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Centre d’Excellence en Technologies del’Information et de la Communication
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Présentation LPWANLow Power Wide Area Network
R&D Department Manager
Groupe de discussion, le 24/05/2016
Philippe Drugmand
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Agenda
• Qu’est ce que les LPWANs?• Particularités techniques et impacts sur l’IoT• Sigfox, LoRa et LoRaWAN• Autres pistes et solutions• Objets et réseaux : perspectives globales
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LPWAN1 – Caractéristiques générales
• Low Power• Basse consommation énergétique pour la transmission• Bluetooth << LPWAN << GPRS/3G/4G• Protocole simplifié (% 4G), moins de CPU
• Wide Area• Portée de quelques km à quelques dizaines kms théoriques• Convient pour établir un réseau public régional ou national• Meilleure pénétration Indoor que 3G/4G (à discuter)
• Transmission simplifiée• Faible débits (100 bps -> quelques dizaines de kbps)• Petits messages (-> 242 octets), inadapté aux transferts de grande
quantité de données• Adressage basique (p2p), pas de routage, session,..
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LPWAN2 – Caractéristiques de transmission
• Utilisation de bandes de fréquences libres ISM (non licenciées)• 868MHz en Europe (915MHz aux US)• 433MHz• Autres fréquences possibles selon régions (TV White Spaces,…)
• Capacités limitées par Duty Cycle pour permettre la cohabitation• Selon canaux (10%, 1%), puissance limitée (25 -> 500 mW)
• Les standards (LoRa, Sigfox,…) sont encore plus restrictifs pour permettre une forte densité de capteurs• 1M+ de capteurs par station de base
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LPWAN3 – Les promesses
• Réseaux adaptés au Machine2Machine (M2M)• Couverture de 100%, réseaux européens (via roaming)• Coûts très bas
• Prix abonnement : quelques euros par an• Prix capteurs à quelques euros: transceiver à +/- 1 €, µcontrôleur
peu coûteux • Batterie simple et peu chère pour longue durée de vie
• 2 AA pour 5 à 20 ans de transmission
• Simplicité de gestion et de déploiement (pas de carte SIM)
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LPWAN4 – Architecture typique (ici LoRaWAN)
Réseau de l’opérateur (Black Box)
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LPWAN5 – la situation en Belgique
• Engie est en cours de déploiement d’un réseau national Sigfox• Pas date officielle, ouverture officielle en 2016?
• Proximus en cours de déploiement d’un réseau LoRaWAN• Ouverture officielle du réseau d’ici fin 2016
• Intellinet déploie un réseau LoRaWAN en Flandre (licence projet collaboratif « The Things Network »)• Orange déploierait un réseau LoRaWAN national
• Prévu en 2017/2018
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Sigfox1 – Spécificités techniques et commerciales
• Capacités bridées• Uplink: 100 bps, 12 octets / message, max 140 message / jour• Downlink : 8 octets / message, 4 messages / jour
• Offre orientée Low Cost et scalabilité• Prix par capteur et par an• Prix dégressif en fonction du nombre de capteurs• Prix fonction du nombre de messages par jour (max 140)
• Seamless roaming : abonnement européen unique• Uniquement collecte de données, pas d’autre service (localisation,
…)• Pas de mise à jour des capteurs « Over The Air »
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Sigfox2 – Eco-système
• Eco-système installé • Nombreux équipements disponibles
• Transceivers• Modules intégrés (CPU)• Capteurs compatibles
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Sigfox3 – couverture européenne
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LoRaWAN1 – Spécificités techniques et commerciales
• 3 classes de devices:• A: purement asynchrone, le capteur émet ses données, écoute s’il y
a une réponse puis s’éteint• B: Le capteur a un timeslot assigné pour émettre et recevoir dans
une période de 128 secondes• C: Le capteur peut émettre et recevoir en permanence (mais reste
en écoute permanente)• Localisation (par triangulation)
• Service annoncé avec une précision de 25m• Sans impact côté capteur (mais service probablement payant)
• Roaming via l’alliance LoRaWAN (basé LoRaWAN 2.0)• Politique commerciale à publier• Volonté de Proximus d’offrir des services à valeur ajoutée (Cloud,
monétisation des données,…)
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LoRaWAN2 – Eco-système
• Moins développé que Sigfoxmais en développement rapide• Transceivers• Modules intégrés (CPU)• Capteurs compatibles
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LoRaWAN3 – Couverture annoncée (fin 2016)
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LoRa (n’est pas LoRaWAN)
• LoRa est le standard utilisé par le consortium LoRaWAN• Mais on peut faire des réseaux LoRa non compatibles LoRaWAN
• LoRa Alliance est une alliance d’opérateurs télécom et de fournisseurs de technologies pour• Rationaliser et unifier l’offre LoRa (classes par exemple)• Permettre le roaming sur base de cette offre unifiée-> création du standard LoRaWAN
• Des réseaux LoRa peuvent être déployés• Equipements (transceivers, modules, stations de base) disponibles
pour déployer un réseau LoRa privé
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PicoWAN: une variante LoRaWAN• Startup qui a développé un concept de réseau collaboratif• Les gateways PicoWAN seront (fin 2016?) disponibles à la vente directe
• Pour créer des réseaux privés (domotique,…)• Pour servir de relais LoRaWAN vers le réseau PicoWAN
• Les gateways PicoWAN sont connectées à Internetvia Ethernet ou WiFi
• Les objets compatibles LoRaWAN pourront communiqueravec les gateways PicoWAN
• Les performances Indoor sont supposées meilleuresque LoRaWAN (mais pas outdoor….)
• Logiciel sera disponible en Open Sourcemais réseau PicoWAN propriétaire et fermé
• Tarif réseau PicoWAN : à partir de 0,50 € par an et par objet• Utilisation possible comme renforcement réseau LoRaWAN (caves,…)
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Weightless• Standard ouvert porté par un consortium assez large
• Pas bloqué par un fournisseur de composant (LoRa et Semtech)• Peut être déployé librement (pas comme Sigfox)
• Plusieurs incarnations• Weightless –W
• utilise les « TV White Spaces » libérés par l’arrêt de la diffusion TV en analogique (libérés en UK, USA, pas encore en Europe continentale)
• Plus gros débits que les bandes ISM• Déploiement en cours UK, USA
• Weightless –N• Utilise les bandes ISM comme LoRa/Sigfox (868 MHz)• Concurrent direct de LoRa et Sigfox sur les réseaux de capteurs
• Weightless –P• Utilise les bandes ISM comme LoRa/Sigfox (868 MHz)• Bidirectionnel, plus adapté pour des réseaux locaux (portée : 2~3 km)
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Narrowband IoT (NB-IoT, LTE Cat-M2)
• Utilisation des bandes 3GPP (2G, 2,5G, 3G, 4G)• Utilisables uniquement par les détenteurs de licences 3GPP!
• Différentes approches, standardisation en cours (annoncé pour Juin)• Standalone : réutilisation de bandes 2G• In-Band: Utilisation dynamique de la bande 3GPP/LTE• Guard band : Utilisation de bandes étroites entre les bandes
3GPP/LTE actuelles • Les stations de base 3GPP seraient compatibles (HW, maj SW)• Gain de 20dB (link budget) % GPRS• Technologie choisie par Vodafone
• Déploiement annoncé pour le 1° semestre 2017 (Orange en 2018)• Variantes : EC-GSM (bandes 2G uniquement), LTE-M
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Evolution possible de l’IoT 3GPP
@ Light Reading 2016
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Capteurs multi-protocoles
• Possibilité de capteurs multi-protocoles (Sigfox + LoRaWAN, voire Weightless)• Il existe des modules multi-protocoles,• il est donc possible de développer des capteurs qui peuvent passer
d’un réseau à l’autre,• par configuration (selon les conditions de transmission à l’endroit où
le capteur est déployé)• ou dynamiquement (y compris si le capteur est mobile)
• Mais les possibilités de configuration et de gestion dynamique des abonnements seront à valider en fonction des conditions commerciales offertes par les opérateurs
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Ultra Narrow Band (UnB) hors réseaux publics
• Plusieurs technologies disponibles:• LoRa, LoRaWAN, Weightless, autres technologies
• Directement déployable sur un site industriel par exemple:• Pas de licence• Tous les équipements existent (capteurs, stations de base)
• Pourquoi déployer un réseau UnB privé plutôt qu’utiliser un LPWAN public?• Le réseau UnB sera toujours plus cher qu’utiliser le réseau public• Mais le réseau privé pour être plus sûr
• Redondance des stations de base (fiabilité réseau)• couverture contrôlée (Indoor notamment)• Précision de localisation des capteurs ajustable• Sécurité peut être renforcée par protocoles/technologies spécifiques
• Applications : industrie (p.e. SEVEZO), Smart Cities, Smart Grids
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Conclusion• Les réseaux LPWAN comblent un trou en dessous de l’évolution des
réseaux GSM (2,5G, 3G, 4G, 5G)• Et avec une meilleure couverture que les réseaux de capteurs classiques
• (beaucoup) plus limités en débit et en volume• mais généralement suffisants pour du M2M
• Moins chers• Coûts de communication: un peu, mais l’écart va croître en fonction du
déploiement et de la montée vers le 4G, 5G (arrêt du GPRS pour récupérer des canaux)
• Coût des capteurs (et batterie) : beaucoup en fonction de la diffusion des modules et capteurs (10x)
• Moins énergivores• Capteurs autonomes plusieurs années, impossible généralement en GPRS
• Plus miniaturisés (électronique et batterie, mais pas l’antenne)• A surveiller : la sécurité (sécurité de l’infrastructure en particulier)
• En général pas de maj possible du capteur
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Aéropole de Charleroi-Gosselies Avenue Jean Mermoz 28
B-6041 Charleroi - Belgique
R&D Department Manager
0486/148.997
Philippe Drugmand
MerciAvez-vous des
questions?
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Autres approches pour couverture Indoor• Prototype Orange pour relais
LoRs Indoor• Lampes et balises sur
batteries servant de gateways en 868 MHz
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5G
• Pas encore standardisée!• Utilisation de bandes de fréquences plus élevées
• 3,7 GHz -> 17 GHz (20 GHz -> 60 GHz?)• 1 Gbps -> 10 Gbps• Latence réduite pour les applications vidéo temps-réel
• Opération médicale à distance• Déploiement à partir de 2020?
