LTE-M : cas d’usages et applications

Le marché du LPWAN en 2021

Chiffres et dynamiques

Le marché mondial du LPWAN devrait dépasser les 65 milliards de dollars d’ici 2025, selon Global Market Insights. On estime que la proportion d’objets connectés via les réseaux LPWAN en 2020 avait déjà environ un quart du marché total de l’IoT.

Les technologies LPWAN sont relativement récentes sur le marché (10 à 15 ans, comparées au Wifi, Ethernet, Bluetooth, Cellulaire). Elles se sont donc imposées très rapidement comme une solution pour l’ensemble des objets connectés à faible débit (asset tracking, compteurs détecteurs, capteurs agricoles).

La dynamique du LPWAN repose donc à la fois sur la hausse exponentielle du nombre d’objets connectés mais aussi les contraintes énergétiques.

A cela, s'ajoutent les évolutions technologiques comme le LTE-M ou le NB-IoT qui viennent étoffer l’offre des solutions de connectivité du LPWAN.

LTE-M : Les secteurs à la pointe du développement

Le LTE-M transitant par les installations actuelles de téléphonie mobile (antennes 4G), ce sont par essence les opérateurs historiques qui supportent son développement, notamment Orange, Vodafone ou AT&T en Amérique.

Orange a signé des partenariats avec des grandes industries comme Sony mobile ou de grandes villes dans le cadre de projets smart city comme Anvers en Belgique.

En revanche, ce sont les industriels, notamment Huawei, qui sont les fers de lance de l’adoption du NB-IoT, une technologie utilisant les antennes 5G, pour lesquelles Huawei est leader.

Comme nous allons le voir ensuite, certains secteurs sont plus enclins à se tourner vers le LTE-M pour des raisons qui peuvent être techniques ou commerciales.

Le LTE-M offre des avantages compétitifs uniques au sein des technologies LPWAN, notamment : 

• communication bi-directionnelle en temps réel (débits montants et descendants), à la différence du Nb-IoT et Lora qui ne sont pas en temps réel.
• latence de quelques centaines de millisecondes au lieu de plusieurs secondes avec du NB-IoT par exemple. 
• supporte des communications vocales (à la différence du NB-IoT).
• meilleure connectivité des objets connectés mobiles (comme un véhicule), là où le NB-IoT est davantage tourné vers les objets statiques (un capteur d’humidité sur une canalisation par exemple).

Au titre des secteurs principalement concernés donc, nous allons retrouver les applications liées à la smart city, l’IIoT (industrie), l’asset tracking, la maison connectée (comme la sécurité), et aussi les wearables (montres connectées, trackers).

LTE-M vs 2G/3G : la transition vers un réseau adapté à l’IoT

Le LTE-M vient prendre le relais de l’ensemble des objets connectés utilisant encore les réseaux 2G et 3G. La fin des réseaux 2G et 3G, si aucune date n’est officiellement arrêtée, est à l’étude par Orange, qui envisage la fin de la 2G pour le grand public d’ici 2025.

En effet, ces réseaux émettent sur des spectres limités qui brident leur expansion et présentent une latence trop élevée pour les usages modernes.

S’il s’agit de remplacer un terminal 2G nécessitant l’utilisation de la voix et des SMS, le LTE-M s’impose comme la meilleure solution. Les débits seront améliorés, la consommation électrique réduite et le cryptage des données renforcé.

Le LTE-M a été conçu pour favoriser la migration de solutions fonctionnant en 2G. Il présente une architecture dite de bout-en-bout (end-to-end) ainsi que des protocoles ouverts (comme le https).

Toutefois la migration ne consiste pas uniquement à changer la carte SIM du terminal. Il sera très probablement nécessaire pour les anciens modems de changer de hardware, et au minimum d’effectuer des mises à jour software.

Une fois la transition effectuée, le LTE-M a été pensé comme une solution évolutive qui ne sera pas caduque avec la généralisation de la 5G.

LTE-M et LoRa : vers des réseaux IoT complémentaires

Si elles sont perçues comme concurrentes, les différents types de connectivité M2M peuvent aussi être complémentaires. Optimiser une solution IoT passe rarement par une seule technologie, mais demande au contraire de tirer partie des forces de chaque connectivité.

Prenons l’exemple de la surveillance d’un gazoduc : des capteurs installés tous les 100 mètres sont équipés de puces Lora. Ils sont reliés à un gateway tous les 10 kilomètres, qui est lui-même connecté avec une SIM M2M en cellulaire. 

La remontée des données se fait dans des conditions optimales, sans pour autant avoir à installer des cartes SIM dans tous les terminaux.

Un gazoduc utilisant les technologies LoRa et LTE-M

Il devient donc très aisé de mettre en place un réseau privé et sécurisé en ajoutant, sur une installation Lora, un “backhaul” LTE-M, tirant le meilleur partie (à la fois en termes de coût et d’efficacité) de chaque technologie.

Aller plus loin : RFID, LoRa et cartes SIM M2M : quand les technologies de connectivité deviennent complémentaires

De l’asset tracking à la smart agriculture : les cinq applications phares du réseau LTE-M

Si le NB-IoT est conçu pour de très faibles paquets de données émis par des capteurs simples et statiques (compteurs, canalisations, parcmètres, lampadaires), avec une latence de plusieurs secondes, le LTE-M peut couvrir ces usages, mais également les débits plus élevés,avec une latence réduite jusqu’à 10 millisecondes. 

Nous allons nous intéresser à cinq cas d’usages en particulier.

Asset tracking

La géolocalisation d’une flotte de véhicules nécessite une communication instantanée de cibles mobiles, et souvent au-delà des frontières. 

Le LTE-M s’impose comme la connectivité appropriée pour permettre à la fois d’envoyer des informations géolocalisées mais aussi des données de télématiques (état du véhicule, gonflage des pneus, consommation de carburant, vitesse) en temps réel et en tous lieux.

Le LTE-M supporte le handover, contrairement au NB-IoT, et assure une communication continue (sans perte de session) même à grande vitesse au delà de 100km/h sur autoroute.

Aller plus loin : Asset Tracking et IoT : tout comprendre de A à Z

Sécurité de biens et des personnes

Prenons l'exemple d’une exploitation minière à ciel ouvert. 

Les risques de chutes et de blessures sont nombreux. 

Selon le type de minerai, les risques de vols le sont tout autant. Il est possible d'équiper chaque salarié d’un bracelet avec un bouton d’appel d’urgence et un détecteur de choc. 

Le réseau LTE-M permet un suivi fluide, une localisation précise et une large autonomie du terminal.

La prise en charge de la voix (Voice Over LTE) permet de communiquer avec la personne en détresse.

Santé et wearables

Le suivi des patients à domicile est l’une des directions principales de la modernisation de la médecine. Il consiste en un prolongement naturel et efficace du développement de la médecine ambulatoire qui fluidifie le fonctionnement hospitalier.

Orange et Sony travaillent sur un terminal monitorant les mouvements du patient mais aussi son rythme cardiaque ou sa température. 

La très faible latence et la densité du réseau LTE-M permettent de suivre les patients en temps réel et de prévenir aussitôt en cas d’incident.

Énergie et gestion de l’eau

Aux Etats-Unis, AT&T et Ericsson ont mis en place une solution de surveillance de qualité de l’eau pour la ville d’Atlanta. 

Une série de capteurs le long de la rivière Chattahoochee permettent de vérifier en temps réel que l’eau est adaptée à la baignade. Les capteurs connectés en LTE-M ont drastiquement diminué le coût d’une analyse d’échantillon (de 10.000$ à 300$) et améliore également l'exactitude des résultats. 

Le LTE-M utilise les bandes de fréquence de l’ancienne télévision analogique (700, 800 et 1800 MHz) et qui présentent une excellente pénétration dans les bâtiments ou dans le cas de capteurs enterrés.

Agriculture

Si le NB-IoT peut convenir aux terminaux fixes dans les cultures (capteurs de sols ou d’humidité), ce n’est pas le cas pour le bétail dans les pâturages.

La startup norvégienne NoFence rend inutile l’installation d’enclos et de surveillance permanente dans les pâturages en équipant chaque bête d’un collier de géolocalisation qui pulse lors du dépassement de la parcelle. Les colliers peuvent aussi alerter en cas d’événement inhabituel, comme une attaque de prédateur.

Aller plus loin : Smart Agriculture : Intelligente, collaborative et durable

Ce qu’il faut retenir

Le LTE-M s’inscrit comme une solution technologique idéale de remplacement des solutions 2/3G. Il offre une alternative aux systèmes propriétaires que sont Lora et Sigfox, et des usages bien plus larges que le NB-IoT, grâce à ses débits beaucoup plus importants. 

Les récentes offensives des opérateurs télécoms pour déployer le LTE-M par delà les frontières en fait une solution de choix pour les terminaux mobiles par essence, comme les usages liés à l’asset tracking.

Sources

1. https://www.controlglobal.com/articles/2021/is-there-an-lpwan-in-your-future/
2. https://iot-analytics.com/state-of-the-iot-2020-12-billion-iot-connections-surpassing-non-iot-for-the-first-time/
3. https://www.i-scoop.eu/internet-of-things-guide/lpwan/lte-m-roaming/
4. https://www.altair-semi.com/press-releases/ericsson-sony-mobile-altair-announce-lte-m-ehealth-concept-demo/
5. https://www.smartcitiesworld.net/news/news/orange-advances-enterprise-iot-with-lte-m--2175
6. https://developer.orange.com/orange_explains/lte-m-in-a-nutshell/
7. https://www.gsma.com/iot/resources/what-is-the-difference-in-data-throughput-between-lte-m-nb-iot-and-3g-or-4g/
8. https://www.liberation.fr/checknews/2020/07/23/le-reseau-3g-sera-t-il-mis-hors-service-avec-l-arrivee-de-la-5g_1794496/
9. https://www.gsma.com/iot/resources/i-have-a-product-currently-using-2g-data-what-would-be-the-benefit-in-using-lte-m-or-nb-iot/
10. https://www.twtg.io/insights/whitepapers/2g-is-dead-long-live-lte/
11. https://dl.acm.org/doi/10.1145/2627585.2627589
12. https://www.gsma.com/iot/mobile-iot-sectors-wearables/
13. https://www.gsma.com/iot/wp-content/uploads/2016/11/Smart-water-management-guide-digital.pdf