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Comprendre les technologies LPWA (SIGFOX et LoRa)

Qu'est-ce que les réseaux LPWA et quels sont leurs intérêts ? Quelles sont leurs caractéristiques par rapports aux autres technologies télécoms? Quelles différences existe-t-il entres les technologies LPWA, notamment SIGFOX et LoRa?

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• Overview
• Les deux principales technologies
• Comparaison
• Notre approche sur le LPWA
Aperçu des technologies IoT
LPWAN
(Low Power Wide Area Network)
SIGFOX et LoRa
06/2016
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OVERVIEW - Caractéristiques
Couverture longue portée
même en zones très
denses.
Longue portée Données restreintes
< 50 Kb/s. Max 242
octets par message pour
une portée optimisée.
Batterie longue
durée
Jusqu’à 10 ans
sur le même cycle
A l’inverse des réseaux
maillés (ex:
Zigbee/802.15.4), les
réseaux en étoile sont
plus simples à déployer et
contribuent à la frugalité
énergétique du LPWA.
Réseau en étoile Coûts de souscription
faibles
Inférieurs à 1€ par
device par mois
Faible nombre de
stations radio requis
Plusieurs milliers de
capteurs gérés par
une même base
station.
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OVERVIEW - Positionnement
Source : Perter R. Egli (http://fr.slideshare.net/PeterREgli/lpwan)
Un positionnement pertinent pour les usages de l’Internet des
Objets.
Hormis LPWAN, aucune autre technologie actuelle ne répond aux
usages des applications de l’Internet des Objets.
www.vertical-m2m.com/fr
OVERVIEW – Usages
Couverture longue portée
jusqu’en zones très denses
Smart City : smart grid, metering,
lighting, structural health
monitoring
Smart Industry : maintenance
prédictive
Sites isolés pour les
applications requérant une
longue durée de vie des
batteries
Smart Agriculture : systèmes
d’irrigation
Smart Grid / Water : metering
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Les deux principales
technologies LPWAN
1. A propos
2. Généralités &
transmission des
données
3. Principes
d’architecture
4. Modèle économique
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SIGFOX est une start-up Française créée en 2009 et basée à
Toulouse
Déploiement d’infrastructures long range pour l’IoT, avec une
couverture nationale et en cours dans plusieurs autres pays (US-
Californie, Londres, Milan, Russie-Moscou, etc)
La technologie SIGFOX embarque des modules capables d’émettre
des messages de taille maximale de 12 octets, avec une fréquence
maximale de 140 émissions par jour, et avec un débit de 100 bit/s.
• Modèle « opérateur » uniquement (abonnements annuels/objet
connecté)
• Déploiements nationaux hors de France via des SNO (SigFox
Network Operator) sélectionnés (ex: Arqiva aux UK, Aerea aux
Pays-bas, Abertis Telecom en Espagne, EI Towers en Italie…)
• Intégration à son capital d’opérateurs télécoms & équipementiers
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Comprendre les technologies LPWA (SIGFOX et LoRa)

  • 1. www.vertical-m2m.com/fr • Overview • Les deux principales technologies • Comparaison • Notre approche sur le LPWA Aperçu des technologies IoT LPWAN (Low Power Wide Area Network) SIGFOX et LoRa 06/2016
  • 2. www.vertical-m2m.com/fr OVERVIEW - Caractéristiques Couverture longue portée même en zones très denses. Longue portée Données restreintes < 50 Kb/s. Max 242 octets par message pour une portée optimisée. Batterie longue durée Jusqu’à 10 ans sur le même cycle A l’inverse des réseaux maillés (ex: Zigbee/802.15.4), les réseaux en étoile sont plus simples à déployer et contribuent à la frugalité énergétique du LPWA. Réseau en étoile Coûts de souscription faibles Inférieurs à 1€ par device par mois Faible nombre de stations radio requis Plusieurs milliers de capteurs gérés par une même base station.
  • 3. www.vertical-m2m.com/fr OVERVIEW - Positionnement Source : Perter R. Egli (http://fr.slideshare.net/PeterREgli/lpwan) Un positionnement pertinent pour les usages de l’Internet des Objets. Hormis LPWAN, aucune autre technologie actuelle ne répond aux usages des applications de l’Internet des Objets.
  • 4. www.vertical-m2m.com/fr OVERVIEW – Usages Couverture longue portée jusqu’en zones très denses Smart City : smart grid, metering, lighting, structural health monitoring Smart Industry : maintenance prédictive Sites isolés pour les applications requérant une longue durée de vie des batteries Smart Agriculture : systèmes d’irrigation Smart Grid / Water : metering
  • 5. www.vertical-m2m.com/fr Les deux principales technologies LPWAN 1. A propos 2. Généralités & transmission des données 3. Principes d’architecture 4. Modèle économique
  • 6. www.vertical-m2m.com/fr SIGFOX est une start-up Française créée en 2009 et basée à Toulouse Déploiement d’infrastructures long range pour l’IoT, avec une couverture nationale et en cours dans plusieurs autres pays (US- Californie, Londres, Milan, Russie-Moscou, etc) La technologie SIGFOX embarque des modules capables d’émettre des messages de taille maximale de 12 octets, avec une fréquence maximale de 140 émissions par jour, et avec un débit de 100 bit/s. • Modèle « opérateur » uniquement (abonnements annuels/objet connecté) • Déploiements nationaux hors de France via des SNO (SigFox Network Operator) sélectionnés (ex: Arqiva aux UK, Aerea aux Pays-bas, Abertis Telecom en Espagne, EI Towers en Italie…) • Intégration à son capital d’opérateurs télécoms & équipementiers pour peser sur la normalisation IoT narrowband 1. A propos
  • 7. www.vertical-m2m.com/fr • La transmission utilise des fréquences radio publiques libre d’accès, non sujettes à licences, mais à usage néanmoins règlementé (bandes ISM 868 MHz en Europe, 902 MHz aux US/FCC). • Dans une largeur de bande actuellement de 48 KHz et bientôt de 192 KHz, centrée sur la fréquence 862 MHz, en France et en Europe, chaque device émet sur une bande de largeur 100 Hz. Un modem SigFox ne peut émettre plus de 30 s / heure environ (1% du temps, soient 6 messages environ max/heure). • La fréquence de base et la largeur de bande autorisée dépendent des régulations locales de chaque pays. Cette bande de fréquence étant publique, elle doit être partagée avec d’autres usagers. 2. Généralités
  • 8. www.vertical-m2m.com/fr 2. Transmission des messages sur le réseau • Chaque device et chaque station ont un id unique SIGFOX. Les messages sont transmis et sont signés grâce à cet ID. Cette signature authentifie le device SIGFOX. • Transmission en mode « fire and forget » : le modem n’attend aucun acquittement de la part des stations radio recevant le message. Le modem n’a aucune connaissance des stations dans son champ d’émission radio et a pour missions: • La transmission multiple des messages (3 transmissions du même message sur 3 canaux différents) • Le choix des fréquences de transmission • Le choix de la fréquence de réception qui est calculée en fonction de la fréquence utilisée pour sa dernière émission
  • 9. www.vertical-m2m.com/fr • Transmission Uplink (UL) • Transmission Downlink (DL) 1. L’utilisateur envoie au back-end la demande de commande 2. Lors de la connexion UL suivante du device SigFox, celui-ci est informé de la demande 3. Transmission par une seule Base station 4. Délai de transmission (asynchrone) 5. Jusqu’à 4 messages downlink par jour par device (abonnements « platinum ») 3. Flux bi-directionnels dans SigFox
  • 10. www.vertical-m2m.com/fr Les messages sont reçus par une station de base. La station transmet ces messages au Backend (BE) via une connexion IP. Le BE stocke les messages et les transmet au SI client. Le BE peut envoyer des messages à la station et s’y connecter, mais ni le BE ni la station de base ne peuvent se connecter au device. 3. Principes d’architecture
  • 11. www.vertical-m2m.com/fr • Un modèle économique fondé sur des abonnements par device connecté (4 niveaux) • Royalties auprès des opérateurs proposant le réseau SIGFOX • Modèle opérateur direct (en France et aux USA) • Variables de la tarification actuelle SIGFOX • Volume total de devices connectés (paliers tarifaires) • Profil de trafic / device (nombre de messages maximum en uplink / en downlink) • Durée du contrat d’abonnement (impact = frais d’activation à payer pour chaque contrat) • De < 1 € ht/an/objet à 7 € ht/an/objet connecté + frais d’activation/device/contrat 4. Modèle économique
  • 12. www.vertical-m2m.com/fr • Technologie et protocole développés par SEMTECH (www.semtech.com) à partir d’une technologie Française (rachat de Cycleo en 2012) • LoRa = Long Range => portée accrue et robustesse • LoRa Alliance (créée fin 2014, > 200 membres en Février 2016 pour supporter les specifications techniques) • 2 versions successives du protocole, LoRA point-à-point (LoRA MAC) et LoRAWAN 1.0 (release Janvier 2015) • 3 classes de devices LoRAWan: A, B, C* • Classe A: Bi-directional end-devices • Classe B: Bi-directional end-devices with scheduled receive slots • Classe C: Bi-directional end-devices with maximal receive slots • Les chipsets existent en unidirectionnel (bande 860 – 1020 MHz) ou bidirectionnel (High Band – 860-960MHz et Low Band – 169-510MHz) et sont uniquement, pour le moment, pourvu par Semtech. • Identifiant des end-devices: IEEE EUI64 format 1. A propos
  • 13. www.vertical-m2m.com/fr • Datarate de 0,3 à 50 Kb/s • Encryption AES128 device – server & end-node – user app • Architecture en étoile (stars of stars) • 3 classes de devices (communication bidirectionnelle) • Classe A • Classe B (beacon) • Classe C (continuous) • Formats des messages Uplink • Format des messages Downlink 2. Généralités - LoRAWan Spécification 1.0
  • 14. www.vertical-m2m.com/fr Revue des architectures techniques en environnement LoRA LoRAWan Gateway LoRaWan Network operator LoRaWan server LoRaWan Server (embedded) LoRAWan Gateway LoRaWan server LoRaWan PRIVATE Network Encrypted applicative payload API Encrypted applicative payload API Encrypted applicative payload API or other APIs (MQTT, XMPP…) 3. Principes d’architecture
  • 15. www.vertical-m2m.com/fr COMPARAISON - SigFox ou LoRA ? 15 - LoRa nécessite plus d'antennes que Sigfox pour un service équivalent. Les infrastructures coûteront donc moins cher à Sigfox qui pourra donc encore faire baisser ses prix. - Déjà 91%de la population française couverte alors que LoRa est encore en phase pilote : couverture nationale attendue au plus tôt fin 2016 ce qui freine la capacité à tracer des appareils ce qui est pourtant un usage important du réseau M2M - Le contenu de chaque message peut atteindre 242 octets contre seulement 12 pour Sigfox. Convient mieux pour les applications demandant davantage de débit. (protocole reposant sur étalement de spectre) - La technologie pénètre mieux les bâtiments - Meilleure bi-directionnalité du fait du lien symétrique. Exemple : si vous souhaitez réaliser des opérations de contrôle-commande sur vos équipements. - Débit adaptable en fonction de la situation de l'objet - LoRa est soutenu par plusieurs opérateurs télécoms en France (Orange, Bouygues)  Une bataille pour la normalisation des 2 technologies LPWA s’est engagée avec le soutien d’opérateurs télécoms dans les 2 cas (SFR/NC pour Sigfox, Orange et Bouygues Telecom pour LoRA en France par exemple)  Les 2 technologies vont co-exister sur les prochaines années et répondent à des besoins différents ! Avantages de chaque technologie Conclusion
  • 16. www.vertical-m2m.com/fr COMPARAISON - principales technologies LPWAN Source: LoRAWAN Alliance, 2015 Fonctionnalités LORAWAN SIGFOX LTE Cat 1 LTE M NB - LTE Modulation SS chip UNB / GFSK / BPSK OFDMA OFDMA OFDMA Bande passante 500 – 125 KHz 100 Hz 20 MHz 20 – 1.4 MHz 200 KHz Débit de données 290bps – 50Kbps 100 bit / sec 12 / 8 bytes Max 10 Mbit /se 200 kbps – 1 Mbps Environ 20K bit / sec Message max. par jour Unlimited UL: 140 msgs / day Unlimited Unlimited Unlimite Puissance d’émission 20 dBm 20 dBm 23 – 46 dBm 23/30 dBm 20 dBm Bilan de liaison 154 dB 151 dB 130 dB+ 146 dB 150 dB Durée de vie de batterie 2000mAh 105 mois 90 mois 19 mois Efficacité énergétique Très élevée Très élevée Basse Moyenne Moyenne haute Immunité aux interférences Très haute Basse Moyenne Moyenne Basse Coexistence Oui Non Oui Oui Non Sécurité Oui Non Oui Oui Oui Mobilité / localisation Oui Mobilité réduite, pas de localisation Mobilité Mobilité Mobilité réduite, pas de localisation
  • 18. www.vertical-m2m.com/fr Notre accompagnement sur vos projets LPWAN • Professional services et expertise LPWAN • Développements embarqués et design de capteurs / produits LPWA dans le cadre de solutions • Management d’infrastructures capteurs hétérogènes LPWAN (LoRA public, LoRA privé, Sigfox…) • Développement d’applications IoT sur-mesure utilisant le LPWAN via CommonSense • Conception de solutions de bout-en-bout
  • 19. www.vertical-m2m.com/fr • Maîtrise unique de l’ensemble du spectre LPWA Professional services et expertise sur solutions de connectivité IoT / LPWAN • Agnostiques en termes de technologies IoT Partenaire SIGFOX IoT platform provider depuis mars 2016. https://partners.sigfox.com/compani es/vertical-m2m OneM2M Workshop, ETSI’s headquarters, • Experts reconnus en multi- technologies IoT & training sessions techniques depuis 2014 Turnkey Smart city service platform using LPWAN (LoRa) and oneM2M API http://www.etsi.org/news-events/events/966-2015-12-etsi-m2m- workshop-2015-featuring-onem2m Animateur en France de l’initiative LORA 1 des seuls experts reconnus Multitech LORA au monde! http://www.multitech.com/landing-pages/events/campaigns/promotions/partner- programs/masters-program/masters- program?pimcore_preview=true&time=1472580165002
  • 20. www.vertical-m2m.com/fr Développements embarqués et intégration multi-plates-formes • Multi-environnements de développements : Python, Java, C/C++, OpenAT… • Multi-protocoles télécoms : GSM/SMS/GPRS/3G/4G/broadband IP filaire (adsl, fibre…) • Multi-formats de données : Modbus, M-Bus, radio (Bluetooth, Wifi, Zigbee/802.15.4/ 6lowpan, Zwave, Sigfox, Semtech Lora…)
  • 23. www.vertical-m2m.com/fr Développement d’applications M2M/IoT •Infrastructure logicielle CommonSense •Module DEA et API pour le développement d’applications •Applications sur étagère http://www.vertical-m2m.net/emailing/video/kfa- data-and-statistics.mp4 http://www.vertical-m2m.net/emailing/video/cst- equipements_maintenance_commandes.mp4 Surveiller et s'assurer de la bonne performance des opérations Télé-gérer vos équipements à distance Pour plus de détails visitez : http://www.vertical- m2m.com/fr/common sense-plateforme-iot Exemples
  • 24. www.vertical-m2m.com/fr Conception de solutions de bout-en-bout – exemple: SmartEnergy, SmartBuilding et SmartHome Offres SmartBuilding: OneSense Energy et U-shine (ENR) depuis 2012 Nombreux projets réalisés dans le domaine de l’Energie : Offre SmartHome depuis 2014
  • 25. www.vertical-m2m.com/fr Contactez-nous pour vos projets LoRa ou SIGFOX Maurice Zembra mzembra@vertical-m2m.com Robert Vivanco rvivanco@vertical-m2m.com Téléphone : +33 (0)1 43 15 69 85 www.vertical-m2m.com/fr Twitter : @VerticalM2M LinkedIn : https://www.linkedin.com/company/vertical-m2m