, une longue portée et où les paquets de données sont petits et peu fréquents, comme dans IoT agricole, la surveillance de l'environnement ou les compteurs intelligents.

7. Licences: Fonctionne sur le spectre sans licence, qui

8. Base technologique:

• LoRaWAN: Il s'agit de l'abréviation de « Long Range Wide Area Network ». Il utilise une technique de modulation exclusive dérivée de la technologie d'étalement du spectre (CSS) et fonctionne généralement dans les bandes de spectre sans licence.
• NB-IoT: abréviation de «Narrowband IoT». Il s'agit d'une technologie basée sur des normes développée par le 3GPP et fonctionnant sur un spectre sous licence. Le NB-IoT est un type de  technologie LTE (4G) mais optimisé pour l'IoT. 

9. Champ d'application et couverture:

• LoRaWAN: Offre une longue portée allant jusqu'à 15 km en zone rurale et de 2 à 5 km en milieu urbain. Sa portée est l'un de ses points forts, car elle permet une large couverture avec moins de stations de base.
• NB-IoT: Il offre généralement une portée légèrement plus courte que LoRaWAN, mais offre une meilleure pénétration dans les zones urbaines et les environnements intérieurs en raison de son utilisation de bandes LTE sous licence.

10. Vitesse des données et bande passante:

• LoRaWAN: Prend en charge des débits de données inférieurs allant de 0,3 kbps à 50 kbps. Il est donc mieux adapté aux applications qui nécessitent l'envoi intermittent de petites quantités de données.
• NB-IoT: Offre des débits de données plus élevés par rapport à LoRaWAN, généralement autour de 200 kbps. Cela le rend plus adapté aux applications qui ont besoin de transmettre plus de données.

11. Consommation électrique:

• LoRaWAN: Conçu pour une faible consommation d'énergie, ce qui permet aux appareils de durer des années avec une seule charge de batterie, ce qui le rend idéal pour les endroits éloignés ou difficiles d'accès.
• NB-IoT: Également optimisé pour une faible consommation d'énergie, mais l'autonomie réelle de la batterie peut varier en fonction de l'application et de la configuration du réseau.

12. Cas d'utilisation de l'application:

• LoRaWAN: Couramment utilisé dans l'agriculture, les villes intelligentes et la surveillance de l'environnement, où la longue portée et la faible consommation sont cruciales.
• NB-IoT: Idéal pour les compteurs intelligents, le stationnement intelligent et la surveillance des soins de santé, où des débits de données plus élevés et une fiabilité plus élevés sont importants.

13. Topologie de réseau:

• LoRaWAN: Il fonctionne généralement dans une topologie en étoile d'étoiles, où les appareils finaux communiquent directement avec les passerelles.
• NB-IoT: Utilise une structure cellulaire plus traditionnelle, connectant les appareils à une station de base, qui est ensuite connectée au réseau central.

14. Coût:

• LoRaWAN: Dans l'ensemble, ses coûts de déploiement et d'exploitation sont inférieurs en raison de son utilisation de spectre sans licence et d'une architecture de réseau plus simple.
• NB-IoT: Vous pourriez encourir des coûts plus élevés en raison des frais de licence pour le spectre et des infrastructures plus complexes.

15. Sécurité:

• LoRaWAN: Fournit des fonctionnalités de sécurité intégrées telles que le chiffrement de bout en bout, des clés réseau uniques et des clés d'application.
• NB-IoT: Bénéficie des fonctionnalités de sécurité éprouvées des réseaux cellulaires, notamment une forte confidentialité de l'identité de l'utilisateur et une protection de l'intégrité des données.

En bref, LoRaWAN est le mieux adapté aux applications qui nécessitent une connectivité longue portée et une faible consommation d'énergie, tandis que le NB-IoT est meilleur pour les cas d'utilisation qui nécessitent un débit de données plus élevé et une meilleure couverture intérieure. Le choix entre les deux dépend en grande partie des exigences spécifiques de l'application IoT en question.

Technologies LPWAN: comparaison entre LoRaWAN et Sigfox

Dans l'écosystème en pleine croissance de l'Internet des objets (IoT), le besoin de solutions de communication à longue portée et à faible consommation d'énergie devient de plus en plus évident. Deux des principales technologies de réseau étendu basse consommation (LPWAN) qui ont émergé pour répondre à cette exigence sont LoRaWAN et Sigfox. Les deux offrent des avantages et des limites uniques. Dans cet article, nous allons nous plonger dans une analyse comparative entre les deux. 

LoRaWAN: LoRaWAN Il s'agit d'un protocole construit sur le Couche physique LoRa(longue portée). Il fonctionne dans le spectre de fréquences sub-gigahertz et est conçu pour les communications à longue portée et à faible consommation.

Sigfox: Sigfox est une solution de communication propriétaire qui fonctionne également dans la gamme sub-gigahertz. Il s'agit de l'une des premières technologies LPWAN introduites sur le marché et elle est conçue pour servir les appareils qui envoient de petites rafales de données peu fréquentes. 

Différences techniques

Bande passante et débit de données:

• LoRaWAN: Offre des débits de données réglables à l'aide de différents facteurs de dispersion, offrant un équilibre entre la portée et le débit de données. Il peut atteindre des débits de données de 0,3 kbps à 50 kbps. 

• Sigfox: Il a un débit de données fixe de 100 bps, ce qui est considérablement inférieur, et s'adresse principalement aux appareils qui transmettent de petites quantités de données. 

Taille et fréquence des messages:

• LoRaWAN: permet des tailles de charge utile allant jusqu'à 243 octets par message. Le nombre de messages pouvant être envoyés varie d'une région à l'autre en raison de restrictions réglementaires, mais peut généralement aller jusqu'à plusieurs messages par heure. 
• Sigfox: Limite la taille de la charge utile à 12 octets par message et jusqu'à 140 messages par jour. 

Architecture et couverture:

• LoRaWAN: fonctionne dans une topologie en étoile avec des passerelles qui transmettent des messages des appareils finaux à un serveur réseau central. La couverture est souvent déterminée par la présence de passerelles, ce qui la rend adaptée aux déploiements publics et privés. 
• Sigfox: Utilise un réseau stellaire simple où les appareils communiquent directement avec les stations de base Sigfox. La couverture est assurée par Sigfox et dépend donc du déploiement de votre infrastructure dans une région particulière. 

Sécurité:

• LoRaWAN: intègre le chiffrement de bout en bout à l'aide d'AES-128, avec des clés distinctes pour les couches réseau et application. 
• Sigfox: Il utilise un mécanisme de cryptage propriétaire, mais en raison de la taille plus courte de ses messages, on peut affirmer que le cryptage effectif est plus faible que celui de LoRaWAN. 

Interférences et évolutivité:

• LoRaWAN: Il a une résistance intégrée aux interférences et est hautement évolutif en raison de sa capacité à tirer parti de plusieurs canaux et facteurs de dispersion. 
• Sigfox: Utilise une approche à bande étroite qui offre intrinsèquement une résistance aux interférences, mais peut être confrontée à des problèmes d'évolutivité dans des environnements d'appareils densément peuplés. 

Marché et écosystème

• LoRaWAN: La nature ouverte de LoRaWAN a favorisé une grande communauté et un grand écosystème. L'Alliance LoRa, qui gère le protocole, est composée de nombreuses entreprises qui travaillent ensemble pour normaliser et promouvoir la technologie. 
• Sigfox: En étant propriétaire, Sigfox contrôle son écosystème de manière plus stricte. Cependant, ils ont établi des partenariats avec plusieurs fabricants d'appareils et fournisseurs de solutions, garantissant une large gamme d'appareils prêts pour Sigfox sur le marché. 

Réflexions finales

LoRaWAN et Sigfox ont tous deux leurs propres mérites et sont conçus pour des cas d'utilisation spécifiques. Bien que LoRaWAN offre plus de flexibilité en termes de débit de données et de taille de charge utile, il nécessite une gestion de réseau plus sophistiquée. Sigfox, en revanche, simplifie la connectivité au prix de débits de données plus faibles et de tailles de message plus courtes.

Le choix entre les deux dépend en grande partie des exigences spécifiques d'une mise en œuvre de l'IoT. Des facteurs tels que le volume de données, la fréquence des transmissions, les besoins de couverture, l'évolutivité et la prise en charge de l'écosystème  doivent être pris en compte.

Senet LPWAN: le plus grand réseau IoT géré par LoRaWAN

Qu'est-ce que le réseau Senet?

Le réseau Senet est un réseau public étendu (LPWAN) basse consommation basé aux États-Unis qui dessert les  applications   de l'Internet des objets (IoT) et  de machine à machine (M2M). Il s'agit du plus grand réseau LoRaWAN des États-Unis et de l'un des réseaux LoRaWAN à la croissance la plus rapide au monde. Il utilise la technologie LoRa pour prendre en charge un écosystème croissant d'appareils et de composants qui transmettent leurs données sans fil sur de longues distances à des serveurs basés sur le cloud où ils sont utilisés pour la surveillance et le contrôle. Le réseau Senet, c'est: 

Contrairement à Nova Labs (Helium Network) 

• Faible consommation
• Capable de transfert de données bidirectionnel
• Capable de desservir de vastes zones géographiques
• Convient aux appareils fonctionnant sur batterie
• Capable de mobilité
• fiable
• Faible coût
• Capable de sécuriser la transmission des données
• Prend en charge la gestion à distance des appareils

Utilisant une forme modifiée de la technologie LoRa, le réseau Senet adhère entièrement aux normes de réseau mondial open source de l'Alliance LoRa®. Il s'agit de l'un des plus anciens réseaux IoT décentralisés et a été conçu en 2009 comme une solution d'automatisation de l'approvisionnement en carburant. Son succès a conduit la société d'origine à développer sa technologie de réseau propriétaire pour en faire un LPWAN public qui pourrait également desservir d'autres marchés. Senet est membre de la LoRa® Alliance depuis 2015 et est devenu le premier réseau LoRaWAN en Amérique du Nord.

Bandes de fréquences Senet

Aux États-Unis, le réseau Senet utilise la bande de fréquence 915 MHz sans licence. Senet utilise le plan de canaux US915 qui s'étend de 902 MHz à 928 MHz. 26 MHz sont disponibles pour la transmission sur 9 canaux de liaison montante et 9 canaux de liaison descendante.

Couverture Senet

Senet a plus de 115 000 miles carrés de couverture dans le nord-est, le Midwest et la Californie, y compris 56 000 villes. De plus, il offre une couverture et une disponibilité de connectivité dans 170 pays.

Senet LoRaWAN fournit:

Services de réseau gérés

Le réseau Senet est un LoRaWAN mature qui peut offrir des services complets pour les appareils IoT et les opérateurs de réseaux, les parties prenantes des réseaux d'accès radio et les fournisseurs d'applications. Il offre une couverture intérieure et extérieure, avec des milliards de transactions traitées chaque année pour des applications d'entreprise et industrielles. Un déploiement professionnel et une qualité de service signifient que les clients peuvent utiliser Senet en toute confiance pour des applications critiques. 

Outils et services IoT

Senet propose des services complets pour le développement d'applications IoT. Le réseau fournit aux développeurs des outils et des passerelles de test pour optimiser les performances des applications avant le déploiement commercial.

Mise à l'échelle rapide des réseaux IoT

Senet a la capacité et la couverture nécessaires pour gérer un grand nombre de capteurs IoT. L'activation est simple et sécurisée et peut se poursuivre pendant une décennie ou plus sans interruption. Les applications peuvent également utiliser le réseau pour des mises à jour à distance à grande échelle.

Architecture LoRaWAN de Senet et composants réseau

Senet LoRaWAN intègre des technologies clés pour prendre en charge les réseaux IoT évolutifs. Les principaux composants comprennent:

1. Le serveur réseau Senet

Comme tous les réseaux LoRaWAN, le réseau Senet dispose d'un serveur réseau évolutif basé sur le cloud. Ce serveur agit comme la plaque tournante de la plate-forme centrale du réseau et exécute des fonctions telles que la surveillance du réseau et de ses applications, l'état du périphérique final et l'escalade des problèmes.

Le serveur réseau Senet dispose des fonctionnalités Operations Support System (OSS) et Business Support System (BSS) qui vous permettent de maintenir les opérations de votre réseau tout en fournissant les services commerciaux requis par vos utilisateurs.

2. Serveurs d'applications

Les serveurs d'applications fournissent l'accès au réseau et la gestion du réseau pour les clients. Il est capable de contrôler les appareils finaux au niveau de l'application. Les terminaux transmettent leurs données au serveur réseau, qui les transmet au serveur d'applications. Les données transférées entre ces deux serveurs sont cryptées.

3. Passerelles Senet

Dans un réseau LoRaWAN, les passerelles sont le point d'accès des terminaux pour échanger des données avec le réseau. Senet peut acheminer des données de manière bidirectionnelle entre l'appareil final et le serveur réseau à l'aide d'un réseau de backhaul IP (Ethernet, Wi-Fi, cellulaire ou satellite). Les passerelles Senet ajoutent régulièrement des métadonnées pour transférer des messages sur les caractéristiques de réception de la liaison montante.

Les passerelles Senet LoRa varient dans leur couverture et peuvent être des unités intérieures ou extérieures. Un large éventail de fabricants LoRa produisent des passerelles Senet, notamment:

• ADTRAN
• Lien Kerlink
• Connectivité LAIRD
• Kilométrage Vision
• Multitechnologie
• TEKTELIC

Une nouvelle passerelle doit être ajoutée pour qu'elle puisse rejoindre le réseau Senet. Le processus d'intégration comprend l'enregistrement et l'approbation de la poignée de main de la station de base par l'opérateur et le fournisseur Senet et RAN. Les passerelles nécessitent également un redirecteur de paquets LoRa correctement configuré qui peut communiquer en toute sécurité avec le réseau Senet.

Antennes externes pour passerelles Senet

Les passerelles Senet peuvent être équipées d'antennes LoRa externes pour augmenter leur couverture et leurs performances. De nombreux fabricants de passerelles LoRa compatibles Senet produisent des passerelles intérieures et extérieures avec des connecteurs adaptés à la connexion d'une antenne LoRa. 

Vous pouvez connecter des antennes LoRa à des passerelles Senet via des connecteurs RF externalisés. Les passerelles intérieures ont généralement un connecteur SMA  pour la connexion d'antenne, tandis que les passerelles extérieures ont un connecteur N robuste. 

Antenas de red Senet de Data Alliance

Nous disposons d'une large gamme d'antennes LoRa intérieures et extérieures compatibles avec le réseau Senet.

• Découvrez notre large gamme d'antennes, de câbles et de supports Senet 

4. Pare-feu

La sécurité est souvent une préoccupation pour les réseaux LoRa, mais Senet dispose de pare-feu entièrement intégrés qui agissent comme une autorité de contrôle d'accès, authentifiant les appareils finaux et générant des clés pour les sessions et les applications réseau. Les clés de session d'application assurent la confidentialité des données et les clés de session réseau garantissent la sécurité du réseau. Senet intègre entièrement la sécurité sur l'ensemble du réseau et utilise le cryptage AES 128 bits pour les communications entre les terminaux, le serveur réseau Senet et les serveurs d'applications. La sécurité du réseau Senet peut être encore renforcée en intégrant des solutions de sécurité de fournisseurs tiers.

5. Terminaux

Les terminaux IoT qui utilisent le réseau Senet pour échanger des données sont principalement des capteurs et des actionneurs largement distribués et situés dans les lieux de détection ou de contrôle. Ils sont probablement loin de la porte d'entrée qui les dessert. Ces appareils sont généralement alimentés par batterie et bénéficient de l'utilisation d'un réseau à faible consommation d'énergie pour leurs échanges de données.

Les appareils participants peuvent utiliser l'activation de personnalisation (ABP) et l'activation sans fil (OTAA), que vous pouvez effectuer pour des appareils individuels ou à grande échelle. L'OTAA peut être utilisé pour l'intégration en masse des terminaux, ce qui est simple et pratique.

En résumé, Senet:

C'est le premier réseau de couverture LoRa aux États-Unis et un concurrent direct de Nova Labs (Helium Network). Sa couverture mature est sécurisée et ses passerelles open source lui permettent de prendre facilement en charge les applications de réseau IoT à grande échelle. Comme LoRaWAN, il présente une intercompatibilité élevée avec d'autres réseaux, ce qui peut contribuer à sa croissance future et à son adoption dans diverses applications.