- Le projet Smart Lisbon cherche à intégrer tous les services publics via une plateforme réseau unique utilisant LoRaWAN.
- Les tests sur les conteneurs souterrains ont montré que les structures métalliques perturbent la transmission, nécessitant des adaptations spécifiques.
- Un réseau LoRa avec au moins 15 passerelles assurant 90 % de couverture radio a été recommandé pour la ville.
- Les exigences incluent la capacité d'émettre 24 messages par jour par capteur et la mise à disposition d’un serveur réseau ouvert.
L'initiative Smart Lisbon vise à intégrer tous les services publics d'une ville intelligente dans une plateforme réseau unique.
Depuis 2016, l'équipe de recherche du FIT (Future Internet Technologies), un groupe de recherche interdisciplinaire de l'ISEL (Institut d'ingénierie de Lisbonne), a testé différentes options de réseau afin d'établir des lignes directrices et des exigences pour un appel d'offres public visant la mise en place d'un réseau commun à Lisbonne, au Portugal.
La municipalité de Lisbonne (CML) a commandé une étude au FIT/ISEL afin de trouver la technologie la plus appropriée pour fournir une plateforme commune intégrant tous les services publics et leurs réseaux respectifs à Lisbonne. Au Portugal, les règles relatives aux appels d'offres publics stipulent que les contrats pour les solutions de services publics, tels que la gestion des déchets municipaux, les services d'incendie ou les soins de santé publics, ne peuvent avoir une durée maximale de trois ans.
À l'expiration des contrats, un nouvel appel d'offres public est lancé, ce qui signifie que le fournisseur de solutions dans ce domaine spécifique peut changer en raison d'une solution plus rentable ou plus avancée que la précédente.
L'inconvénient du système d'appel d'offres public est que des adaptations coûteuses peuvent être nécessaires à chaque fois qu'un nouveau fournisseur est sélectionné pour la fourniture des différents services, sans compter l'existence d'un réseau interne pour chaque service public distinct. La coopération entre FIT/ISEL et CML a jeté les bases de l'initiative Lisboa Inteligente (Lisbonne intelligente) visant à déterminer un système qui intégrerait tous les services publics dans un réseau commun.
Gestion des déchets et suivi du niveau de remplissage des conteneurs
Test des capacités de connexion des capteurs LoRaWAN dans le cas d'utilisation le plus difficile
Les capteurs IoTsens ont été sélectionnés pour leur portée de lecture plus élevée, nécessaire dans les conteneurs souterrains. Des expériences avec des sondes ont révélé que la connexion au réseau LoRa à partir de conteneurs souterrains est plus difficile, car les signaux doivent traverser la structure en acier et le revêtement de sol environnants.
La structure métallique et le revêtement environnant des conteneurs souterrains à Lisbonne peuvent perturber la transmission des informations des capteurs vers la passerelle LoRa.
Remplacement du système 2G existant
Lisbonne dispose d'un système d'optimisation des itinéraires des camions poubelles et de suivi du niveau de remplissage des conteneurs, tant pour les conteneurs souterrains que pour les conteneurs à déchets classiques. Ce système est basé sur la technologie cellulaire 2G. La gestion des déchets a été considérée comme le cas d'utilisation le plus difficile pour la mise en œuvre de la technologie LoRa et a été sélectionnée pour les tests de mise en œuvre du réseau. Le placement des capteurs sur les conteneurs souterrains a réutilisé les trous de forage existants des fournisseurs précédents.
S'efforcer de mettre en œuvre une solution facile à installer
L'atténuation causée par les constructions métalliques environnantes et le revêtement routier est si importante que le fournisseur de services actuel a dû modifier les conteneurs. Des trous ont été percés pour installer des antennes externes afin de permettre la transmission du signal depuis les capteurs (capteur noir, en haut à gauche). Ce type d'adaptation compromet l'étanchéité des conteneurs. La future solution LoRa devrait éviter toute modification supplémentaire. La transition entre les fournisseurs devrait être simplifiée grâce à la mise en œuvre d'une norme réseau commune.
Simulation d'un marché public pour des capteurs
Trouver le capteur idéal pour chaque cas d'utilisation individuel
Différents capteurs ont été achetés par le groupe de recherche afin de simuler le processus d'achat public. Les capteurs destinés à une utilisation en surface ne nécessitent pas une portée de lecture aussi élevée que ceux choisis pour les conteneurs souterrains. Une portée de lecture inférieure à deux mètres étant requise en fonction de la hauteur des conteneurs, des capteurs Dingtek702 ont été sélectionnés.
Capteurs pour conteneurs en surface
Les conteneurs de surface ont été équipés de capteurs à ultrasons Dingtek702 pour la mesure du niveau des déchets. Ces capteurs ont une portée de lecture allant jusqu'à quatre mètres et coûtent 70 euros. Tous les capteurs de déchets déployés dans les deux scénarios de test ont été fixés à l'aide d'un support structurel métallique. Même si le métal a un effet négatif sur la puissance de transmission et donc sur la qualité du signal entre le capteur et la passerelle LoRa, l'environnement de gestion des déchets expose les capteurs à des forces externes, par exemple lors du ramassage des déchets. Un support structurel robuste est la seule solution pratique, mais il a également un impact inévitable sur la qualité du signal.
Montage des capteurs
Les capteurs Dingtek702 ont été montés dans les conteneurs destinés aux déchets recyclables et aux déchets de verre. À l'instar du déploiement des capteurs IoTsens, le groupe de recherche a fixé les capteurs au même endroit que celui où le fournisseur précédent avait déployé ses propres capteurs.
Essai sur le terrain pour la mise en œuvre des capteurs et de la communication LoRa
Test des limites du LoRaWAN à Lisbonne
La technologie LoRaWAN et les passerelles LoRa ont été choisies en raison de leur faible consommation d'énergie. Lors des essais sur le terrain, les recherches menées par le FIT/ISEL visaient à tester la qualité et les limites de la communication entre les capteurs et les passerelles sur différentes distances.
Vérification de la capacité de LoRa dans des cas d'utilisation difficiles
Deux passerelles LoRa ont été déployées à Lisbonne pour tester la puissance du signal reçu des capteurs Dingtek702 et IoTsens installés. Les passerelles ont été vendues par différents fabricants. Une passerelle a été installée à l'ISEL et l'autre à Amoreiras, à des altitudes respectives de 100 et 175 mètres au-dessus du niveau de la mer. Les capteurs ont été installés à des distances de 100 mètres, 1 km et 5 km des passerelles. Avant les essais, on s'attendait à ce que la communication à courte portée fonctionne très probablement, que la communication à longue portée ait peu de chances de fonctionner et que la capacité à moyenne portée soit incertaine.
Couverture radio
La recherche visait à déterminer la couverture radio nécessaire du réseau pour les conteneurs de déchets en surface et souterrains, ainsi que le nombre de passerelles à déployer pour une couverture LoRa à l'échelle de la ville, sur la base des résultats des tests. La gestion des déchets étant considérée comme le cas d'utilisation le plus difficile en raison de l'environnement métallique et des supports structurels, d'autres applications réseau de différents services publics moins perturbés pourraient également communiquer avec les passerelles.
Les résultats de la recherche guident les règles des appels d'offres publics pour la mise en place du réseau Smart Lisbon
Transmission LoRa reçue avec succès depuis des conteneurs souterrains à courte et moyenne distance
Les passerelles de l'ISEL ont reçu la transmission des deux capteurs situés dans des conteneurs souterrains déployés à courte et moyenne distance. La passerelle d'Amoreiras n'a reçu aucune transmission des capteurs situés à longue distance. Au milieu de la période d'essai, la passerelle de l'ISEL a mal fonctionné et a dû être remplacée.
Les relevés indiquent une transmission fiable des données provenant du capteur situé dans le conteneur souterrain, qui correspond à l'augmentation du niveau de remplissage, comme l'indique la diminution de la distance entre le capteur et les déchets jusqu'à ce que celui-ci soit réinitialisé par le vidage du conteneur. La fréquence élevée des relevés au facteur de dispersion 12 indique que des messages fréquents sont envoyés du capteur à la passerelle.
La variation du facteur d'étalement indique une optimisation automatique de la relation entre le débit de transmission du signal, le cycle de service et la consommation d'énergie. Des facteurs d'étalement plus faibles nécessitent de faibles niveaux d'atténuation, mais l'atténuation causée par l'environnement métallique des conteneurs souterrains est élevée, ce qui nécessite un facteur d'étalement plus élevé.
Les résultats de la recherche orientent Lisbonne vers un réseau LoRa ouvert
Sur la base des recherches menées par le FIT/ISEL, des lignes directrices relatives aux règles des appels d'offres publics et à la mise en œuvre éventuelle d'un réseau LoRa à l'échelle de la ville ont été élaborées. Les lignes directrices minimales finalisées par le FIT/ISEL étaient les suivantes :
Mise en œuvre d'au moins 15 passerelles LoRa
Couverture radio de 90 % de la surface avec un RSSI (indicateur de puissance du signal reçu) supérieur à 115 dBm et un rapport signal/bruit de 5 dB
24 messages envoyés par jour et par appareil.
Accords de niveau de service réseau
Fourniture d'un serveur réseau ouvert
La mise en œuvre et la fourniture de services basés sur ces lignes directrices ont débuté en 2021 et sont actuellement en cours de déploiement.
Les sondes LoRa ont permis d'enregistrer les interférences de transmission causées par le matériau des conteneurs à déchets souterrains et en surface, ce qui constitue un indicateur important pour définir les exigences du réseau. Il a été constaté que le matériau des conteneurs en surface n'avait pas d'impact significatif sur la transmission, les valeurs RSSI étant similaires à l'intérieur et à l'extérieur du conteneur. Sur les conteneurs souterrains, le RSSI mesuré à l'extérieur était environ 20 dBm plus élevé qu'à l'intérieur, ce qui indique un impact significatif de l'emplacement de l'antenne pour ces conteneurs.
