A ne pas manquer / Vinitiques #11 : Guillaume Ferré et les problématiques de l’objet connecté en viticulture

Vinitiques #11 : Guillaume Ferré et les problématiques de l’objet connecté en viticulture

Vinitiques #11, le 18 avril 2017, a exploré avec Guillaume Ferré, Maître de Conférences HDR – Bordeaux Institut National Polytechnique, la révolution en cours de l’IoT et les contraintes spécifiques à la viticulture.

 

 


La révolution Iot en cours
Le déploiement des réseaux de communications sans-fil de 5ème génération (5G), s’annonce d’ores et déjà comme une révolution dans le monde des télécommunications. En effet, en plus d’une augmentation annoncée des débits, le changement majeur proviendra du fait que toutes sortes d’objets connectés (OC) se trouveront reliés à l’Internet donnant naissance aux {villes, transports, maisons, industries, etc.} intelligents(es). Ce nouveau paradigme, communément appelé IoT, va prendre une place prépondérante dans notre vie quotidienne.

 

 

Des fortes contraintes d’usages
Les fonctionnalités de l’Iot sont : communiquer sur son environnement (communication montante) et être commandé à distance (communication descendante). En fonction des cas d’usages, la connexion de l’objet à l’Internet de l’objet peut se faire à courte distance (quelques dizaines/centaines de mètres) ou à longue distance (plusieurs kilomètres). La quantité d’information à échanger entre l’objet et l’Internet est généralement faible en comparaison des cas d’usages actuels (ordinateurs, tablettes, etc.). Cette caractéristique se traduit par des paquets d’informations courts occupant de petites bandes passantes, typiquement quelques Hz ou kHz. Ces faibles besoins de bande sont associés à de fortes contraintes sur la consommation d’énergie des OCs fonctionnant sur pile ou batterie.

 

 

La viticulture et le besoin d’IoT longue portée
Le déploiement des OCs est possible soit sur les bandes de fréquence licenciées, soit sur des bandes de fréquence non licenciées (ISM : Industrial Scientific and Medical). Pour les bandes licenciées, 3GPP a initié la normalisation de plusieurs standards dédiés IoT pouvant utiliser l’infrastructure des réseaux 2G, 3G et 4G. Pour les bandes ISM, plusieurs technologies ont vu le jour ces dernières années. Dans les bandes ISM, il convient de distinguer les communications courtes portées (une centaine de mètres) des communications longues portées (plusieurs kilomètres).

 

Les communications courtes portées bénéficient de nombreux standards comme : WiFi, ZigBee, Bluetooth, etc. Malheureusement, elles ne sont pas adaptés aux cas d’usages de l’IoT pour la filière viticole, souvent longues portées, et de faibles consommations énergétiques. Les solutions techniques les plus prometteuses sont celles proposées par SigFox et la technologie LoRa de Semtech.

 

 

Si l’objectif de ces 2 technologies est le même, à savoir de permettre des communications bas débit et longue distance dans les bandes ISM, elles diffèrent techniquement. Pour SigFox les communications sont ultra-bandes étroites, alors que la modulation LoRa est à étalement de spectre. Ces choix technologiques influent sur les performances des communications ainsi que sur les caractéristiques des systèmes électroniques à développer (puissance de calcul, consommation d’énergie).

Techniquement un OC peut se décomposer en 4 blocs indépendants :
• 1 bloc réalisant la fonction de l’objet (capteur, actionneur),
• 1 bloc de traitement numérique de l’information en vue de son émission et sa réception,
• 1 bloc de gestion de l’énergie,
• 1 bloc pour l’émission/réception des signaux analogiques.

Afin de gagner en autonomie, les différents blocs doivent être optimisés. Ces optimisations entrainent des choix au niveau du bloc de traitement numérique, par exemple l’utilisation de codes à faible pouvoir de protection. Ce choix est généralement conditionné par le couple (sensibilité du récepteur) / (qualité de service attendue) et permet d’assurer l’intégrité du message binaire reçu.

 

 

Les applications de l’IoT étant très nombreuses, il ne se dégage pas aujourd’hui une technologie (bandes libres ou licenciées) capable de les traiter tous efficacement. Une partie des solutions déployées ou en cours de déploiement apparaissent donc plutôt comme complémentaires et non concurrentes.

 

 

 

 

La technologie LoRa fut inventée par la société Grenobloise Cycléo, puis exploitée par Semtech qui l’a brevetée et qui vend aujourd’hui les puces LoRa. La technique de modulation LoRa repose sur un étalement de spectre : le CSS (chirp spread spectrum). Plusieurs longueurs d’étalement sont ainsi disponible, elles permettent notamment de réguler le débit binaire, d’améliorer la portée et de réduire la consommation d’énergie. LoRa fonctionne dans les bandes ISM 169, 433, 868 (Europe) et 915 MHz. D’après les autorités de régulations, en fonction de la sous-bande utilisée, un duty-cycle de 0.1 à 1 % doit être respecté afin de limiter les interférences. Contrairement à d’autres technologies IoT, la gestion du réseau LoRa n’est pas propriétaire. Ainsi, toute personne souhaitant déployer une station de base (voire un réseau) LoRa et proposer un service peut le faire. Les couches supérieures LoRa peuvent être propriétaires ou standardisées. Le standard le plus populaire est celui développé par l’alliance LoRa : LoRaWAN.

 

 

Guillaume Ferré
Maître de Conférences HDR – Bordeaux Institut National Polytechnique
ENSEIRB-MATMECA – Laboratoire IMS, UMR 5218 CNRS – Groupe Signal et Image
Tél : 05 4000 8434 – guillaume.ferre@ims-bordeaux.fr

 

 

 

Vinitiques
Les Vinitiques sont nées d’une volonté commune du Pôle Digital Aquitaine, du Cluster Inno’vin et des technopoles Bordeaux Montesquieu et Bordeaux Unitec, d’inventer un lieu convivial et propice aux rencontres et aux échanges d’informations entre les filières du vitivinicole et des technologies numériques, électroniques et informatiques. Lancé en 2012, l’événement Les Vinitiques est un rendez-vous bi-annuel à destination des professionnels.
www.vinitiques.com

 

 

 

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