Comprendre les technologies LPWA (SIGFOX et LoRa)

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• Overview
• Les deux principales technologies
• Comparaison
• Notre approche sur le LPWA
Aperçu des technologies IoT
LPWAN
(Low Power Wide Area Network)
SIGFOX et LoRa
06/2016

OVERVIEW - Caractéristiques
Couverture longue portée
même en zones très
denses.
Longue portée Données restreintes
< 50 Kb/s. Max 242
octets par message pour
une portée optimisée.
Batterie longue
durée
Jusqu’à 10 ans
sur le même cycle
A l’inverse des réseaux
maillés (ex:
Zigbee/802.15.4), les
réseaux en étoile sont
plus simples à déployer et
contribuent à la frugalité
énergétique du LPWA.
Réseau en étoile Coûts de souscription
faibles
Inférieurs à 1€ par
device par mois
Faible nombre de
stations radio requis
Plusieurs milliers de
capteurs gérés par
une même base
station.

OVERVIEW - Positionnement
Source : Perter R. Egli (http://fr.slideshare.net/PeterREgli/lpwan)
Un positionnement pertinent pour les usages de l’Internet des
Objets.
Hormis LPWAN, aucune autre technologie actuelle ne répond aux
usages des applications de l’Internet des Objets.

OVERVIEW – Usages
Couverture longue portée
jusqu’en zones très denses
Smart City : smart grid, metering,
lighting, structural health
monitoring
Smart Industry : maintenance
prédictive
Sites isolés pour les
applications requérant une
longue durée de vie des
batteries
Smart Agriculture : systèmes
d’irrigation
Smart Grid / Water : metering

Les deux principales
technologies LPWAN
1. A propos
2. Généralités &
transmission des
données
3. Principes
d’architecture
4. Modèle économique

SIGFOX est une start-up Française créée en 2009 et basée à
Toulouse
Déploiement d’infrastructures long range pour l’IoT, avec une
couverture nationale et en cours dans plusieurs autres pays (US-
Californie, Londres, Milan, Russie-Moscou, etc)
La technologie SIGFOX embarque des modules capables d’émettre
des messages de taille maximale de 12 octets, avec une fréquence
maximale de 140 émissions par jour, et avec un débit de 100 bit/s.
• Modèle « opérateur » uniquement (abonnements annuels/objet
connecté)
• Déploiements nationaux hors de France via des SNO (SigFox
Network Operator) sélectionnés (ex: Arqiva aux UK, Aerea aux
Pays-bas, Abertis Telecom en Espagne, EI Towers en Italie…)
• Intégration à son capital d’opérateurs télécoms & équipementiers
pour peser sur la normalisation IoT narrowband
1. A propos

• La transmission utilise des fréquences radio publiques libre
d’accès, non sujettes à licences, mais à usage néanmoins
règlementé (bandes ISM 868 MHz en Europe, 902 MHz aux
US/FCC).
• Dans une largeur de bande actuellement de 48 KHz et bientôt
de 192 KHz, centrée sur la fréquence 862 MHz, en France et
en Europe, chaque device émet sur une bande de largeur 100
Hz. Un modem SigFox ne peut émettre plus de 30 s / heure
environ (1% du temps, soient 6 messages environ max/heure).
• La fréquence de base et la largeur de bande autorisée
dépendent des régulations locales de chaque pays. Cette
bande de fréquence étant publique, elle doit être partagée avec
d’autres usagers.
2. Généralités

2. Transmission des
messages
sur le réseau
• Chaque device et chaque station ont un id unique SIGFOX. Les
messages sont transmis et sont signés grâce à cet ID. Cette
signature authentifie le device SIGFOX.
• Transmission en mode « fire and forget » : le modem n’attend
aucun acquittement de la part des stations radio recevant le
message. Le modem n’a aucune connaissance des stations
dans son champ d’émission radio et a pour missions:
• La transmission multiple des messages (3 transmissions du même
message sur 3 canaux différents)
• Le choix des fréquences de transmission
• Le choix de la fréquence de réception qui est calculée en fonction de la
fréquence utilisée pour sa dernière émission

• Transmission Uplink (UL)
• Transmission Downlink (DL)
1. L’utilisateur envoie au back-end la demande de commande
2. Lors de la connexion UL suivante du device SigFox, celui-ci
est informé de la demande
3. Transmission par une seule Base station
4. Délai de transmission (asynchrone)
5. Jusqu’à 4 messages downlink par jour par device
(abonnements « platinum »)
3. Flux bi-directionnels
dans SigFox

Les messages sont reçus par une station de base. La station transmet ces messages au
Backend (BE) via une connexion IP. Le BE stocke les messages et les transmet au SI client.
Le BE peut envoyer des messages à la station et s’y connecter, mais ni le BE ni la station
de base ne peuvent se connecter au device.
3. Principes d’architecture

• Un modèle économique fondé sur des abonnements par device
connecté (4 niveaux)
• Royalties auprès des opérateurs proposant le réseau SIGFOX
• Modèle opérateur direct (en France et aux USA)
• Variables de la tarification actuelle SIGFOX
• Volume total de devices connectés (paliers tarifaires)
• Profil de trafic / device (nombre de messages maximum en
uplink / en downlink)
• Durée du contrat d’abonnement (impact = frais d’activation à
payer pour chaque contrat)
• De < 1 € ht/an/objet à 7 € ht/an/objet connecté + frais
d’activation/device/contrat
4. Modèle économique

• Technologie et protocole développés par SEMTECH (www.semtech.com) à
partir d’une technologie Française (rachat de Cycleo en 2012)
• LoRa = Long Range => portée accrue et robustesse
• LoRa Alliance (créée fin 2014, > 200 membres en Février 2016 pour
supporter les specifications techniques)
• 2 versions successives du protocole, LoRA point-à-point (LoRA MAC) et
LoRAWAN 1.0 (release Janvier 2015)
• 3 classes de devices LoRAWan: A, B, C*
• Classe A: Bi-directional end-devices
• Classe B: Bi-directional end-devices with scheduled receive slots
• Classe C: Bi-directional end-devices with maximal receive slots
• Les chipsets existent en unidirectionnel (bande 860 – 1020 MHz) ou
bidirectionnel (High Band – 860-960MHz et Low Band – 169-510MHz) et
sont uniquement, pour le moment, pourvu par Semtech.
• Identifiant des end-devices: IEEE EUI64 format
1. A propos

• Datarate de 0,3 à 50 Kb/s
• Encryption AES128 device – server & end-node – user app
• Architecture en étoile (stars of stars)
• 3 classes de devices (communication bidirectionnelle)
• Classe A
• Classe B (beacon)
• Classe C (continuous)
• Formats des messages Uplink
• Format des messages Downlink
2. Généralités -
LoRAWan
Spécification 1.0

Revue des architectures techniques en environnement LoRA
LoRAWan
Gateway
LoRaWan
Network
operator
LoRaWan
server
LoRaWan Server
(embedded)
LoRAWan
Gateway
LoRaWan
server
LoRaWan
PRIVATE
Network
Encrypted applicative payload
API
API
API or other APIs (MQTT, XMPP…)
3. Principes d’architecture

COMPARAISON - SigFox ou LoRA ?
15
- LoRa nécessite plus d'antennes que Sigfox pour un
service équivalent. Les infrastructures coûteront donc
moins cher à Sigfox qui pourra donc encore faire baisser
ses prix.
- Déjà 91%de la population française couverte alors
que LoRa est encore en phase pilote : couverture
nationale attendue au plus tôt fin 2016 ce qui freine la
capacité à tracer des appareils ce qui est pourtant un
usage important du réseau M2M
- Le contenu de chaque message peut atteindre 242
octets contre seulement 12 pour Sigfox. Convient mieux
pour les applications demandant davantage de débit.
(protocole reposant sur étalement de spectre)
- La technologie pénètre mieux les bâtiments
- Meilleure bi-directionnalité du fait du lien symétrique.
Exemple : si vous souhaitez réaliser des opérations de
contrôle-commande sur vos équipements.
- Débit adaptable en fonction de la situation de l'objet
- LoRa est soutenu par plusieurs opérateurs télécoms
en France (Orange, Bouygues)
 Une bataille pour la normalisation des 2 technologies LPWA s’est engagée avec le soutien
d’opérateurs télécoms dans les 2 cas (SFR/NC pour Sigfox, Orange et Bouygues Telecom
pour LoRA en France par exemple)
 Les 2 technologies vont co-exister sur les prochaines années et répondent à des besoins
différents !
Avantages de chaque technologie
Conclusion

COMPARAISON - principales
technologies LPWAN
Source: LoRAWAN Alliance, 2015
Fonctionnalités LORAWAN SIGFOX LTE Cat 1 LTE M NB - LTE
Modulation SS chip UNB / GFSK / BPSK OFDMA OFDMA OFDMA
Bande passante 500 – 125 KHz 100 Hz 20 MHz 20 – 1.4 MHz 200 KHz
Débit de données 290bps –
50Kbps
100 bit / sec
12 / 8 bytes Max
10 Mbit /se 200 kbps – 1
Mbps
Environ 20K bit /
sec
Message max. par jour Unlimited UL: 140 msgs / day Unlimited Unlimited Unlimite
Puissance d’émission 20 dBm 20 dBm 23 – 46 dBm 23/30 dBm 20 dBm
Bilan de liaison 154 dB 151 dB 130 dB+ 146 dB 150 dB
Durée de vie de batterie
2000mAh
105 mois 90 mois 19 mois
Efficacité énergétique Très élevée Très élevée Basse Moyenne Moyenne haute
Immunité aux
interférences
Très haute Basse Moyenne Moyenne Basse
Coexistence Oui Non Oui Oui Non
Sécurité Oui Non Oui Oui Oui
Mobilité / localisation Oui Mobilité réduite,
pas de localisation
Mobilité Mobilité Mobilité réduite,
pas de localisation

Approche de Vertical M2M
sur le LPWAN

Notre accompagnement sur vos
projets LPWAN
• Professional services et expertise LPWAN
• Développements embarqués et design de capteurs /
produits LPWA dans le cadre de solutions
• Management d’infrastructures capteurs hétérogènes
LPWAN (LoRA public, LoRA privé, Sigfox…)
• Développement d’applications IoT sur-mesure
utilisant le LPWAN via CommonSense
• Conception de solutions de bout-en-bout

• Maîtrise unique de l’ensemble du spectre LPWA
Professional services et expertise sur
solutions de connectivité IoT / LPWAN
• Agnostiques en termes de technologies IoT
Partenaire SIGFOX
IoT platform provider
depuis mars 2016.
https://partners.sigfox.com/compani
es/vertical-m2m
OneM2M Workshop, ETSI’s headquarters,
• Experts reconnus en multi-
technologies IoT & training
sessions techniques depuis
2014
Turnkey Smart city service platform using LPWAN (LoRa) and
oneM2M API
http://www.etsi.org/news-events/events/966-2015-12-etsi-m2m-
workshop-2015-featuring-onem2m
Animateur en France de l’initiative LORA
1 des seuls experts reconnus
Multitech LORA au monde!
http://www.multitech.com/landing-pages/events/campaigns/promotions/partner-
programs/masters-program/masters-
program?pimcore_preview=true&time=1472580165002

Développements embarqués et
intégration multi-plates-formes
• Multi-environnements de développements : Python, Java, C/C++,
OpenAT…
• Multi-protocoles télécoms : GSM/SMS/GPRS/3G/4G/broadband IP
filaire (adsl, fibre…)
• Multi-formats de données : Modbus, M-Bus, radio (Bluetooth, Wifi,
Zigbee/802.15.4/ 6lowpan, Zwave, Sigfox, Semtech Lora…)

Management d’infrastructures LPWAN
hétérogènes avec CommonSense

L’infrastructure logicielle CommonSense

Développement d’applications
M2M/IoT
•Infrastructure
logicielle
CommonSense
•Module DEA et API
pour le
développement
d’applications
•Applications sur
étagère
http://www.vertical-m2m.net/emailing/video/kfa-
data-and-statistics.mp4
http://www.vertical-m2m.net/emailing/video/cst-
equipements_maintenance_commandes.mp4
Surveiller et
s'assurer de la
bonne performance
des opérations
Télé-gérer vos
équipements à
distance
Pour plus de détails
visitez :
http://www.vertical-
m2m.com/fr/common
sense-plateforme-iot
Exemples

Conception de solutions de bout-en-bout –
exemple: SmartEnergy, SmartBuilding et
SmartHome
Offres SmartBuilding:
OneSense Energy
et U-shine (ENR) depuis 2012
Nombreux projets réalisés dans le domaine de l’Energie :
Offre SmartHome
depuis 2014

Contactez-nous pour vos projets LoRa ou SIGFOX
Maurice Zembra mzembra@vertical-m2m.com
Robert Vivanco rvivanco@vertical-m2m.com
Téléphone : +33 (0)1 43 15 69 85
Twitter : @VerticalM2M
LinkedIn :
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