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Les objets connectés surfent sur Sigfox et LoRa

Deux technologies françaises de télécommunication, Sigfox et LoRa, se sont imposées dans l’internet des objets sur le territoire national, puis international.

Les réseaux Sigfox et LoRa sont très peu consommateurs d'énergie et permettent proposer des objets connectés d'une autonomie d'une ou plusieurs saisons. © Weenat

Surveillance des flux de produits phytosanitaires, gestion de l’irrigation, surveillance des vols, etc. De plus en plus d’objets connectés font leur apparition dans les exploitations agricoles. S’il y a encore peu, les informations circulaient via le réseau cellulaire GSM, par le moyen de SMS ou de mails d’alerte, de plus en plus d’objets connectés utilisent désormais les réseaux sans fil LoRa (pour Long Range - longue portée) et Sigfox. Empruntant la fréquence radio de 868 MHz, une fréquence dite libre, ces réseaux sans fil font partie des technologies LPWA (low power wide area), c’est-à-dire à faible débit, faible consommation d’énergie et longue portée. Pour le monde agricole, cela présente un double intérêt : atteindre des zones reculées, y compris sous terre, et consommer peu d’énergie. "Certains objets connectés, peu sollicités, atteignent 10 ans, voire 15 ans d’autonomie", explique Laëtitia Jay, de Sigfox. Dans la moyenne des usages agricoles, les objets connectés disposent bien souvent d’une autonomie suffisante pour travailler une saison entière. "C’est la clé du succès du LPWA, explique Stéphane Allaire d’Objenious, filiale de Bouygues Télécom dédié au LoRa, il faut que l’agriculteur n’ait pas à se préoccuper du niveau de batteries pendant la belle saison." Cette autonomie tient dans le mode de fonctionnement des objets connectés au LPWA. " À la différence des téléphones cellulaires qui communiquent en permanence avec les antennes téléphoniques, les objets connectés LPWA dorment quand ils n’émettent pas de message", explique Stéphane Allaire. De plus, les messages envoyés sont peu volumineux (12 octets pour Sigfox, 50 octets pour LoRa), synonyme de besoin énergétique faible. "12 octets permettent tout de même l’envoi de 20 à 25 valeurs", explique Laëtitia Jay. " Avec 50 octets, l’objet peut compiler des informations et les envoyer quand les 50 octets sont atteints (ou presque)", poursuit Stéphane Allaire. La longue portée (20 km assurés sans barrière due au relief) limite le nombre d’antennes nécessaire. Sigfox annonce 2 000 antennes sur le territoire national, quand Objenious, disposant d’un maillage plus avancé que le réseau LoRa d’Orange, en annonce 4 300. À titre de comparaison, le réseau de téléphonie mobile compte entre 15 000 et 16 000 antennes selon les opérateurs. Moins d’antennes pour une bonne couverture du territoire - Sigfox annonce plus de 90 % du territoire et Objenious 84 % - signifie des coûts d’exploitation moins importants et participe au faible coût des capteurs LPWA. "À mesure que nous signons des partenariats, nous sommes amenés à implanter de nouvelles antennes sur les pylônes Bouygues Telecom existant, poursuit Stéphane Allaire. Plus le nombre d’antennes est important, plus la couverture s’améliore. Et moins la puissance nécessaire pour émettre le message est importante, ce qui améliore l’autonomie."

Un signal Sigfox ou LoRa est capable de transmettre au travers d'une paroi (ici capteur d'alerte d'ouverture de porte d'un local phyto) ou à deux mètres sous terre. © J.-C. Gutner

Sigfox et LoRa, deux modes de fonctionnement différents

Pionnière du LPWA il y a quatre ans, la société toulousaine Sigfox propose une communication unidirectionnelle, le capteur émettant trois trames du même signal à des fréquences légèrement différentes. "Cela permet d’identifier rapidement les signaux Sigfox au milieu du bruit environnant (plusieurs technologies utilisent cette fréquence libre), explique Laëtitia Jay. Unidirectionnel signifie que les signaux vont uniquement du capteur vers l’antenne, dans le but de limiter l’usage de la batterie." A quelques exceptions près, comme un capteur qui signale une fuite d’eau et attend une réponse en retour sur l’action à réaliser. À l’inverse, LoRa travaille de manière bidirectionnelle, le premier message servant à détecter l’antenne la plus proche pour optimiser la puissance des signaux suivants et donc l’autonomie. Normalisé, le réseau LoRa joue sur le nombre d’antennes recevant le signal pour le dépolluer du bruit environnant.

Un capteur SIgfox ou LoRa peut être activé à distance, comme un capteur de géolocalisation caché dans une machine agricole, pour lutter contre le vol. © L. Vimond

Ludovic Vimond

 

Des nouveaux réseaux pour l’internet des objets

Normalisées par la 3GPP, une coopération entre organismes de standardisation en télécommunications, trois nouveaux protocoles de communication devraient se mettre en place dans les prochains mois : LTE-M, NB-IoT et EC-GSM-IoT. Tous exploiteront les fréquences prochainement libérées par la télévision numérique terrestre (TNT), suite au passage à la TNT haute définition en avril 2016. Ces trois protocoles de communication sont conçus spécifiquement pour l’internet des objets et s’appuient sur des émetteurs déjà existants (2G pour EC-GSM-IoT, 4G pour LTE-M notamment). " Ils pourraient offrir des débits bien plus importants et véhiculer les fichiers images de résolution convenable, estime Gwenaël Le Lay, spécialiste en télécommunication et P.-D.G. de la start-up agricole Copeeks. Les premiers modules LTE catégorie M sont déjà commercialisés." Reste à mettre en place le réseau. Les scénarios les plus optimistes tablent pour une mise en place de NB-IoT au plus tôt pour 2018, quand LTE-M, aujourd’hui concentré autour des grandes villes et des réseaux autoroutiers, sera au mieux étalé sur l’ensemble du territoire à l’horizon 2018-2019, au plus tard 2020-2021 avec la mise en place conjointe du réseau 5G.

Pour les opérateurs de Sigfox et LoRa, ces protocoles seront complémentaires aux leurs. " En parallèle, on voit évoluer les calculateurs, de plus en plus petits et de moins en moins gourmands en énergie, poursuit Stéphane Allaire. Demain, les données seront analysées directement au champ. Les informations envoyées seront les bilans de ces calculs, plutôt que les données brutes (volumineux), ou les évolutions dans les données (les pixels qui changent sur un fichier image par exemple)." De ce fait, les besoins en débit resteront faibles, gage d’une bonne longévité pour Sigfox et LoRa.

 

Alliance LoRa

Née à l’issue de l’acquisition de la start-up grenobloise Cycléo par Semtech en 2012, l’alliance LoRa est une association à but non lucratif dont l’objectif est de standardiser le réseau LoRa. Elle comprend 42 opérateurs à travers le monde et plus de 500 industriels.


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