Explication de Sigfox

Sigfox est une technologie de réseau étendu basse consommation (LPWAN) spécialement conçue pour l'Internet des objets. Les appareils connectés via Sigfox consomment peu d'énergie et fonctionnent sur de grandes distances, contrairement aux protocoles de connexion Wi-Fi et Bluetooth qui consomment davantage d'énergie et sont plus performants à courte portée. Le déploiement d'une application Sigfox se déroule en trois étapes principales :

1. De nombreux objets (appareils) connectés à Internet envoient des données via le réseau SigFox à une station de base SigFox (gateway).
2. La station de base détecte, démodule et transmet ensuite les messages au cloud SigFox via 3 canaux, au moins toutes les 10 minutes.
3. Le cloud SigFox transmet ensuite ces messages à de nombreux serveurs clients et plateformes IoT en fonction de l'application cliente.

Techniquement, le réseau SigFox se distingue des autres réseaux LPWAN par ses méthodes de transmission de données et les règles électriques qui régissent la quantité, la vitesse et la durée des données transmises. SigFox est principalement utilisé pour basse consommation nécessitant l'envoi ponctuel de faibles volumes de données sur de longues distances . Il est particulièrement adapté aux environnements agricoles et à la gestion d'actifs à grande échelle.

Comment fonctionne Sigfox ?

Le réseau SigFox se compose des éléments :

• Objets (appareils)
• Stations de base (gateway)
• Nuage (internet)

Le schéma ci-dessous illustre les éléments de la transmission de données via SigFox :

DPSK est une méthode utilisée par les stations de base (gateway) pour convertir un signal, le déboguer et le transmettre au cloud pour traitement.

La transmission de données SigFox peut être mieux comprise comme suit : des objets (appareils) sont connectés à Internet via le réseau SigFox. Il peut s’agir de capteurs de température, d’humidité et/ou de saturation (etc.) situés à moins de 1 000 mètres d’une station de base ( gateway ). SigFox utilise la modulation par déplacement de phase (DPSK) pour la communication entre l’appareil et le cloud (liaison montante) et la modulation par déplacement de fréquence (FSK) pour la communication entre le cloud et l’appareil (liaison descendante).

Qu'est-ce que DPSK ?

DPSK est une méthode utilisée par les stations de base ( gateway ) pour convertir un signal, corriger , puis le reconvertir avant de l'envoyer vers le cloud. Lorsqu'un signal transite d'un appareil à une station de base, il subit inévitablement des interférences environnementales (pluie, forêt dense, etc.). Les interférences sont universelles ; tout signal provenant d'un réseau Internet est altéré et présente une légère différence à son arrivée à destination. SigFox atténue ce problème grâce à DPSK. Le rôle de DPSK est de garantir que le signal quittant la station de base est identique à celui émis par l'appareil. Le matériel de la station de base y parvient en déphasant le signal afin de détecter et d'éliminer les interférences. Le matériel SigFox des stations de base réalise cette opération de la manière suivante :

1. L'objet envoie des données à la station de base sous forme de bits numériques. Une impulsion « haute » se produit lorsqu'il y a un 1, et une impulsion « basse » lorsqu'il y a un 0. Voici un flux binaire d'entrée : 1 1 0 0 0 1 1 0

1. Ce flux binaire est ensuite converti en une différente de 1 et de 0 lors de son passage dans le circuit de démodulation. La nouvelle séquence n'est pas arbitraire, mais calculée avec précision à l'aide d'un matériel sophistiqué. Cette conversion a pour but de préparer le signal à l'analyse électrique. Lorsque l'état du signal d'entrée passe de haut à bas (1 à 0), le matériel déphase le signal. Déphaser un signal signifie simplement introduire un intervalle de temps entre son trajet initial et son nouveau trajet. Une fois la phase déphasée, le signal sera en avance ou en retard par rapport à son trajet initial.

1. Plus un signal à la station de base subit un déphasage, plus ses perturbations sont exposées. De même, plus une personne blessée se rend fréquemment à l'hôpital, plus les médecins effectuent de radiographies pour mieux comprendre et traiter sa blessure. Lorsqu'un signal est perturbé par l'environnement, cette perturbation reste imperceptible jusqu'à ce que le signal soit déphasé et traité par le circuit d'analyse des données. Ce circuit analyse les déphasages, détecte les perturbations et corrige les données avant leur transmission. En résumé, le matériel de la station de base déphase le signal afin d'effectuer une sorte de radiographie des données, de diagnostiquer les interférences et les perturbations existantes et de déterminer comment les corriger.
2. À l'issue de cette phase, le circuit matériel reconvertit le signal d'origine en sa séquence de base, mais sans les altérations.

Lorsque le cloud reçoit un signal montant de la station de base, il répond par un signal descendant vers le périphérique. Les signaux descendants utilisent la modulation par déplacement de fréquence (FSK).

Qu'est-ce que la modulation par déplacement de fréquence (FSM) ?

La modulation par déplacement de fréquence (FSK) est similaire à la modulation par déplacement de phase différentielle (DPSK) en ce sens que les deux procédés convertissent le signal d'entrée, analysent et détectent les imperfections, les éliminent, puis reconvertissent les données en signal d'origine. Cependant, au lieu de modifier la phase, la FSK modifie et analyse la fréquence. Tout comme les déphasages en DPSK, les modifications de fréquence en FSK révèlent les imperfections du signal, permettant ainsi à des circuits sophistiqués de les corriger. La question qui se pose alors est la suivante : pourquoi SigFox utilise-t-il la DPSK pour la liaison montante et la FSK pour la liaison descendante ?

1. La modulation DPSK est plus efficace en termes de bande passante que la modulation FSK, elle dispose donc de moins de fréquences et de canaux pour transmettre le signal.
2. Moins d’« espace » pour transmettre le signal = débit de données et flux de transmission inférieurs
3. Un débit de données plus faible signifie un récepteur (comme une station de base) plus sensible au signal
4. Une sensibilité plus élevée signifie une portée plus grande. Autrement dit, les données provenant des capteurs peuvent être détectées de plus loin.
5. Les signaux montants subissent généralement plus d'interférences que les signaux descendants. Par conséquent, une bande passante étroite en DPSK permet une plus grande concentration de la puissance et donc une meilleure robustesse face aux interférences
6. Comme les interférences sont moins problématiques pour la liaison descendante, les signaux de cette dernière sont davantage axés sur la couverture du plus grand nombre d'applications possible, et ce, le plus efficacement possible. En modulation FSK, une bande passante plus importante signifie plus d'espace pour la transmission du signal et donc un plus grand nombre d'applications accessibles

Conclusion

La technologie SIGFOX offre un réseau de communication longue portée, basse consommation et à faible débit, bénéficiant d'une excellente protection contre les interférences environnementales et permettant ainsi une transmission efficace des données vers de nombreuses applications. SIGFOX se situe encore au stade de l'adoption précoce des solutions de connectivité ; cependant, des millions d'appareils connectés à travers le monde utilisent déjà la technologie Sigfox, prouvant ainsi son potentiel en tant que solution rentable pour divers marchés et secteurs d'activité. Pour en savoir plus sur les options de connectivité dans l'univers de l' IoT , consultez notre article sur LoRaWAN ou cet excellent article sur les protocoles sans fil au monde.