Sigfox : comprendre la technologie M2M du fleuron français de l'internet des objets

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La jeune startup toulousaine Sigfox, âgée d’à peine 5 ans, se positionne en leader international de communication M2M bas débit pour les objets connectés. Retour sur la technologie et le positionnement stratégique de cet opérateur de l’Internet des Objets à grand potentiel.

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Sigfox, l’opérateur M2M des objets connectés

A l’image d’Orange ou de SFR, Sigfox est un réseau cellulaire qui permet aux objets de communiquer sans-fil, entre eux ou avec un serveur. Tout comme les abonnés d’opérateurs téléphoniques, les fabricants d’objets connectés peuvent les doter d’une capacité de communication, en achetant un modem compris entre 5 € et 15 € ainsi qu’un abonnement annuel variant entre 1 et 9 €. Grâce à des antennes de communication bas-débit, Sigfox reçoit les informations communiquées par les objets connectés sur des serveurs propriétaires et les transmet sur des serveurs tiers, permettant au client d’intégrer les données transmises dans ses applications logicielles. Plus de 148 millions de messages ont déjà été échangés avec la technologie Sigfox, et la croissance du réseau est, depuis quelques mois, exponentielle.

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Source image : domotique-info

Un positionnement stratégique sur les basses bandes fréquences

La grande force de Sigfox, qui en fait tout son potentiel, résulte de son positionnement stratégique. Le fondateur et CEO de Sigfox, Ludovic Le Moan a, il y a plus de 5 ans, décidé de créer un réseau qui ne concurrence pas les traditionnels opérateurs téléphoniques en choisissant une communication sur un canal de fréquences jusque-là très peu utilisé.

La communication par ondes radio se base sur un choix de fréquence de porteuse qui va porter le signal (l’inverse de la période du signal, temps de reproduction du motif de l’onde en question). Cette communication obéit aux lois physiques de transmissions ondulatoires : plus la fréquence de la porteuse est élevée, plus elle peut transmettre des débits d’information élevés mais moins le signal se propage aisément dans l’espace. Deuxièmement, plus le débit d’information est élevé, plus la réception et l’émission de données seront consommatrices d’énergie pour l’appareil qui en a la tâche.

La technologie de Sigfox repose sur le fait que le signal utile (porté par la porteuse) n’occupe que très peu de bande passante : la technologie radio utilise ce qu’on appelle la bande ultra étroite (UNB = Ultra Narrow Band). Le signal fait quelques dizaine de hertz de larges versus aux quelques centaines de kHz voir des MHz dans le monde du GSM.

En choisissant d’opérer sur une communication 868MHz, adapté au bas débit et à la communication M2M, et d’avoir un signal utile qui n’occupe que très peu de bande passante (UNB), Sigfox s’interdit de transférer des messages avec beaucoup d’information (le client peut envoyer entre 0 et 140 messages par jour et chaque message peut contenir jusqu’à 12 octets de données réelles de charge utile.). Le réseau fonctionne dans les bandes ISM disponibles mondialement (bandes de fréquences sans licence, donc gratuites) et coexistent sur ces fréquences avec d’autres technologies radio, mais sans aucun risque de collision ou de problèmes de capacité. En contrepartie de ce débit limité, la consommation d’énergie des appareils échangeant des données est nettement réduite (de 50 à 100 mirowatt par bit à comparer aux 5000 des réseaux téléphoniques). Sigfox trouve ainsi des applications industrielles dans l’Internet des Objets, un marché de niche en pleine explosion, les objets communicant étant énergétiquement autonome donc ayant besoin de faibles consommations d’énergie.

Autre conséquence physique du choix de l’utilisation de bandes étroites, les ondes se propageant sur de plus amples distances, Sigfox a besoin d’installer moins d’antennes qu’un opérateur téléphonique pour couvrir une surface donnée (1 à 3 antennes pour 1000 km² à comparer aux 20 antennes nécessaires pour les opérateurs de téléphonie) et profite d’un coût d’installation de réseau amoindri. C’est pour cette raison que le développement du réseau cellulaire de Sigfox a connu cette croissance exponentielle, le réseau s’étendant sur la majorité en France, en Espagne, au Royaume-Uni, ainsi que dans certaines villes comme New York ou Moscou.

Une communication bidirectionnelle facilement intégrable

Autre caractéristique de la technologie Sigfox, elle permet une communication bidirectionnelle. Une telle communication cible les clients qui souhaite pousser un paramètre de configuration vers leurs objets (la décision de recevoir des données dépend alors du client et non plus uniquement de l’objet). Cette fonctionnalité est implémentée comme un “polling”, où l’objet reste maître et peut demander au système d’information s’il y a des données à télécharger. Ce fonctionnement permet d’éviter de rester connecté en permanence et réduit d’autant plus la consommation d’énergie qui serait dépensée en attendant une réception de données.

La technologie Sigfox s’intègre aisément aux objets connectés grâce à son modem miniature qui permet à l’objet de communiquer des informations sur le réseau 868MHz de Sigfox. Une fois les données récupérées par le serveur propriétaire Sigfox, ces dernières sont directement retransmises sous HTTP au serveur client qui peut les intégrer sans difficulté sur ses applications logicielles (applications mobiles, réseaux locaux, applications logicielles) et utiliser les données récoltées pour faire fonctionner les services adéquats.

sigfox

Un avantage compétitif certain

En s’engageant sur la communication basse-fréquence, Sigfox a gagné l’avantage compétitif du First mover (premier acteur), qui se traduit par des coûts fixes d’intégration du réseau créant une barrière à l’entrée pour de potentiels entrants. De plus, Sigfox a profité de sa petite taille et de son adaptabilité pour répondre aux évolutions de demande du marché (plus faible coût de transmission de données, plus faible consommation d’énergie) alors que les gros opérateurs mobiles ont fait face à plus d’inertie pour répondre à ces évolutions. Ils n’ont pas cherché à imiter Sigfox mais ont renforcé leurs offres internet pour rendre la communication compatible entre leur box et les objets de la maison connectée du futur, une niche dans le vaste univers de l’Internet des Objets.

Sigfox a donc pour le moment peu à craindre de la compétition d’opérateurs téléphoniques mais doit surveiller de près certaines startup qui se sont récemment créées pour proposer un service similaire. C’est l’exemple de Iota, projet lancé cet été sur kickstarter, qui propose une solution collaborative pour faire communiquer les objets connectés, en partageant la connexion entre utilisateurs de petits modems dédiés.

credit : shutterstock

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Sigfox souhaite entretenir l’avantage compétitif acquis et sait que le marché sera rude et concurrentiel parce qu’attractif à l’heure de l’explosion de la bulle de l’Internet des Objets. Il sait également que les barrières à l’entrée étant relativement faibles, conserver le leadership passera par la standardisation de sa technologie développée. La 5G (5ème génération de réseau mobile), annoncée pour 2022, vise à intégrer les différentes technologies de communication existantes pour simplifier l’accès à la connectivité et jouer sur la multiplicité des technologies intégrées pour optimiser l’utilisation du réseau en optimisant le flux de données sur les différentes technologies disponibles. Ainsi, Sigfox pourrait avoir un rôle à jouer dans le développement de la 5G en proposant de standardiser sa technologie en l’intégrant à ce nouveau réseau, pour lequel les recherches s’accentueront d’ici la fin de l’année.

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5 commentaires

  1. Vu sa taille, l’antenne du récepteur ne sera pas facile à cacher des voleurs de scooters. Iota y parvient mais la portée est moins grande.
    Pas sûr que votre théorie de la basse fréquence qui porte loin soit la bonne explication. D’après ce que j’ai compris, c’est la modulation UNB qui le permet.
    La carte électronique Akeru de la société SnootLab (open source) sera disponible sous peu. Une solution bas »e sur ce kit permettra, je l’espère, d’échapper aux redevances coûteuses des sociétés de télésurveillance qui ne manqueront pas d’investir ce marché.

  2. Merci Henri pour ce commentaire instructif, je vais de ce pas étudier la solution Akeru de SnootLab !
    Pour ce qui est de la théorie de la basse fréquence versus la modulation UNB, nous avons tous les deux raison. En effet, la modulation UNB (Ultra Narrow Band, pour nos lecteurs), permet de réduire la taille du signal à transmettre dans l’espace des fréquences et augmente donc sa portée de propagation. Mais la théorie de propagation du signal nous dit également que l’atténuation d’un signal entre deux antennes se quantifie de la manière suivante : A = 22dB + 20 log ( D / λ), où D=distance entre émetteur et récepteur et λ = longueur d’onde du signal transmis. λ étant inversement proportionnel à la fréquence, l’atténuation est d’autant plus forte que la fréquence est élevée.

  3. C’est aller un peu vite que de limiter les fréquences utilisées par les opérateurs mobile à la bande 1800-2600 MHz. Ils utilisent aussi beaucoup ce que cet article appelle basses fréquences, puisque le GSM900 repose sur la bande 880-960 MHz, donc fréquences très proches de la bande ISM 868 MHz utilisée par Sigfox. C’est donc plutôt la modulation qui permettrait une très grande portée, comme le dit Henri. Dommage que cet article qui se veut technique ne donne aucune idée des portées réelles du système. Est ce qu’au milieu de la campagne du Centre de la France, je peux connecter ma domotique au réseau Sigfox ?

  4. Bonjour Thibaut,
    Cette communication obéit aux lois physiques de transmissions ondulatoires : plus la fréquence de la porteuse est élevée, plus elle peut transmettre des débits d’information élevés mais moins le signal se propage aisément dans l’espace.
    Petite erreur : il me semble que vous confondez la fréquence de la porteuse et celle du signal en bande de base qui « porte » l’information. La technologie de sigfox repose sur le fait que le signal utile (porté par la porteuse) n’occupe que très peu de bande passante.

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