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Comparaison des technologies LPWAN

Les technologies LPWAN, par leurs caractéristiques distinctes et leurs modes de déploiement, sont les piliers indispensables pour la mise en œuvre efficace et durable des applications IoT dans divers secteurs industriels et urbains.

  • Publié : 19 février 2024
  • Lecture : 23 min
  • Par : Anja Van Bocxlaer
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Une compétition entre LoRaWAN, Mioty, NB-IoT, LTE-M et Sigfox. Source : Think WIoT
  • Les technologies LPWAN permettent une connexion efficace de capteurs basse consommation sur de longues distances, cruciales pour l’IoT.
  • LoRaWAN offre une grande portée sans licence, facilitant un déploiement flexible et économique, particulièrement adapté aux environnements urbains et industriels.
  • NB-IoT et LTE-M fonctionnent sur des spectres sous licence avec des débits et sécurités pour applications critiques, utilisant l’infrastructure mobile existante.
  • Mioty se distingue par une méthode innovante réduisant les interférences, favorisant les déploiements massifs même dans des environnements denses en signaux.

Une concurrence entre LoRaWAN, Mioty, NB-IoT, LTE-M et SigfoxLes réseaux de données qui relient des milliers de capteurs via une passerelle et permettent la transmission fiable des données relatives à l'état des machines ou à l'environnement sont mis en œuvre chaque jour à l'aide de l'une des nombreuses technologies LPWAN. Sans ces réseaux étendus à faible consommation d'énergie (Low Power Wide Area Networks), la vision de l'Internet des objets ne serait pas encore une réalité.

RFID & Wireless IoT Global s'est entretenu avec Wolfgang Weber, expert LPWAN et ancien directeur industriel mondial chez Pepperl+Fuchs, au sujet des différentes technologies LPWAN et de l'état d'avancement de l'expansion du réseau LPWAN.

Qu'est-ce que le LPWAN ?

Une technologie fondamentale pour l'Internet des objets

L'abréviation LPWAN signifie Low Power Wide Area Network (réseau étendu à faible consommation d'énergie). Le LPWAN possède des propriétés qui permettent aux entreprises de mettre en œuvre de manière optimale leurs objectifs dans le domaine de l'Internet des objets (IoT). Le terme allemand « Niedrigenergweitverkehrnetz » étant assez difficile à prononcer, l'abréviation anglaise LPWAN s'est imposée. LPWAN désigne des protocoles réseau qui connectent des appareils à faible consommation d'énergie, tels que des capteurs alimentés par batterie, à un serveur.

Le réseau se compose de terminaux appelés nœuds et de passerelles qui font office de stations de base. Les passerelles transmettent les données collectées par les terminaux au serveur réseau pour évaluation. Les terminaux sont ainsi contrôlés par le serveur réseau.

La connexion physique entre les terminaux et les passerelles peut être établie via des fréquences sans licence ou des fréquences de radiocommunication mobile. Le LPWAN est disponible sur le marché à la fois dans le spectre sans licence (LoRaWAN, Sigfox et Mioty) et en tant que technologie à bande étroite basée sur les cellules (NB-IoT, LTE-M).

Les technologies LPWAN activement représentées sur le marché européen comprennent NB-IoT (Narrowband-IoT), LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), Sigfox, Mioty et LTE-M (Long Term Evolution for Machines).

En Allemagne, l'utilisation de LoRaWAN, NB-IoT et LTE-M est prédominante. Mioty est relativement nouveau. Sigfox est présent dans toute l'Europe, en particulier dans son pays d'origine, la France.

Avantages du protocole réseau LPWAN

  • Faible consommation d'énergie des appareils finaux

  • Longue portée de communication

  • Utilisation sans licence

  • Utilisation efficace de la bande passante

  • Topologie réseau simplifiée

  • Évolutivité du réseau et extension de la capacité

  • Faibles coûts d'acquisition, d'installation et d'exploitation

  • Robustesse pour la communication M2M

Le LPWAN est considéré comme une technologie fondamentale pour l'Internet des objets.
Le LPWAN est considéré comme une technologie fondamentale pour l'Internet des objets. Source : Think WIoT

Entretien avec Wolfgang Weber

1. Monsieur Weber, depuis combien de temps travaillez-vous dans le domaine des technologies LPWAN ?

Wolfgang Weber : Je travaille avec le LPWAN depuis 2015. À l'époque, la ville de Heidelberg a contacté Pepperl+Fuchs dans le cadre d'un projet de ville intelligente. Nous avons fourni les capteurs pour ce projet.

2. Quelles applications Pepperl+Fuchs met-il en œuvre avec les technologies LPWAN ?

Weber : Nous utilisons principalement la technologie LoRaWAN dans des capteurs destinés à mesurer les niveaux de remplissage et les distances dans les liquides, les solides, le verre et d'autres matériaux.

Nous utilisons également LoRaWAN dans le domaine des capteurs à ultrasons. Nous sommes l'un des plus grands fabricants mondiaux de ces capteurs pour l'automatisation industrielle.

Les applications ultrasoniques couvrent un vaste domaine. Nous ne couvrons qu'une partie du domaine des applications industrielles. Nos capteurs à ultrasons ne transmettent pas par radio dans 99,99 % des applications. Le LPWAN est une nouvelle application dans ce domaine, avec un nombre d'unités relativement faible.

3. Le développement de ces dernières années correspond-il aux attentes générales des technologies LPWAN ?

Weber : D'un point de vue technologique, oui. Les technologies sont pleinement développées et adaptées à de nombreuses applications à faible consommation d'énergie. Chacune des technologies LPWAN permet un fonctionnement sur batterie pendant 10 ans ou plus.

Cependant, en termes de pénétration du marché, les attentes étaient plus grandes pour LoRaWAN. Le nombre d'implémentations ne s'est pas développé conformément à nos attentes.

Cela est certainement lié aux exigences en matière de structure informatique, qui se sont avérées très complexes. Bien que la collecte de données fonctionne très bien, leur utilisation ultérieure pose de nombreux défis. Il faudra plusieurs années avant que cela ne soit résolu.

4. Pensez-vous que l'avenir du LPWAN est menacé à cause de cela ?

Weber : Non, pas du tout. Nous devons et allons continuer à miser sur le LPWAN et trouver d'autres opportunités pour créer des solutions avec ce réseau. Le modèle commercial sur lequel repose l'application sera également déterminant pour son succès.

Wolfgang Weber, rentier
Wolfgang Weber, ancien directeur industriel mondial chez Pepperl+Fuchs Source : Think WIoT

LoRaWAN

Comparaison des technologies LPWAN : LoRaWAN
Image : LoRa Alliance® Source : Think WIoT

Le protocole LoRaWAN

Le protocole LoRaWAN contrôle la communication entre les appareils LoRa alimentés par batterie et les passerelles. Les réseaux LoRaWAN fonctionnent sans fil et répondent à l'une des exigences centrales des technologies IoT. En Europe, la bande de fréquences de 433,05 à 434,79 MHz (bande ISM région 1) et de 863 à 870 MHz (bande SRD) est approuvée pour la communication LoRa.

En Amérique du Nord, la bande de fréquences de 902 à 928 MHz (bande ISM région 2) est disponible. L'étalement de fréquence, basé sur la modulation Chirp Spread Spectrum, permet un transfert de données très efficace et une faible consommation d'énergie. En même temps, la modulation utilisée minimise les interférences.

La communication entre le terminal, la passerelle et le serveur d'application est cryptée à deux niveaux. Tout d'abord, au niveau du protocole entre le terminal et le serveur réseau, puis au niveau des données (charge utile) entre le terminal et le serveur d'application (de bout en bout).

L'histoire de LoRaWAN

Les travaux de développement qui ont finalement abouti à LoRa ont commencé en France en 2009. Les fondateurs de LoRa ont utilisé la technologie de modulation Chirp Spread Spectrum (CSS), une technologie largement utilisée dans l'industrie maritime pour les sonars et dans l'aviation pour les radars.

LoRa est en fait simplement la combinaison des deux mots anglais « Long » et « Range », mais a néanmoins été enregistré comme marque déposée par Semtech en 2012. LoRa signifie donc « longue portée ».

Entretien avec Wolfgang Weber

1. Quelles sont les données technologiques clés qui se démarquent par rapport aux autres technologies LPWAN ? Que doivent prendre en compte les utilisateurs ?

Wolfgang Weber : LoRaWAN est classée comme la technologie LPWAN offrant la plus longue portée de transmission de données. En zone urbaine, les données peuvent être transmises jusqu'à 2 kilomètres avec un seul appareil et une seule passerelle. Cela s'explique en partie par la forte densité des bâtiments. En zone rurale, on parle souvent d'une portée pouvant atteindre 15 kilomètres.

Les utilisateurs doivent garder à l'esprit que les données techniques clés générales ne fournissent aucune information sur ce qu'un réseau LoRaWAN peut réaliser dans une application spécifique.

La topographie du site du projet a généralement une influence majeure sur la portée. En matière de protection contre les inondations dans les vallées, par exemple, les limites de toute technologie radio sont rapidement atteintes.

2. Quels avantages et performances attribueriez-vous aux technologies LoRaWAN ?

Weber : À mon avis, le plus grand avantage est que LoRaWAN est sans licence. Cela entraîne certaines restrictions, par exemple en ce qui concerne la fréquence de transmission des données. Cependant, les coûts d'acquisition de LoRaWAN sont faibles et l'accès au réseau est facile avec le matériel approprié. Les entreprises peuvent devenir elles-mêmes des opérateurs de réseau.

De plus, aucune carte SIM n'est nécessaire. Il en résulte une évolutivité flexible, pour laquelle LoRaWAN a également été conçu. De grands déploiements IoT, où des milliers d'appareils sont mis en réseau avec un nombre gérable de passerelles qui surveillent plusieurs canaux et traitent plusieurs messages en même temps, peuvent être facilement mis en place.

3. Où en est la construction du réseau ?

Weber : Des réseaux LoRaWAN nationaux ont désormais été mis en place aux Pays-Bas, en Suisse et en Corée du Sud. En Allemagne, le nombre d'applications est en augmentation. La région Rhin-Neckar, avec Heidelberg et Mannheim, dispose de l'un des plus grands réseaux LoRaWAN d'Allemagne.

D'autres sont en cours de réalisation. Le fournisseur d'énergie SH Netz, dans le Schleswig-Holstein, a par exemple décidé de mettre en place un réseau LoRaWAN national dans le district de Rendsburg-Eckernförde en 2023.

Il sera principalement utilisé pour des applications d' s de ville intelligente telles que le stationnement intelligent et la gestion intelligente des déchets. Ce ne sont là que quelques exemples. Des centaines d'autres applications LoRaWAN sont déjà utilisées.

4. Pour quelles applications le LoRaWAN est-il adapté ?

Weber : Le LoRaWAN est toujours adapté lorsque l'accès à l'électricité et aux lignes de données n'est pas disponible ou serait trop coûteux à fournir en raison de l'accès difficile ou de l'éloignement du site. Grâce à son excellente pénétration des objets, les applications de ville intelligente telles que celles déjà mentionnées, l'enregistrement des relevés de compteurs et des données des capteurs environnementaux ainsi que le contrôle de l'éclairage sont désormais des domaines d'application typiques. Dans l'environnement industriel, le LoRaWAN peut être utilisé pour la surveillance de l'état des machines et la maintenance prédictive.

5. Quels sont les inconvénients de cette technologie ?

Weber : La taille maximale des fichiers ne doit pas dépasser 51 octets. LoRaWAN n'est donc pas adapté à la transmission de grandes quantités de données. De plus, le spectre de licence ne peut être utilisé qu'à 1 %, soit seulement 36 secondes par heure. Une autre restriction pour les applications est la dépendance aux connexions terrestres. Cependant, des solutions peuvent être trouvées pour cela dans les connexions avec des combinaisons de satellites dans le spectre 2 GHz.

NB-IoT

Les domaines d'application du NB-IoT présentent des scénarios d'application typiques pour le LPWAN.
Les domaines d'application du NB-IoT présentent des scénarios d'application typiques pour le LPWAN. Source : Think WIoT

NB-IoT est un LPWAN basé sur la radio mobile

NB-IoT est un LPWAN basé sur la radio mobile qui fonctionne dans le spectre de fréquences sous licence. NB-IoT n'utilise que 200 KHz (bande passante étroite) de la bande passante disponible (large). La norme NB1, normalisée en 2016, transmet jusqu'à 66 kbit/s en liaison montante et 26 kbit/s en liaison descendante. La norme NB2 de 2017 atteint respectivement 159 et 127 kbit/s. Cela la rend idéale pour transmettre les petites quantités de données produites par des capteurs et des dispositifs de suivi simples.

NB-IoT est une norme industrielle 3GPP qui utilise l'infrastructure réseau existante, telle que les sites, les stations de base, les antennes et les liaisons terrestres dans le spectre sous licence. Étant donné que NB-IoT utilise des mécanismes de sécurité LTE basés sur les spécifications de la norme 3GPP, une carte SIM est toujours nécessaire pour utiliser NB-IoT. L'utilisation d'un profil SIM normalisé permet également une utilisation internationale.

L'itinérance NB-IoT est disponible dans tous les pays européens. Des applications transfrontalières sont possibles entre les réseaux des opérateurs de réseaux mobiles participants. Il s'agit notamment des réseaux de Deutsche Telekom en Allemagne, aux Pays-Bas, en Autriche, en République tchèque, en Slovaquie, en Hongrie, en Grèce, en Pologne et en Croatie ; des réseaux de Swisscom en Suisse et au Liechtenstein, ainsi que de Telia Company au Danemark, en Finlande, en Norvège et en Suède ; et des réseaux de Vodafone en Espagne, en Italie, en Allemagne, aux Pays-Bas et au Royaume-Uni.

Entretien avec Wolfgang Weber

1. Qu'est-ce qui caractérise le NB-IoT ?

Wolfgang Weber : La capture et la transmission écoénergétiques de petites quantités de données sont également très bien gérées par les réseaux NB-IoT. Il n'y a pas de limite au nombre de participants au réseau ou par antenne-relais. Comme pour les autres technologies LPWAN, la portée de transmission est ici également très longue, pouvant atteindre 10 kilomètres. Bien sûr, elle peut être beaucoup plus courte dans certains cas particuliers.

2. Quels avantages et quelles performances attribueriez-vous à cette technologie ?

Weber : Comme toutes les technologies LPWAN dans le spectre sous licence, la technologie NB-IoT a une fréquence de transmission plus élevée que la technologie LoRaWAN et permet la transmission de plus grandes quantités de données.

Dans le même temps, ses performances restent si efficaces sur le plan énergétique qu'on peut espérer une autonomie de 10 ans. Ce LPWAN se caractérise également par sa grande fiabilité, qui repose sur la répétition des transmissions. Cela garantit que le signal atteigne effectivement le récepteur.

3. Où en est la construction du réseau NB-IoT ?

Weber : Les données à ce sujet doivent toujours être considérées avec prudence, car il ne s'agit pas vraiment de zones, mais du nombre d'abonnés pouvant être atteints. Nous savons combien il reste encore de zones non couvertes, malgré une couverture supposée de 98 % du réseau mobile.

4. Pour quelles applications le NB-IoT est-il adapté ?

Weber : Les exemples d'application du NB-IoT sont nombreux et variés. Il est possible de tirer parti du NB-IoT partout où des objets peuvent être mis en réseau les uns avec les autres. Les applications pour les villes intelligentes sont à nouveau les premières à être mentionnées ici, mais aussi : le transport et la logistique, la production et l'industrie, ainsi que les applications dans l'agriculture et les technologies de sécurité.

Le NB-IoT convient également à la localisation d'objets, de personnes ou d'animaux. De plus, grâce à une puissance de transmission légèrement supérieure, les capteurs portés sur le corps et les appareils portables peuvent également fonctionner avec le NB-IoT.

5. Quels sont les inconvénients de cette technologie ?

Weber : L'utilisation dans le spectre sous licence entraîne des coûts qui ne sont pas encourus avec les technologies LPWAN sans licence. De plus, la technologie elle-même présente un certain nombre d'inconvénients.

Cette technologie LPWAN n'offre pas une solution optimale pour les besoins en données plus élevés. De plus, la latence avec NBIoT peut atteindre 10 secondes. Combiné au faible débit de transmission, cela signifie que les appareils NB-IoT transmettent plus fréquemment et ont donc une consommation d'énergie légèrement plus élevée.

La dépendance au réseau mobile entraîne un autre inconvénient : si les opérateurs de réseau régionaux ou nationaux n'ont pas conclu d'accords d'itinérance pour le NB-IoT, l'utilisation du réseau doit être limitée à la région.

6. Quelle est votre évaluation finale ?

Weber : Le NB-IoT est une technologie LPWAN fiable. Elle est actuellement en plein essor et continuera de se développer. Chez Pepperl+Fuchs, nous le constatons dans le nombre croissant de demandes de projets pour le NB-IoT.

Sigfox

Les données des capteurs de toutes sortes sont transmises à la passerelle, puis au cloud Sigfox.
Les données des capteurs de toutes sortes sont transmises à la passerelle, puis au cloud Sigfox. Source : Think WIoT

Sigfox relie un large éventail d'industries et exploite de nombreux réseaux IoT en Europe

Sigfox est un signal technologique UNB (Ultra-Narrow-Band) sans licence avec une bande passante de seulement 200 kHz. La technologie utilise les gammes de fréquences 868 MHz ou 902 MHz. Il est théoriquement possible d'atteindre une portée nominale de 30 à 50 kilomètres pour une transmission Sigfox dans les zones rurales.

Dans les zones urbaines densément peuplées, la portée peut atteindre trois à dix kilomètres. La taille des paquets pour la liaison montante est limitée à 140 messages de 12 octets par jour. Les paquets de la liaison descendante sont plus petits et limités à quatre messages de huit octets par jour.

L'histoire de Sigfox

Sigfox a été fondée en France en 2010. Les premiers réseaux IoT y ont été mis en place. Sigfox désigne ces réseaux sous le nom de réseaux 0G. Sigfox a opéré en tant qu'opérateur de réseau indépendant en Allemagne, en France, en Espagne et aux États-Unis jusqu'en 2020. Sigfox Allemagne a été racheté par Heliot en 2020 et Sigfox France par Unabiz en 2022. Heliot Europe est l'opérateur exclusif du réseau mondial Sigfox 0G en Allemagne, en Suisse, en Autriche, en Slovénie et au Liechtenstein depuis 2022.

Cela fait d'Heliot Europe le plus grand opérateur de réseau 0G en Europe. Les réseaux Sigfox 0G sont exploités dans 75 pays à travers le monde et sont donc théoriquement accessibles à plus de 1,3 milliard de personnes. Le réseau 0G exploité par SigFox Allemagne atteint une couverture nationale de 90 %. Parmi ses clients et partenaires figurent aujourd'hui des entreprises telles que Deutsche Post DHL, Siemens, Weber Betonwerke, AlpsAlpine, ACP Digital et Box ID.

Entretien avec Wolfgang Weber

1. En quoi Sigfox se distingue-t-il des autres technologies LPWAN ? Que doivent prendre en compte les utilisateurs ?

Wolfgang Weber : Comme toutes les technologies LPWAN, Sigfox est également capable de mettre en œuvre des applications à faible consommation d'énergie avec des débits de transmission de données faibles et de petits paquets de données sur de longues distances. La portée maximale d'une transmission de données est nominalement de 50 kilomètres en ligne droite, ce qui est extrêmement loin.

Tout comme LoRaWAN, Sigfox est une technologie propriétaire et, tout comme LoRaWAN, fonctionne dans le spectre sans licence, mais, tout comme NB-IoT, est proposé par un opérateur de réseau. Il existe différents modèles d'abonnement pour la facturation des coûts d'utilisation.

2. Quels avantages attribueriez-vous à cette technologie ?

Weber : Sigfox est adapté à une utilisation massive dans l'IoT. Des millions d'appareils peuvent transférer des données vers le cloud Sigfox via une passerelle. Son adéquation à une utilisation dans l'IoT industriel a déjà été prouvée à plusieurs reprises par de grandes entreprises de logistique et des groupes industriels.

Un autre avantage est que le réseau Sigfox peut être facilement mis en place par l'opérateur. Il n'y a pas de frais d'itinérance pour le transfert de données au-delà des frontières nationales, ce qui est également un avantage.

3. Où en est la construction du réseau ?

Weber : Il est en fait très avancé dans toute l'Europe. En Europe continentale, il est disponible partout, mais pas à l'échelle nationale. Selon une étude du Fraunhofer IML, Sigfox n'est disponible que dans 10 des 24 pays européens. [1]

4. À quelles applications cette technologie est-elle adaptée ?

Weber : Comme toutes les autres technologies LPWAN, Sigfox peut générer de grands avantages dans les applications de ville intelligente. Les applications les plus importantes se trouvent dans le suivi et la traçabilité, c'est-à-dire le suivi des marchandises dans le secteur de la logistique (voir DHL).

Je ne connais aucune application dans le secteur de l'élimination des déchets. En raison de la quantité très limitée de données, je ne vois aucune application potentielle pour une technologie de mesure sophistiquée. La température ou le CO2 fonctionneraient certainement.

5. Quels sont les inconvénients de cette technologie ?

Weber : Le fait que Sigfox ne soit pas encore disponible dans toute l'Europe crée certaines restrictions. Il s'agit également d'une norme propriétaire qui ne fonctionne qu'avec le réseau Sigfox. Si les clients souhaitent changer de fournisseur, ils auront besoin de nouveaux terminaux.

Mioty

Un grand nombre de capteurs Mioty peuvent être utilisés sur des sites industriels étendus avec une seule station de base.
Un grand nombre de capteurs Mioty peuvent être utilisés sur des sites industriels étendus avec une seule station de base. Source : Think WIoT

Mioty a été inventé pour éviter les interférences lors de la transmission de données en masse

Mioty a été développé par des chercheurs du Fraunhofer IIS et présenté au public pour la première fois en 2018. Mioty utilise la bande 868 MHz sans licence en Europe et la bande 915 MHz en Amérique du Nord. Tout d'abord, il se distingue des autres technologies LPWAN en ce qu'il s'agit d'une solution logicielle qui peut donc être utilisée indépendamment du matériel utilisé.

Deuxièmement, les chercheurs de Fraunhofer se sont concentrés sur la suppression de la sensibilité aux interférences de la transmission de données dans les bandes radio libres et sans licence. Le résultat est la méthode de transmission de données Telegram Splitting Multiple Access (TSMA).

L'idée de base du Telegram Splitting est de ne pas envoyer les données à transmettre dans leur intégralité, mais de les diviser en plusieurs sous-paquets redondants qui sont envoyés plusieurs fois sur différentes fréquences de la bande. Seuls 50 % des paquets doivent être reçus correctement pour que la transmission soit complète. Les collisions, y compris celles causées par d'autres appareils Mioty, ne sont plus une source d'interférences.

Entretien avec Wolfgang Weber

1. Quelles sont les caractéristiques techniques qui distinguent Mioty ?

Wolfgang Weber : Mioty a été développé pour permettre des transmissions radio à faible interférence sur de longues distances avec de nombreux appareils. Les interférences sont générées à la fois par d'autres appareils Mioty et par des appareils externes transmettant dans la même gamme de fréquences et constituent un problème particulier lorsque les utilisateurs de radio souhaitent évoluer. Les transmissions des différents capteurs peuvent alors générer des interférences.

La technologie TSMA élimine ce problème. D'un point de vue technique, le signal à envoyer par les capteurs est divisé en plusieurs petits sous-paquets et envoyé par radio à différentes fréquences et à des intervalles de temps. À la réception, les paquets sont réassemblés pour former l'information d'origine.

La faible auto-interférence permet de recevoir jusqu'à un million d'émetteurs simultanément. La portée de transmission, qui dépend de divers facteurs, est également très longue avec Mioty. Elle est nominalement de 15 kilomètres.

2. Où en est l'expansion du réseau Mioty ?

Weber : L'aéroport de Munich, par exemple, mesure avec précision la température, la pression atmosphérique et l'humidité à de nombreux endroits et peut ainsi améliorer son bilan énergétique en matière de CO2. Cependant, Mioty étant encore relativement nouveau, l'expansion nationale du réseau en est encore à ses débuts.

3. Quels sont les inconvénients de Mioty ?

Weber : Les coûts d'installation initiaux ne sont pas aussi bas que pour les LPWAN sous licence. Les utilisateurs doivent se procurer eux-mêmes les stations de base et les terminaux. Trouver un fournisseur ne devrait pas être difficile, mais il n'y en a pas encore beaucoup.

LTE-M

Le LTE-M a été développé par le 3GPP spécialement pour les applications machine-to-machine et IoT à grande échelle.
Le LTE-M a été développé par le 3GPP spécialement pour les applications machine-to-machine et IoT à grande échelle. Source : Think WIoT

LTE-M, également connu sous le nom de CAT-M1

LTE-M, également connu sous le nom de CAT-M1, est une technologie LPWAN importante qui comble le fossé entre le réseau LTE/4G existant et l'IoT à bande étroite. Il est considéré comme le successeur pérenne des réseaux 2G et 3G, qui sont en cours de démantèlement dans le monde entier. LTE-M est principalement destiné à la transmission de petits et moyens volumes de données.

LTE-M a été créé dans la version 13 du 3GPP comme norme complémentaire à la 4G/LTE pour l'eMTC (Enhanced Machine-type Communications). En termes de structure de base, il est donc conçu pour la communication entre machines dans l'IoT. Le LTE-M fonctionne comme le réseau cellulaire LTE, mais le débit maximal est limité à 1 Mbit/s afin d'économiser de l'énergie et de permettre le fonctionnement des modules sur batterie. Il utilise le spectre de fréquences sous licence du réseau 4G conventionnel à 800 MHz.

Entretien avec Wolfgang Weber

1. Quelles sont les possibilités techniques offertes par le LTE-M ?

Wolfgang Weber : Il transmet de petites quantités de données de manière très fiable. La puissance de transmission est légèrement supérieure à celle des autres technologies LPWAN, mais elle est suffisamment faible pour permettre un fonctionnement sur batterie. Le LTE-M est en quelque sorte le « grand frère » plus puissant du NB-IoT. Les deux utilisent l'infrastructure de radiocommunication mobile existante. Le nombre maximal d'utilisateurs pouvant être pris en charge par une cellule LTE est estimé à plus de 10 000 utilisateurs actifs par cellule.

2. Qu'est-ce qui distingue le LTE-M des autres technologies LPWAN ?

Weber : En gros, on peut dire que la Cat M offre une bande passante nettement plus élevée, un débit de données beaucoup plus important et une latence plus faible que la NB-IoT. Cela est d'autant plus vrai par rapport à toutes les autres technologies LPWAN, car la NB-IoT est déjà beaucoup plus puissante.

Cependant, la portée est plus faible et la consommation d'énergie plus élevée. Le niveau de consommation dépend bien sûr de la quantité de données transmises. Et celle-ci peut être beaucoup plus élevée que pour les deux autres technologies. Le fonctionnement sur batterie peut alors devenir problématique. Je pense que la portée de 20 kilomètres n'est pas réaliste. Elle ne correspond pas non plus aux données fournies dans les autres chapitres.

En gros, le classement suivant s'applique aux portées : LoRaWAN, NBIoT, LTE Cat M. Sigfox et Mioty sont à peu près équivalents à LoRaWAN. LoRaWAN a toujours une portée de 15 kilomètres en champ libre, d'environ 3,5 kilomètres en zone urbaine et de 1,5 kilomètre dans les sous-sols. NB-IoT et Cat M sont tous deux en deçà.

3. Pour quels domaines d'application est-il particulièrement adapté ?

Weber : Le LTE-M est recommandé pour les applications IoT avec un grand nombre d'utilisateurs. Les usines de production équipées de centaines de capteurs qui transmettent l'état des machines et les données de processus constituent un domaine d'application idéal. Le LTE-M est également particulièrement adapté aux applications de ville intelligente, d'appareils portables, de santé en ligne et de suivi intelligent.

4. Où en est l'extension du réseau pour le LTE-M ?

Weber : Le LTE-M est actuellement proposé comme réseau national dans 17 pays d'Europe centrale. La zone centrale de couverture du réseau s'étend en arc de cercle d'ouest en est, de la France à la Pologne en passant par les pays du Benelux et l'Allemagne. En Allemagne, il s'agit du réseau IoT offrant la plus grande couverture uniforme après le NB-IoT.

5. Quels sont les inconvénients du LTE-M ?

Weber : Le principal inconvénient est étroitement lié à la grande force de ce réseau IoT. Comme il permet de transmettre des volumes de données relativement importants, sa consommation d'énergie est plus élevée que celle des autres technologies LPWAN.

Weber : Afin d'économiser encore plus d'énergie et de permettre ainsi une durée de vie des batteries pouvant atteindre 10 ans, le 3GPP a également codifié le NB-IoT en tant que norme dans la même version qui a défini le LTE-M.

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