NB-LTE

"Narrow-Band LTE" ou maintenant LTE-M (LTE - Machine-Type Communications) est une norme de communication sans fil à destinations des objets connectés développée par 3GPP (3rd Generation Partnership Project).

Motivation

Une volonté de standardisation

La technologie LTE-M est soutenue par 9 des plus grand opérateurs du monde (AT&T, Verizon, Orange, KDDI, KPN, Docomo, Telefonica, Telstra et Telus). C'est une technologie issue d'une volonté de normalisation et de standardisation. LTE-M a pour objectif le développement d'application connecté M2M exploitant les réseaux de communication 4G existant. Les réseaux mobile orienté IOT devraient commencer à être fortement adoptés dès cette année (2018). L'organisation de standardisation 3GPP, qui regroupe de nombreux opérateurs et industriels comme Intel, est à l'origine de cette norme. Ceci permet de conforter l'idée que cette norme a été conçu pour durer.

Disparition des réseaux GPRS

Les réseaux GSM et GPRS étaient massivement utilisé par les objets connctés. Toutefois pour des raisons technologie (réaffectation des fréqueces) et commerciale (réseaux 3G et 4G plus efficaces), les opérateurs ont décidé d'abandonner les réseaux GPRS dans quelques années tout au plus. Il était donc important de développer une nouvelle norme de communication cellulaire pour les objets connecté à basse consomation, d'où les technologies NB-IOT et LTE-M.

Spécificités des objets connectés

Les objets connectés sont par nature très variés (alarme, véhicules, capteurs etc.), il existe deux contraintes forte pour la plupars d'entre eux: Il doivent disposer d'une longue autonomie (d'où la motivation de créé un dérivée basse consomation de la 4G) et utilisable partout (d'où la motivation d'utiliser un réseau cellulaire déjà déployer et fonctionnel). L'utilisation de la norme LTE-M permettra également une amélioration significative des performances (par rapport aux anciens réseau M2M en GSM) pour envisager le streaming de video (de caméra de surveillance par exmple) par ce moyen.

Principes

Description Technique

Cette technologie se base sur la technologie LTE ou 4G existante mais en la simplifiant. par exemple, un appareil connecté en LTE-M n'a besoin de reconnaitre qu'une plage de 1.4Mhz du réseau LTE contrairement aux smartphone 4G qui doivent analyser une plage de 20Mhz. Ceci permet un gain d'énergie et réduit donc la consommation des appareil LTE-M par rapport aux objets connectés en 4G classique.

Une technologie orienté basse consomation

Illustration reception LTE avec Extended Discontinuous Reception

Illustration reception LTE avec Power Saving Mode

Deux technologies ajouté sur LTE-M par rapport aux appareils 4G classique permettent d'important gain en énergie. Globalement il s'agit d'éviter que l'objet connecté n'ai à maintenir de connexion standard (échange de paquets, couteux) avec le relai LTE tout en restant lié à ce relai. En effet la connexion au réseau consomme beaucoup d'énergie, une batterie de smartphone classique dure quelque jours tout au plus. Un objet connecté doit pouvoir rester actif pendant plusieurs années sur une même batterie.

Extended Discontinuous Reception

LTE-M supporte la technologie de Extended Discontinuous Reception ou LTE eDRX. Les appareils 4g classique ont un cycle de téléavertissement (paging cycle) de 1.28 seconde. Si il sont inactif, il peuvent être contacté en cas de données à leur disposition toutes les 1.28 secondes.

La technologie LTE DRX augmente à 10.24 secondes la durée des cycles de téléavertissement (les appareils peuvent donc être inactif pendant 10.24 secondes au lieu de 1.28). Ceci permet d'important gain en énergie par rapport à un appareil 4G classique si l'objet connecté n'est utilisé que sporadiquement dans la journée et ne nécessite pas une latence minimum. Une Hyperframe défini un tel cycle de 10.24 secondes.

La technologie LTE eDRX améliore LTE DRX dans la mesure ou elle permet à l'objet connecté de préciser au relai combien d'Hyperframe (période de 10.24 secondes donc) il sera en veille et ainsi économiser encore plus d'énergie.

Power Saving Mode

La technologie LTE-PSM ou Power Saving Mode permet d'aller encore plus loin en permettant à l'objet connecté d'être en veille pendant une durée indéterminée. Lorsque l'objet connecté se réveil, il peut envoyer un signal au relai pour l'informer qu'il dispose d'une fenêtre pour commencer à lui envoyer ses informations. Si dans cette fenêtre l'objet connecté n'a rien reçu alors il peut retourner en veille et rappellera le relai lorsqu'il se sortira de veille à nouveau. L'idée étant que le relai sauvegarde les informations à destination de l'objet.

Avantages

Utilisation de l'existant

Depuis près de 10 ans les opérateurs télécoms déploient massivement des relais 4G (LTE). L'un des principal avantage de LTE-M est sa possibilité de réutiliser l'infrastructure existante. Il suffirait aux opérateurs de mettre à jour le systèmes des antennes 4G pour supporter la technologie LTE-M et ainsi déployer à moindre coût ce moyen de communication.

Par rapport à la concurrence

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SigFox / LoRA

SigFox offre une alternative intéressante dans la mesure où de nombreuse antennes sont déjà disponible. Toutefois il faudra un émetteur-récepteur compatible (et uniquement compatible avec cette technologie). De plus le marché visé n'est pas le même, le réseau SigFox est beaucoup moins rapide que le réseau LTE-M (rapport théorique de plus de 1000) mais à l'avantage de demander moins de ressources (CPU et batterie).

LoRA offre une alternative libre de license et similaire à SigFox (réseau consommant peu mais peu rapide). Toutefois, il sera nécessaire de déployer ses propres antennes.

références

https://www.synox.io/nb-iot-lte-m-nouvelle-norme-internet-des-objets/

https://www.link-labs.com/blog/lte-iot-technologies