Équilibrez le SWaP-C (taille, poids, alimentation et coût) dans votre solution IoT sans fil

Toutes les innovations dans l’IoT, des dispositifs médicaux aux équipements industriels en passant par les produits de grande consommation nécessitent une approche intégrée pour optimiser les applications des technologies sans fil. L’ajout d’une connexion sans fil aléatoire serait une dépense inutile en termes d’alimentation et de coûts. Les appareils finaux se présenteront dans des formes et des tailles presque illimitées, mais ils auront probablement de nombreux points communs : le coût, suivi de près par la taille et le poids. Mais toutes ces demandes pourraient facilement être éclipsées par le besoin fondamental d’une faible consommation d’énergie et quelles que soient les spécifications techniques, il est nécessaire de faire des compromis stratégiques pour résoudre avec succès votre équation SWaP-C (taille, poids, alimentation et coût) au cours du développement.

Trouver un équilibre dans l’équation SWaP-C est bien compris dans les industries militaires et aérospatiales, et tout aussi applicable dans l’IoT. De nombreux appareils finaux faisant appel à l’IoT devraient fonctionner pendant de nombreuses années avec peu ou pas de maintenance, cela comprend le changement des batteries. Comme ils utiliseront très probablement une certaine forme de connectivité sans fil, le choix de la technologie sans fil constituera une partie importante des calculs de SWaP-C. Quelles que soient les spécifications du produit IoT que votre entreprise commercialise, vous devrez faire des compromis stratégiques pour résoudre avec succès votre équation SWaP-C. Une grande partie de cela dépendra de la compréhension des différences entre les technologies sans fil et de ce qui convient à votre produit.

Figure 1 : Technologie IoT de connectivité sans fil

De nombreuses solutions de connectivité sans fil

Choisir la bonne technologie sans fil pour des produits plus complexes dépend rarement d’un seul paramètre. En d’autres termes, une combinaison de technologies Wi-Fi, Bluetooth, LPWAN et cellulaires configurées de différentes manières est souvent nécessaire. Si l’on regarde un seul nœud, l’alimentation nécessaire pour envoyer un message au serveur du réseau est efficacement répartie entre tous les nœuds formant activement au réseau.

Dans le cas d’un réseau maillé, par exemple, qui fonctionne de manière autoréparatrice, un message peut être capté et transmis par plusieurs nœuds, consommant dans certains cas de l’énergie inutilement. Ceci est caractéristique des technologies de réseau sans fil qui occupent l’espace PAN (Personal Area Network) et LAN (Local Area Network) et adoptent une topologie maillée, comme Bluetooth et ZigBee. Nous savons exactement ce que c’est, mais la portée des réseaux Wi-Fi est souvent trop limitée par leur fréquence, leur puissance de transmission, leur type d’antenne, leur emplacement et leur environnement. Alors que le Wi-Fi est bien établi, le Wi-Fi 6 est la prochaine génération de cette technologie et offre des possibilités révolutionnaires pour le développement de nouveaux produits. Plus d’informations à ce sujet sont décrites dans ma colonne précédemment publiée sur le SCMR.

Ceci est moins caractéristique des technologies sans fil WAN, telles que les technologies cellulaires et LPWA (Low Power Wide Area), conçues pour effectuer une transmission sur des kilomètres, contre quelques mètres seulement pour les PAN et les LAN. Cela inclut les technologies développées pour le spectre sous licence, telles que LTE-M et NB-IoT, et les LPWA fonctionnant dans le spectre sans licence, comme Sigfox et LoRaWAN.

La création et l’exploitation d’un réseau cellulaire dans le spectre sous licence coûtent cher, de sorte que le développement de solutions telles que LTE-M et NB-IoT pourrait être exclu en raison du coût, du moins lors des premières étapes du déploiement. De même, les réseaux qui s’appuient sur de nombreux nœuds locaux pour garantir la connectivité et étendre la portée (Bluetooth, ZigBee) pourraient également augmenter le coût total de possession, en particulier lorsque de grandes zones et/ou de longues distances sont impliquées.

Les solutions présentées par les solutions similaires à Sigfox et LoRaWAN tentent de surmonter ces limitations en offrant une connectivité longue portée (des dizaines de kilomètres) pour les messages à faible bande passante (des dizaines d’octets) à très faible consommation (des années de service avec une seule batterie), sans assumer la responsabilité de devenir un opérateur de réseau. Bien qu’ils ne puissent pas être considérés comme des réseaux cellulaires au sens conventionnel, les LPWAN fonctionnant dans le spectre sans licence nécessitent des stations de base pour fournir une couverture.

Nous savons que ces technologies peuvent se croiser, mais les technologies adaptées et la configuration appropriée pour chacune d’entre elles afin d’optimiser les performances et les compromis au SWaP-C varient en fonction des exigences des cas d’utilisation et de la valeur qu’une fonctionnalité particulière peut offrir à votre marché cible. La question portant sur quelles technologies sans fil et quelles combinaisons choisir n’est qu’une pièce d’un puzzle plus vaste. Il convient de mentionner que chaque solution de connectivité présente ses forces et ses faiblesses. Évidemment, il n’y a pas d’approche unique. Il est plutôt important de comprendre la variété des options disponibles et les autres facteurs qui influencent la décision, tels que les débits de données, la latence, la mobilité, la portée, la couverture, la sécurité et bien d’autres. En outre, les exigences relatives aux cas d’utilisation sous-jacents d’une application IoT sont susceptibles de changer au cours de son cycle de vie, car les volumes ou la sélection de données collectées à partir de machines, etc., peuvent devoir être ajustés une fois que les modèles ont été analysés.

Pour acquérir une compréhension approfondie des solutions de connectivité sans fil et de leurs cas d’utilisation, lisez notre livre blanc sur les Solutions de connectivité sans fil pour l’IoT