Pour un projet RF, quel réseau ou protocole radio choisir ?

Comparaison réseaux RF

Lorsque nous nous adressons à nos clients ou que ceux-ci viennent nous voir avec une idée ou un projet, souvent la question du réseau, du protocole radio et donc de la technologie à utiliser se pose. Cela peut-être une vraie problématique dans la radiofréquence…

Il est vrai qu’une multitude de technologies RF sont à disposition des développeurs électroniques. Mais laquelle choisir ? Vais-je faire le bon choix ? Y-a-t ’il des protocoles ou des réseaux RF plus faciles à mettre en œuvre que d’autres ? Quel est son coût à l’étude et au global ? Bref, beaucoup de questions et peu de réponses simples. Mais nous allons toutefois essayer de vous « éclairer » dans vos choix en abordant dans la globalité les « plus » et les « moins » de chaque protocole « à la mode » …

WiFi, Bluetooth, LoRa, SigFox, GSM, voilà des noms qui résonnent dans vos esprits et qui peuvent vous donner mal à la tête de peur de se tromper ou de ne pas les comprendre.

Essayons dans un premier temps de reprendre les caractéristiques de chacun des principaux réseaux.

Wifi et Bluetooth

Le WiFi et le Bluetooth sont les réseaux de communication les plus utilisés et les plus démocratisés dans les applications « grands publics » et maintenant « industrielles ». On les trouve sur tous les terminaux (smartphone, ordinateur, application nomade, etc …). Ils permettent beaucoup de choses et restent bon marché. Mais ils ne sont adaptés que pour faire de la communication à courte distance sur des bandes de fréquences utilisables dans le monde entier (Worldwide). En effet le Bluetooth (BLE : Bluetooth Low Energy par exemple) fonctionne à 2,4 GHz et le WiFi à 2,4 et à 5 GHz, donc 100 à 200 mètres, voir 300 mètres dans le meilleur des cas et encore en champ libre. Beaucoup de modules sont disponibles sur le marché à des prix tout à fait corrects. Pensez aussi que beaucoup de librairies logicielles sont disponibles. Prévoyez simplement que selon les débits disponibles sur l’un ou l’autre des protocoles (quelque Mbits pour le BLE et plusieurs centaines de Mbits pour le WiFi) feront aussi que la consommation électrique de votre application sera impactée par la performance et le débit du réseau et donc sur le choix de l’alimentation électrique de votre application (secteur, batterie, piles, solaire, etc.).

SigFox et LoRa

Pour les réseaux SigFox et LoRa, qui sont nativement des réseaux développés par des sociétés Françaises, l’utilisation et les caractéristiques sont toutefois bien différentes. En effet, ces réseaux de types LPWA (Low Power Wide Area) sont essentiellement utilisés pour des applications qui souhaitent communiquer sur de longues distances mais avec de petits messages (long range, low data).

Il n’est pas rare de voir des communications de plusieurs kilomètres entre 2 « devices » (ou terminaux) ou de communication d’un réseau de « devices » avec leur station de base ou « gateway ». L’avantage de ces réseaux se trouve être dans la consommation électrique donc à choisir pour des applications sur batterie ou piles avec une volonté du client de maitriser les envois de données. Toutefois la plupart de ces protocoles LPWA sont sous abonnement (facturation au nombre de messages, ou par message envoyés). C’est le cas du réseau SigFox (via l’opérateur SigFox) et du LoRaWan (via divers fournisseurs d’accès).

Mais pour me faire mentir et contredire ce que je viens de vous révéler, le protocole LoRa peut être utilisé comme un réseau propriétaire (sans abonnement) si bien sûr vous gérez l’infrastructure nécessaire à l’échange de données via le 868 MHz (version Europe) et 915 MHz (version US). C’est-à-dire en installant des « gateways » sur les zones à couvrir pour vos applications et terminaux…

GSM, 4G et LPWA

Un autre réseau LPWA est en train de se tailler la part du lion dans la multitude des protocoles radios à votre disposition : le LTE-M et NB-IoT basés sur la couverture 4G des opérateurs GSM Worldwide.

Comme nous avons pu le voir précédemment, divers contraintes et caractéristiques peuvent influencer votre choix. Le volume de datas à envoyer, la portée du signal et donc l’environnement dans lequel vous allez travailler, la bande de fréquence utilisée (uniquement Europe, USA, Rest of the World ou nécessairement une bande Worldwide) et si le réseau est soumis à un abonnement ou pas.

De ce fait et au vu de la demande mondiale sur l’IoT (Internet of Things), la 3GPP a initié la volonté d’avoir son réseau LPWA sur la 4G. Bien sûr, l’accès à ce réseau est payant sous forme d’abonnement mensuel ou annuel avec une carte SIM ou une eSim dans les modules ou les modems proposés sur le marché.

Ce réseau permet d’utiliser la couverture Worldwide de la 4G avec des modules fonctionnant avec une multitude de bandes de fréquences. Les débits peuvent atteindre 300 kbits/s sur le LTE-M (pour le moment, car des évolutions sont en cours sur cette caractéristique). Une portée améliorée grâce au bilan RF augmenté de 20 dB sur la liaison avec la Station de base (BTS : Base Transceiver Station) permettant de limiter les zones blanches même dans des conditions extrêmes comme les parkings, sous-sol, tunnel…

La consommation électrique reste maitrisée selon les modes utilisés (eDRX, PSM) qui permettent d’obtenir des résultats tout aussi bons que les autres réseaux LPWA du marché.

Techniquement, le LTE-M vous permet d’avoir des applications mobiles qui pourront changer de cellule GSM sans perte de connexion (sauf zone blanche). Quant au NB-IoT il est plus orienté sur les applications statiques, qui ne devraient pas changer de BTS…

Dernier point, l’offre des opérateurs est de plus en plus importante à travers le monde sur le LTE-M et NB-IoT pour les faibles volumes de datas, de l’ordre de quelques Mo par mois. La mutualisation de datas sur votre parc de cartes Sims peut aussi être mise en place avec des plateformes de gestions de vos modules pour faire aussi du FoTa (Firmware Over The Air), de l’orchestration de données provenant de vos capteurs ou encore de l’activation ou désactivation de vos applications à distances…

Pour aller plus loin

Avec l’équipe d’IE Concept, nous vous accompagnerons sur ce vaste sujet de la radiofréquence et des protocoles IoT. Nous activerons nos connaissances, notre réseau technique de fournisseurs et de fabricants de solutions RF et nos compétences pour développer votre projet avec les meilleures technologies dans les meilleurs délais.

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