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Article – 03/09/2020

Technologies de suivi GPS temps réel, LPWAN vs GSM vs Satellite

Lorsqu’il s’agit de suivi temprs réel en extérieur, la question est récurrente : quelle est la meilleure technologie à utiliser ? GSM, satellite, LPWAN ? Avec les problèmes de couverture réseau, la fréquence de transmission des données, le coût de la connectivité, l’importance de l’autonomie… vous risquez d’être perdu ! L’objectif de cet article est de faire un tour d’horizon des technologies existantes et de détailler les avantages et inconvénients de chaque solution. Il n’y a pas de mauvaise solution, seulement des solutions inadaptées. Nous nous intéresserons plus particulièrement à la technologie radio LPWAN Sigfox, utilisée par les balises Capturs, et illustrerons ses particularités.

Capturs est une balise GPS en temps réel qui utilise la technologie radio Sigfox, un réseau terrestre appelé Low-Power Wide-Area Network (en abrégé LPWAN). Ce réseau permet d’envoyer en temps réel, sur un nuage Internet, les coordonnées GPS du porteur (ou de l’objet sur lequel il se trouve), et ainsi permettre à quiconque de le suivre ou de recevoir des alertes lorsqu’il appuie sur le bouton ou lorsqu’il entre ou sort de zones prédéfinies.

Le réseau Sigfox est un réseau terrestre composé d’un maillage d’antennes qui vont recevoir le signal envoyé par la balise. Pour fonctionner, l’émetteur doit être utilisé dans une zone couverte par le réseau Sigfox. Pour simplifier, il se comporte comme un réseau de téléphonie cellulaire GSM, mais avec une portée beaucoup plus grande et fonctionne dans toute l’Europe quel que soit l’abonnement (pas de frais d’itinérance).

Le réseau Sigfox

La couverture du réseau est donnée de manière transparente sur sigfox.com/coverage, et est plutôt fidèle, voire conservatrice (d’après notre expérience). Elle montre que si le réseau Sigfox couvre une très grande partie de la population européenne, les zones très isolées (montagnes par exemple) sont sans surprise les parents pauvres. Et pour cause : l’isolement et l’absence de population réduisent le besoin de couverture, qu’elle soit LPWAN ou GSM. Ces zones, comme le parc naturel des Écrins dans les Alpes, par exemple, sont donc des déserts de réseaux. Perdu dans un fond de vallée, avec un téléphone portable ou tout autre appareil utilisant une autre technologie que le satellite, il ne sera pas possible de vous localiser à distance en temps réel et de vous suivre. Mais alors, que pouvons-nous utiliser ?

Différentes technologies de suivi en temps réel existent, elles évoluent et continueront d’évoluer. Avant de savoir quelle technologie est la plus adaptée à votre cas d’utilisation, il est important de connaître les systèmes existants, leurs avantages et leurs inconvénients.

Aperçu des technologies de suivi GPS temps réel

Nous ne parlerons ici que des technologies classiques et répandues dans le monde industriel ou de la distribution, et nous nous limiterons aux systèmes offrant un suivi GPS “en temps réel”. En particulier, nous ne parlerons pas des balises de détresse (telles que COSPAS-SARSAT ou GEOSAR), qui, bien qu’indispensables dans de nombreux cas, ne sont pas destinées au suivi en direct. Nous ne parlerons pas non plus de détection de proximité, DVA, ARVA… mais de dispositifs portables légers, recevant la position GPS du porteur et la transmettant sur un nuage Internet, offrant un suivi en temps réel.

Balayons d’emblée une idée préconçue : il n’existe à ce jour aucun système permettant un suivi autonome en direct, fonctionnant partout et envoyant un point chaque seconde avec une autonomie de plusieurs années pour un coût inférieur à 5 USD. L’avenir est probablement là, mais il est encore aujourd’hui de l’ordre du fantasme. Il est nécessaire de distinguer plusieurs paramètres sur lesquels, en fonction de votre activité, vous devrez faire un ou plusieurs compromis. Ces paramètres vous guideront dans le choix des solutions à installer :

  • Autonomie.
  • Couverture du réseau.
  • La fréquence de transmission (qui détermine la finesse du suivi en direct).
  • Coût = prix d’achat + prix d’abonnement à la plate-forme + prix de la connectivité.
  • Poids et taille.
  • Simplicité, exhaustivité et qualité des fonctions proposées (bouton d’alerte, geofencing…).

Chaque technologie a ses forces et ses faiblesses. Mais quelles sont ces technologies ?

GSM

Point fort : la fréquence de transmission du message
Point faible : l’autonomie

Il s’agit du réseau le plus répandu. Il existe deux façons de l’utiliser : avec un smartphone via une application mobile ou avec un traceur GSM dédié. Dans les deux cas, il est nécessaire de disposer d’une carte SIM avec un abonnement data pour envoyer les données. Il existe pour cela des abonnements machine-to-machine dédiés à des coûts très intéressants. Sur les smartphones, il existe des dizaines d’applications mobiles pour le suivi en direct. L’intérêt réside dans la qualité du suivi. En effet, les smartphones n’ont pas de réelle limite en termes de quantité de données envoyées et peuvent relayer un grand nombre de points… au détriment de l’autonomie. Pour un suivi continu en direct en parallèle d’autres tâches, cette solution est limitée pour plusieurs raisons : 1) l’autonomie : la batterie ne tiendra pas longtemps, le suivi GPS en direct étant extrêmement consommateur 2) la fiabilité et l’opérationnalité dépendent du smartphone utilisé, ainsi un industriel devra fournir les mêmes smartphones et les maintenir pour assurer une haute performance du service. En revanche, dans le cadre d’une utilisation gérée et déterminée, c’est une excellente solution car le réseau GSM est de loin le plus complet. Le système fonctionne partout dans le monde et est très facile à déployer sans intervention. De plus, la majorité des employés bénéficient déjà d’un smartphone avec un abonnement data GSM, il ne s’agit donc que d’une brique logicielle à ajouter.

Capturs propose une application mobile de suivi GPS en direct que vous pouvez télécharger gratuitement, c’est une excellente occasion de tester la plateforme Capturs.

Concernant les trackers GSM dédiés, il existe de nombreux fabricants, offrant une fiabilité plus ou moins aléatoire. Une bonne antenne GSM est en effet complexe à mettre au point. Les fondamentaux de la technologie restent les mêmes : la technologie GSM consomme beaucoup par nature, et nécessitera un abonnement avec une carte SIM. De plus, pour compenser leur forte consommation, ces appareils ont tendance à être plus grands et plus lourds pour embarquer des batteries plus importantes. L’utilisation de la carte SIM sera plus chère que la technologie LPWAN (2 à 5 fois le prix) et sur l’autonomie il ne faudra pas compter sur plus d’une journée à une fréquence d’envoi acceptable.

Satellite

Point fort : Couverture du réseau
Point faible : Le prix

La Rolls-Royce de la surveillance en direct, y compris au niveau des prix. Il existe plusieurs réseaux de satellites circulant en orbite terrestre basse. Dans notre cas, les deux plus intéressants seront Iridium (utilisé par Garmin InReach par exemple) ou GlobalStar (utilisé par Spot). Globalstar a une couverture moins étendue et est inexistant dans les hautes latitudes (il utilise 48 satellites au lieu de 66 chez Iridium et ils sont orientés différemment).

Dans tous les cas, les traceurs par satellite ont l’énorme avantage de pouvoir émettre de presque n’importe où. La contrepartie sera un coût très élevé. Il faudra débourser plus de 400€ pour un émetteur Garmin InReach mais il faudra payer un abonnement entre 200€ et 400€ par an pour un service complet. C’est le prix à payer pour cet outil qui est vraiment indispensable pour les explorateurs ou pour ceux pour qui le suivi en direct est une question de survie. Attention toutefois : il nous a été rapporté à plusieurs reprises des coupures de quelques heures en montagne avec les balises Spot, apparemment inhérentes à la technologie Globalstar. Il faudra donc être bien informé sur les réseaux satellitaires et leur couverture avant de choisir ce type de technologie. De plus dans le meilleur des cas, la fréquence de transmission sera d’un point toutes les 10 min.

LPWAN (Low-Power Wide-Area Networks)

0G, le meilleur compromis ?

C’est dans cette catégorie que se positionne la gamme des trackers Capturs. Cette technologie est nouvelle et ouvre la voie à des applications de suivi en direct qui n’existaient pas auparavant : une très grande autonomie à faible coût, avec une couverture globalement équivalente au GSM, qui ne cesse de s’étendre.

Le principe est le suivant : pourquoi envoyer beaucoup de données alors que dans de nombreux cas, il suffit de transmettre un simple état, une température ou une position ? L’idée repose sur l’utilisation de la juste quantité d’énergie pour envoyer le peu de données dont on a besoin, via un réseau adapté et exempt de tout artifice d’appairage ou de haut débit (c’est le Low-Power). Le corollaire de cette faible consommation d’énergie est une autonomie bien supérieure à tout autre système. C’est exactement le contraire de la course à la vitesse et au débit, c’est pourquoi Sigfox appelle son service “Zero G” par opposition à 4G ou 5G.

Les LPWAN sont des réseaux terrestres fonctionnant avec des antennes, comme le GSM. Cependant, ils sont beaucoup moins nombreux car ils ont une très longue portée (c’est le Wide-Area). Pour référence, la portée d’une antenne Sigfox est d’environ 50km en champ libre et 15km pour LoRa. Elle peut être beaucoup plus élevée en altitude hors du relief. Nous observons régulièrement des signaux dont la portée peut atteindre 100 à 300 km, le record à Sigfox étant de plus de 1000 km.

Contrairement au GSM, les réseaux LPWAN exploitent astucieusement une bande radio libre : la bande ISM, partagée avec de nombreux autres systèmes. L’innovation réside dans la capacité à reconnaître la signature radio dans le bruit de cette bande libre.  Ainsi, il n’y a pas de coût de licence. Moins d’antennes + zéro licence = abonnement à très faible coût. Les nouvelles applications sont légion : télérelève intelligente, villes intelligentes, et bien sûr géolocalisation/tracking : pour la logistique, les containers, les palettes, les véhicules, les personnes, les activités de plein air….

Cette infrastructure unique est déclinée en plusieurs types de réseaux, les plus connus en Europe étant Sigfox et LoRa.

Sigfox ou LoRa, quelles sont les différences ?

Bien que similaires en apparence car ayant les mêmes attributs : faible consommation / faibles coûts, un monde sépare Sigfox de LoRa :

Philosophie : Sigfox est un opérateur de réseau unique (il n’y en aura qu’un par pays) mais agnostique en termes de matériel : un grand nombre de semi-conducteurs sont ainsi compatibles Sigfox (STMicro, OnSemi, Seong Ji, Jorjin, Texas-Instruments…) alors que LoRa n’a fait allégeance qu’à une seule firme américaine : Semtech, propriétaire de la technologie. A l’inverse, cela permettra à chaque membre de l’alliance LoRa d’exploiter son propre réseau, ce qui rendra LoRa adapté aux réseaux privés et de taille limitée.

Technologie : LoRa utilise une technologie appelée “spread spectrum modulation” alors que Sigfox a choisi l'”Ultra Narrow Band”, qui consiste à émettre bruyamment, plusieurs fois, sur un spectre radio très étroit afin de reconnaître le signal dans le bruit ambiant d’une bande ISM théoriquement très chargée. LoRa permet d’envoyer plus de données que Sigfox et permettra de dialoguer nativement dans les deux sens (uplink / downlink), mais nécessitera par conséquent plus d’antennes (appelées passerelles ou stations de base) pour construire le réseau. LoRa consommera plus, et sera plus sensible aux interférences radio et à la saturation locale. Un dispositif Sigfox transmettra sans appairage, sur un réseau plus large, avec une plus grande autonomie.

Couverture du réseau : En raison de l’unicité du protocole, Sigfox a une vision plus claire que LoRa. Sigfox déploie un réseau mondial coordonné, basé sur un opérateur unique dans chaque pays. Aujourd’hui, 60 pays sont couverts et une carte claire est disponible sur sigfox.com/coverage. En outre, Sigfox fournit des antennes de secours permettant à chacun d’étendre le réseau dans les zones non couvertes. Le réseau Sigfox est en cours d’extension et la couverture des zones désertiques par des nano-satellites est également prévue. Du côté de LoRa, il n’y a pas d’opérateur centralisé, chacun a en théorie la capacité de déployer son propre réseau, mais attention : c’est un véritable défi d’installer et d’exploiter un réseau. On croit souvent, à tort, que créer et gérer son propre réseau permettra d’économiser des coûts de connectivité. C’est un mauvais calcul : les coûts d’installation et de maintenance d’un réseau IoT seront bien plus élevés que les coûts de connectivité d’un réseau global existant, car c’est un sujet techniquement complexe. Auriez-vous l’idée de déployer votre propre réseau téléphonique ? Il est donc important de savoir ce que l’on veut faire et d’établir un bon business plan. LoRa sera donc destiné aux réseaux privés, d’entreprise ou de taille limitée.

Itinérance : Sigfox est en quelque sorte un réseau unique et mondial. Que vous soyez en France, en Italie, au Danemark, en Russie ou aux Emirats Arabes Unis, l’itinérance est assurée de manière transparente et sans frais supplémentaires. Votre traceur GPS fonctionnera partout en Europe et dans tous les autres pays du monde couverts par le réseau. Et en pratique, cela fonctionne très bien, comme promis par Sigfox. C’est plus difficile à dire avec LoRa, qui pour faire la même chose devrait en théorie s’appuyer sur des partenariats entre opérateurs, comme pour le GSM. D’ailleurs, en France, il existe deux réseaux LoRa, soutenus par deux opérateurs historiques, alors qu’il n’y a qu’un seul opérateur Sigfox.

Ci-dessous, le même itinéraire emprunté par un véhicule : à gauche une balise LoRa (Invoxia Roadie) et à droite Sigfox (Capturs). Presque aucune différence.

Quelle solution choisir ?

Revenons à notre question initiale : pourquoi utiliser une balise Sigfox même si la couverture n’est pas complète et qu’il reste des zones blanches. Notre message est qu’il n’y a pas une technologie meilleure qu’une autre mais qu’elles correspondent toutes à des cas d’utilisation différents.

La première question que vous devez vous poser est la suivante : “Quelle utilisation du suivi en direct est-ce que je veux faire ? “Logistique, gestion des présences, sécurité, gestion de la main-d’œuvre, production, suivi et traçabilité… ? Selon le cas, vous choisirez une technologie ou une autre. S’il s’agit de sécurité, les balises satellites fonctionnant sur un réseau Iridium seront probablement la meilleure option. Cela représente un coût, qui doit être investi, car la sécurité n’a pas de prix. Nous le répétons, vous n’aurez pas une communication sans faille sur le réseau GSM, Sigfox ou LoRa.

Ensuite, il y a la question du budget. Les trackers satellites sont très chers et ne sont pas à la portée de tous les budgets. Le choix reste donc entre LPWAN et GSM. Dans les zones isolées, le réseau GSM n’est pas vraiment mieux équipé que le réseau Sigfox. De plus, vous utilisez déjà le GSM avec votre téléphone portable, il n’y a donc pas vraiment d’intérêt à le dupliquer en utilisant une balise GSM dédiée (sauf pour un peu plus d’autonomie), car elle utilisera le même réseau et aura donc les mêmes faiblesses que votre téléphone. 

Complémentarité : Il reste le LPWAN… mais lequel ? Sigfox ou LoRa ? Pour l’instant et jusqu’à preuve du contraire, dans les zones isolées, Sigfox sera généralement bien meilleur que LoRa. C’est là que le choix devient pertinent ! Dans de nombreux cas, le réseau Sigfox fonctionnera (en altitude par exemple). Dans les avions hors du relief la couverture est presque totale. Parfois certaines vallées vont également bénéficier d’une couverture d’opportunité, effets de bords d’antennes placées très loin dans les villes, les vallées ont parfois le rôle de ” guide d’onde “. De plus Sigfox pourra couvrir des zones non couvertes par le GSM et vice versa. 

Choisir d’utiliser des trackers Sigfox, comme les Capturs, en plus de conserver son téléphone portable, dont la batterie sera utilisée avec parcimonie, augmentera la probabilité de pouvoir envoyer une position grâce à la complémentarité des réseaux tout en bénéficiant du meilleur des deux mondes. Il s’agit, selon nous, d’une alternative pertinente et peu coûteuse aux satellites. Il vaut mieux mettre toutes les chances de notre côté en multipliant les technologies. En plus de cela, un tracker Capturs bénéficiera d’une autonomie inatteignable par le smartphone.

De ce fait, de nombreux utilisateurs de Capturs préfèrent avoir une solution qui leur offre une couverture supplémentaire plutôt que rien du tout. Le raisonnement est qu’il vaut mieux pouvoir retrouver une personne ou un bien grâce à des positions intermittentes (qui permettent de deviner la trajectoire suivie et la direction) plutôt que de ne pas avoir d’indices du tout. C’est également l’approche du PGHM (Peloton de Gendarmerie de Haute Montagne) qui évalue actuellement notre système.

Dernière bonne raison de s’équiper, le réseau Sigfox est évolutif et il est même possible d’améliorer la couverture en plaçant des antennes à un endroit précis (sur une usine, un site industriel, une plateforme pétrolière…). Pas de mystère : plus le réseau est utilisé, plus la couverture va évoluer. Une bonne pratique à adopter pour choisir sa solution de suivi IoT : connaître ses équipements. Vérifiez systématiquement la couverture réseau, l’autonomie matérielle nécessaire, le coût cible. 

A vous de faire le bon choix, sachant qu’aucun système actuel ne peut tout faire. Tout est une question de compromis à faire sur le cas d’usage. Cela mérite une vraie réflexion encadrée par des professionnels.