En quoi les réseaux LPWAN (Low Power Wide Area Networks) favorisent-ils le développement des systèmes IoT ?

Avec les réseaux LPWAN, on peut créer une ville « intelligente ».

Extrait : Qu'est-ce que les ingénieurs civils aiment, mais que les ingénieurs électriciens détestent ? Le béton. Cette matière qui constitue la base de notre monde physique perturbe souvent les signaux électriques, qui sont le fondement de notre monde numérique. Dans tous les parkings à étages, centres commerciaux et structures souterraines, la couverture du signal est mauvaise. Sans fenêtre ni répéteur d'aucune sorte, vous aurez rarement une bonne couverture dans ce type de lieu. Cela devient un problème car l’Internet des objets (ou IoT) cherche justement à se développer dans ces structures. C’est là que les réseaux LPWAN (Low Power Wide Area Networks) ont un intérêt. Les réseaux LPWAN peuvent résoudre les problèmes de couverture et de puissance des appareils IoT. De plus, ils permettent de développer des options de services distribués à faible puissance qui vont révolutionner l’IoT.

Qu'est-ce qu'un réseau LPWAN ?

Tout est dans le nom, ou presque. Les réseaux LPWAN sont censés fournir une vaste couverture réseau et sont destinés aux appareils à faible consommation énergétique. Notez que « LPWAN » n'est pas un réseau standard, mais une simple description. Il existe — et a existé — de nombreux fournisseurs de réseaux LPWAN utilisant différentes technologies. Les seuls critères qui caractérisent ces systèmes sont leur « longue portée » (généralement plus de 2 km) et le fait qu'ils sont conçus pour les appareils basse consommation. Si l'on veut que ces réseaux soient commercialisés, ils doivent être peu onéreux.

La couverture réseau doit être large pour s'adapter à des configurations où les appareils sont dispersés, comme lorsqu'il s'agit par exemple de surveiller la consommation d'électricité d’un grand complexe ou bâtiment. L'aspect décentralisé des systèmes LPWAN implique l'achat de nombreux capteurs et appareils. Ces coûts s’ajoutent à celui du réseau lui-même, donc pour qu'un LPWAN soit commercialisable, il faut que son prix soit peu élevé. La plupart des capteurs et appareils fonctionnant avec un réseau LPWAN devront fonctionner à piles pendant des années (10 ans semble être la norme). Cela signifie qu'il faut des capteurs basse consommation et que le réseau LPWAN doit utiliser une solution de gestion de réseau à faible consommation. Le seul inconvénient des réseaux basse consommation, c’est qu’ils offrent un débit de données réduit. Par conséquent, la plupart des réseaux LPWAN conviennent aux applications à bas débit.

Le marché des LPWAN connaît une croissance exponentielle et devrait connecter 4 milliards d'appareils d'ici à 2025. Ce développement spectaculaire entraîne une très forte concurrence, qui s'étend jusqu'au secteur des télécommunications.

Qu'est-ce qui ne fait pas partie des réseaux LPWAN ?

Les réseaux cellulaires ne sont actuellement pas considérés comme des LPWAN. Mais cela pourrait changer, car les opérateurs de réseaux mobiles essaient de pénétrer le marché. Les sociétés de télécommunications disposent déjà d'une vaste infrastructure au sein de laquelle elles pourraient facilement implémenter de nouveaux réseaux. Le réseau cellulaire présente un autre avantage : le fonctionnement de ces sociétés permet de vendre des systèmes LPWAN à bas prix. Ces sociétés font des bénéfices grâce aux contrats et non à la vente de matériel. Un tel fonctionnement les incite à vendre le plus de systèmes possible à un prix attractif. Comme je l'ai dit, moins un service LPWAN est cher, mieux c'est. Le critère de basse consommation est le seul point qui pose problème à ces opérateurs. Les antennes cellulaires consomment bien trop d'énergie pour être utiles dans la plupart des cas d'utilisation d'un LPWAN. Mais cet aspect est également en cours d'évolution, puisque les opérateurs investissent actuellement dans des solutions basse consommation.

Que va-t-il se passer pour les fournisseurs de réseaux LPWAN qui utilisent des bandes de fréquences sans licence ? Eh bien, ils seront bientôt rejoints par des opérateurs ayant beaucoup investi dans les domaines sous licence.

La 5G va devenir la nouvelle solution LPWAN pour les opérateurs.

Applications actuelles des LPWAN pour l'IoT

Mais quel est donc le rapport entre les réseaux LPWAN et l'IoT ? Les objets connectés individuels sont déjà de plus en plus nombreux, et l'IoT ne vas pas tarder à se développer encore plus. La prochaine étape de l'IoT, ce sont les systèmes « intelligents », qui ne seront bientôt plus sous la forme d'objets discrets contrôlés manuellement, mais de réseaux d'appareils gérés automatiquement.

Il existe différents systèmes pour lesquels les capacités actuelles d'un réseau LPWAN peuvent s'avérer utiles. Il s’agit, par exemple, de systèmes de surveillance de la consommation électrique, d'aide au stationnement ou de suivi d’objets. La plupart du temps, ces systèmes fonctionnent à l'intérieur d'un bâtiment tout en béton, ce qui atténue les signaux, d'où la nécessité d'une vaste zone de couverture. Il faut également de nombreux capteurs basse consommation capables de s'envoyer des petits paquets de données entre eux ou à un contrôleur centralisé. Sans réseau LPWAN, il vous faudrait fixer des routeurs Wi-Fi dans chaque coin et recoin du centre commercial, juste pour pouvoir assurer la connexion avec un capteur de température ambiante. La puissance serait aussi un problème, et pas des moindres : vous imaginez si vous deviez connecter chacun de vos capteurs de stationnement au réseau ? Non merci !

Les technologies LPWAN existantes peuvent gérer ces applications, et le font déjà. Par exemple, les réseaux LPWAN sont utilisés pour gérer l’éclairage urbain. Un système de détection distribué avec contrôle centralisé peut permettre de réduire ou d'augmenter l'intensité de l’éclairage pour l'adapter en fonction de la localisation. Ainsi, les villes font des économies, mais pour être honnête, les marges ne sont pas élevées. Ce sont les solutions de surveillance et de maintenance qui bénéficient le mieux des avantages de cette technologie. Grâce aux réseaux LPWAN, les équipes de maintenance peuvent savoir exactement où et quand une lumière s’est éteinte. C’est en cela que les LPWAN sont vraiment utiles, par le biais de systèmes distribuésfaciles à surveiller et à contrôler.

Les véhicules autonomes contribuent au développement des réseaux LPWAN.
 

Futures applications des LPWAN pour l'IoT

La principale contrainte des LPWAN, c'est leur bande passante. Basse consommation rime avec bas débit de transmission. Donc les données de compteur d’eau, par exemple, peuvent être envoyées sur le réseau, mais pas les photos ni les vidéos. Les LPWAN nouvelle génération répondront toujours aux critères de zone de couverture étendue et de basse consommation, tout en offrant un débit plus élevé.

S'il y a un domaine dans lequel le LPWAN est vraiment utile, c'est celui des véhicules autonomes. De plus en plus de véhicules utilisent un système avancé d'aide à la conduite (ADAS), et certains constructeurs vont même plus loin en créant des véhicules totalement autonomes. Ces voitures deviendront de véritables plateformes de conduite connectées (IoT)  et auront besoin de se connecter à un réseau pour fonctionner. La 4G est le seul réseau qu'elles peuvent utiliser, mais ce n'est pas l'idéal. Les véhicules autonomes auront besoin d'un réseau basse consommation tandis que leurs processeurs deviennent de plus en plus gourmands en énergie. C'est là qu'intervient la 5G, qui fournira un débit plus élevé pour un Internet des objets plus basse consommation par rapport à la 4G. Un réseau LPWAN 5G permettra aux véhicules de recevoir et de transférer des quantités importantes de données afin d'améliorer la sécurité et le confort de leurs conducteurs.

L'Internet des objets a été lent à venir, mais il est là. Dans quelque temps, les réseaux LPWAN seront largement utilisés pour connecter les grandes infrastructures bétonnées et les rendre « intelligentes ». Surveillez l'évolution du marché à l'heure où les opérateurs cellulaires se battent contre les start-ups sans licences pour obtenir une part dans le domaine des réseaux LPWAN. Les solutions actuelles permettent de créer des systèmes de stationnement, de relève et d'éclairage « intelligents » nécessitant un réseau bas débit. Au fil du temps, les réseaux LPWAN proposeront des débits de plus en plus élevés et seront utilisés pour connecter des voitures autonomes. Maintenant, c’est donc à vous de concevoir des circuits imprimés pour tous ces systèmes.

Avez-vous déjà essayé de mélanger du béton à la main ? C'est un travail long, fastidieux et laborieux. Les choses deviennent bien plus faciles quand vous utilisez les bons outils, par exemple une bétonnière. C'est la même chose pour la conception de circuits imprimés destinés aux réseaux LPWAN. Vos circuits imprimés devront être petits, robustes et basse consommation pour fonctionner avec la plupart des systèmes LPWAN. CircuitStudio est l'outil idéal pour vous faciliter la tâche. Avec sa vaste gamme de fonctionnalités avancées, CircuitStudio vous aidera à concevoir mieux que jamais.

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