La version 17 de la norme 3GPP améliore laprise en charge du NB-IoT et des réseaux non terrestres. C’est ce que l’on appelle le scénario 4 ou, pour les personnes concernées, le scénario satellite. Les constellations de satellites en orbite basse (LEO) pourront gérer le trafic NB-IoT (IoT à bande étroite) tel que défini par les normes 5G, sans modification.
Tout appareil IoT doté d’une connectivité cellulaire pourra se connecter et communiquer avec les constellations de satellites équipées de la technologie des tours cellulaires 5G. L’appareil IoT ne nécessite aucune modification ou antenne spéciale. En fait, l’appareil peut même ignorer qu’il fonctionne sur un réseau non terrestre. Des réseaux non terrestres (NTN) sont actuellement créés pour offrir une connectivité véritablement omniprésente. Pour savoir comment etpourquoi, Avnet s’est entretenuavec Gianluca Redolfi, Chief Business Officer de Sateliot, l’un des pionniers dans ce domaine.
Comment mettre en place la 5G dans l’espace ?
Dans le passé, les réseaux cellulaires commerciaux étaient centrés sur l’homme. Cela a changé avec l’IdO. Mais il y a un décalage entre le déploiement des tours de téléphonie cellulaire et la localisation des appareils connectés. De plus en plus d’appareils sont utilisés dans des endroits éloignés. Une plus grande couverture 5G est nécessaire pour les soutenir.
La couverture doit être étendue aux zones qui ne peuvent pas être desservies par les réseaux conventionnels. Les membres du 3GPP reconnaissent ce problème et travaillent à sa résolution.
Le réseau déployé par Sateliot est basé sur des nanosatellites. Un nanosatellite est un terme général désignant tout satellite pesant jusqu’à 10 kg. Chaque nanosatellite comprend une charge utile qui, dans ce cas, est la tour cellulaire 5G. Sateliot travaille avec des partenaires pour construire et lancer les nanosatellites, mais a développé la charge utile elle-même.
Les satellites LEO de la société sont en orbite autour de la planète à 24 000 kilomètres par heure, à une hauteur de 600 km. il faut environ 90 minutes pour parcourir une orbite, de sorte que plusieurs satellites sont nécessaires pour assurer une couverture quasi constante.
Tout ce qui est mis en orbite est exposé à des variations de température extrêmes, à des radiations et à des effets spatiaux tels que les vents solaires et les fragments de météorites. Sateliot a conçu ses nanosatellites pour qu’ils puissent survivre dans l’espace pendant environ cinq ans.
Gianluca Redolfi a expliqué que l’entreprise prévoit de construire un NTN de 256 nanosatellites. Cette couverture serait suffisante pour permettre aux appareils IoT situés à n’importe quel endroit de la surface de se connecter au réseau une fois par minute.
Le NTN est conforme aux normes 3GPP. Chaque satellite d’un réseau national de télécommunications devrait permettre de connecter jusqu’à 50 000 appareils NB-IoT. Avec cette capacité, M. Redolfi ne voit aucun problème à ce que le réseau Sateliot prenne en charge l’IoT à grande échelle. Si le réseau approche de sa capacité, l’entreprise peut ajouter d’autres satellites. « Nous avons l’autorisation d’aller jusqu’à 500 », a déclaré M. Redolfi.
Qu’est-ce que l’IdO massif ?
L’IdO massif est le point de rencontre entre la technologie cellulaire et l’IdO. L’IdO massif décrit le type d’appareils qui ont besoin d’une connectivité internet simple, fiable et peu coûteuse. La mise en place de cette connectivité crée de nouvelles opportunités. Il est massif car il pourrait y avoir des centaines de milliards d’appareils connectés de cette manière.
Redolfi a expliqué que le marché cible de Sateliot est l’IoT massif. Il peut s’agir de solutions écologiques telles que la surveillance des avalanches. or la prévention des incendies de forêt. Il couvrira également des applications agricoles telles que la surveillance des pâturages dans les plaines éloignées. Sur le plan commercial, il modifiera le mode de fonctionnement des entreprises de logistique et de lachaîne d’approvisionnement en assurant une surveillance continue des actifs, où qu’ils se trouvent dans le monde.
« L’IdO massif nécessite deux choses : des dispositifs ou des capteurs très abordables et une connectivité très abordable », a déclaré M. Redolfi. Les utilisateurs peuvent s’attendre à payer 1 $ par mois ou moins pour que chaque appareil reste connecté.
Les capteurs à faible coût, environ 2 dollars l’unité selon Redolfi, doivent également être peu gourmands en énergie. Ils devraient fonctionner jusqu’à cinq ans sans entretien, ce qui inclut le remplacement des piles. Bien qu’ils ne soient peut-être pas aussi difficiles que dans l’espace, les capteurs utilisés dans l’IdO massif pourraient également être exposés à des conditions extrêmes.
Réseaux cellulaires pour l’IdO massive
Les générations précédentes de connectivité cellulaire ont été utilisées pour compléter les opérations IoT. Les technologies mises en œuvre dans le cadre de la 5G devraient changer la donne. Les communications à bande étroite ont été conçues pour les données. Il offre le bon mélange de bande passante et de fiabilité nécessaire à l’IdO.
La question reste celle de la couverture. Mais avec la réalisation des NTN, la couverture pourrait ne plus être un problème. C’est là que Sateliot et les entreprises de ce type trouveront leur place. M. Redolfi estime que son entreprise a une longueur d’avance sur les autres.
« Nous faisons appel à différentes entreprises. Nous disposons de notre propre équipe interne, ce qui nous permet de construire la première constellation de satellites sur la base de cette norme. Nous sommes les premiers et nous avons probablement quelques années d’avance sur les autres », a déclaré M. Redolfi.
M. Redolfi estime que le modèle de réseau cellulaire est prêt à être bouleversé. Actuellement, les fournisseurs de réseaux attirent les abonnés, vendent des équipements conçus pour leur réseau et conservent leurs clients grâce à des contrats liés à leurs services. Cela peut fonctionner pour les particuliers, mais il estime que les entreprises disposant d’appareils connectés ont des exigences différentes.
Le modèle d’entreprise de Sateliot consiste à établir un partenariat avech les fournisseurs de réseaux terrestres. Le réseau Sateliotl se comporte comme n’importe quel autre réseau pour les clients ayant un contrat d’itinérance. Lorsque l’appareil n’est pas en mesure de se connecter à une tour cellulaire locale, il passe automatiquement à une tour cellulaire satellite.
« Nous vendons notre connectivité en gros aux opérateurs du monde entier, en fournissant à leurs clients une extension de la couverture pour l’IdO à bande étroite », a déclaré M. Redolfi.
Réseaux non terrestres pour l’IdO massive
Le consortium 3GPP travaille sur la normalisation des NTN depuis 2017 avec un élément d’étude (SI) dans la version 15. Le potentiel des réseaux 5G non terrestres couvre des cas d’utilisation qui relèvent à la fois des services à large bande mobile améliorée (eMBB) et des communications massives de type machine (mMTC). Pour les applications IoT, le mMTC est au cœur des préoccupations. NB-IoT relève de mMTC.
Les NTN sont destinés à assurer la continuité du réseau pour les appareils qui entrent et sortent de la couverture des tours cellulaires terrestres. Or, les satellites se déplacent à une vitesse d’environ 7,5 km/s. Le temps nécessaire à un appareil pour communiquer avec une tour cellulaire dans l’espace pourrait être d’environ 6,5 secondes.
Ce délai est variable. Si le satellite génère un faisceau plus large, il aura une empreinte plus importante. Une empreinte plus large signifie une couverture plus longue. La norme 3GPP traite également des satellites LEO à des hauteurs de 600 km et 1 200 km, ainsi que des satellites géostationnaires à 35 786 km. Ces facteurs signifient que la zone du faisceau d’un LEO se situe généralement entre 100 km et 1 000 km. Les latences unidirectionnelles pour les LEO seront de l’ordre de 30 ms à 50 ms.
Le faisceau peut être fixe ou mobile, ce qui influencera également le temps de couverture. La technologie de direction par faisceau permet deux scénarios. Dans le scénario du faisceau mobile, le faisceau couvre une zone fixe, de sorte que l’empreinte sur la surface se déplace avec le satellite. Dans le cas d’un faisceau fixe, le faisceau est orienté de manière à ce que son empreinte soit maintenue aussi longtemps que sa position en orbite le permet.
Les normes 3GPP couvrent de nombreuses autres considérations et défis de conception. En surmontant ces difficultés, les NTN ont pu se développer et nous en sommes aujourd’hui au stade du déploiement à grande échelle. L’IoT massif devra sans doute s’appuyer sur ces NTN pour répondre aux attentes.
Conclusion
Il peut sembler extravagant de fournir une couverture cellulaire pour les applications IoT à l’aide de satellites. Mais la baisse du coût de la technologie et l’accès accru à l’espace rendent ce projet réalisable. Le consortium 3GPP y travaille depuis de nombreuses années. De nombreuses entreprises participent à l’effort visant à faire des NTN une proposition viable.
La durée de vie d’un nanosatellite est d’environ cinq ans. Dans ce laps de temps, il aura fourni une connectivité à d’innombrables dispositifs IdO. Lorsque le satellite sera prêt à être remplacé, les normes et la technologie auront évolué. Le remplaçant sera encore plus performant et nous serons probablement déjà devenus dépendants de ses services.
