ThingSat

Contexte: L’Internet des objets isolés.

L’Internet des objets (IoD, en anglais Internet of things, IoT) représente l’extension d’Internet à des choses et à des lieux du monde physique. L’objet connecté à Internet est identifié par le réseau de manière unique comme l’est un ordinateur relié à Internet. L’objet connecté embarque l’intelligence nécessaire pour générer des données (paramètres de fonctionnement, données d’usage, mesures physiques de son environnement, etc.), en capter de son environnement et les transférer automatiquement sur le réseau. A l’autre bout, une plateforme informatique centralise et traite les données collectées et gère les services à valeur ajoutée créés de l’exploitation des historiques des mesures collectées au cours du temps. Les domaines d’application de l’Internet des objets couvrent des pans entiers d’activités (e-santé, e-inclusion, sport connecté, ville connectée, usine du futur, agriculture de précision, gestion des risques naturelles et industrielles, smart office, smart building, logistique, déplacement doux, etc.). L’internet des objets est considéré comme la troisième évolution.

Un réseau terrestre IoT LPWAN peut être mis en place avec une dizaine de stations terrestres à faible coût (de 200 euros à 2000 euros) afin d’échanger avec des objets disséminés sur une métropole comme celle de Grenoble. L'utilisation des LPWAN devient néanmoins plus difficile et coûteuse lorsque les exigences du propriétaire et opérateur des objets lorsque ces derniers sont répartis sur de vastes zones géographiques ou lorsqu’ils se trouvent dans des zones escarpées (vallées de montagne par exemple). Actuellement, 90% de la surface du monde n’est couvert par aucun réseau terrestre. Dans les zones terrestres non couvertes, on peut mentionner les régions rurales d'Asie et d'Afrique subsaharienne et archipels d’iles océaniques. Ces zones sont peuplés par la majorité des 4,8 milliards de personnes non connectés à Internet et qui ont généralement un très faible revenu.

Cette problématique de l’Internet des objets isolés (IdOi) peut être solutionnée par l’utilisation d’une constellation de satellites pour relayer les communications des objets isolés avec le réseau Internet (terrestre). Les services IoT par satellite sont disponibles dans toutes les bandes de fréquences (UHF, bande L, bande S, bande Ku et Ka) et sont proposés par les exploitants de réseaux à satellites fixes et mobiles. Les fournisseurs de services SMS, comme Inmarsat, Iridium, Thuraya ou Globalstar, fournissent la majorité des services de connectivité IoT depuis plus de 10 ans auprès de clients « haut de gamme ». Les inconvénients majeurs de ces services sont le coût élevé du terminal et la durée de vie très limitée de sa batterie (sans dispositif de recharge autonome), ainsi que le coût de l’abonnement.

Une alternative prometteuse à ces services onéreux est d’utiliser les technologies LPWAN pour réaliser des réseaux IoT satellitaires (Sat-IoT) avec des constellations de cubesats. Les percées technologiques dans les cubesats ont conduit à l’émergence d’une industrie spatiale pour des marchés spécifiques tels que celui de l'IoT. Au cours du dernier trimestre de 2018, un certain nombre de nouveaux acteurs LPGAN (Low Power Global Area Network) comme Kepler, Hiber, AstroCast, Fleet, ont annoncé le lancement de leurs premiers cubesats en orbite [ref]. A titre d'exemple, la startup Hiber a ou va lancer ses premiers cubsats IoT. La société commercialise un kit de développement composé d'une carte modem et d'antennes très similaires à ceux/celles d'objets LoRaWAN et Sigfox (consommation énergétique, bande de fréquence autour des 400 MHz, gain d'antenne). [1]

Le projet Thingsat

Le projet Thingsat conduit par le CSUG (Centre Spatial Universitaire de Grenoble) consistera à étudier et à concevoir l’établissement de communications longue distance, basse consommation énergétique et suffisamment robustes entre une constellation de cubesats et des objets terrestres LoRa isolés de tout réseau terrestre des stations de base LoRa. Le lancement du premier cubsat embarquant la carte de communication LoRa est prévue pour la fin 2020 dans le cubesat SW1FT de la société SatRevolution.

La carte électronique de communication LoRa au norme spatial (résistance aux températures extremes, résistance aux vibrations, résistance aux radiation) sera loggé dans le quart d’un cubesat 1U (soit 2,5cmsx10cmsx10cms) comportera des processeurs STM32 et des transceivers LoRa Semtech. Cette carte sera conçue par un groupe d'élèves IESE 5A.

Projet

Votre projet consistera à adapter une implémentation open-source du network server (ChirpStack) pour opérer les réseaux de stations LoRa au sol, des endpoints LoRa au sol et la constellation de (1 seul) cubesats.

Le langage de programmation de ChirpStack est écrit en Go.