Les réseaux de capteurs sans fil (WSN) reposent sur le concept de dispositifs minuscules, dotés d'un ensemble de capteurs et d'une radio pour envoyer les résultats à un serveur dédié ou à l'Internet. Cette infrastructure radio a été généralement conçue en tenant compte de l'état de l'art en matière d'émetteurs-récepteurs radio, avec une faible consommation d'énergie, un débit assez élevé (jusqu'à Mbps) et une courte portée (100 mètres maximum). La solution que presque tout le monde a trouvée a été de construire un réseau maillé de dispositifs, avec une portée moyenne à faible entre les nœuds du réseau. Dans ces conceptions, les données sont envoyées d'un appareil à l'autre jusqu'à ce qu'elles atteignent le nœud récepteur qui est lui-même connecté à l'internet de manière plus traditionnelle (3G, GPRS, Ethernet).
Ces réseaux maillés présentent plusieurs problèmes. L'un d'entre eux est la synchronisation entre les dispositifs : comme chaque dispositif a une horloge différente, il est nécessaire de synchroniser souvent l'ensemble du réseau, ce qui entraîne une augmentation de la consommation d'énergie ; un autre problème est l'asymétrie de la consommation des dispositifs, ce qui signifie que tous les dispositifs ne consomment pas de l'énergie au même rythme : cela est dû au fait que les nœuds les plus proches du puits agissent comme des répéteurs pour les autres dispositifs. Ce phénomène complique les coûts opérationnels de maintenance du réseau, limitant même l'utilisation de techniques de récolte d'énergie dans certains des dispositifs du même réseau. D'autres coûts opérationnels de ces réseaux maillés sont liés à l'utilisation de répéteurs pour améliorer la couverture de certaines parties du déploiement. Il n'est pas facile de détecter ces zones d'ombre, et il faut généralement des personnes qualifiées pour effectuer l'installation.
Récemment, un nouveau concept de systèmes radio - jusqu'à présent exclusifs - a vu le jour. Cette nouvelle idée est axée sur l'envoi de quelques bits de données à un taux de transmission très lent (moins de 1 kbps) mais avec une longue portée (jusqu'à des kilomètres). Ces solutions sont basées sur des techniques comme le spectre étalé et des schémas de modulation spécialement conçus pour une haute sensibilité.
Avec ce nouveau concept de radio, le paysage des WSNs est en train de changer. L'utilisation d'un réseau maillé n'est plus nécessaire, car avec ces radios à longue portée, tous les dispositifs peuvent communiquer directement avec le nœud récepteur. Par conséquent, nous passons d'une topologie de réseau maillé à un réseau en étoile, où un seul nœud récepteur reçoit directement les données de tous les dispositifs.
D'autre part, le nœud récepteur est généralement plus complexe et plus gourmand en énergie qu'un dispositif récepteur sur les réseaux maillés, mais cela est compensé par le fait que beaucoup moins de puits sont nécessaires car ils ont une couverture beaucoup plus grande. Ce changement simplifie énormément les procédures et les coûts opérationnels, car il évite l'utilisation de répéteurs, simplifie les tests de couverture et, par conséquent, nécessite généralement moins de personnel qualifié pour l'installation.
Les nouveaux acteurs dotés de ces nouvelles radios - tels que SigFox, Semtech, Weightless, On-Ramp - tentent de devenir des opérateurs de réseau offrant une couverture sans intervention de l'utilisateur final, comme le faisaient autrefois les opérateurs GSM.
Ces sociétés, bien qu'elles soient fondées sur des technologies radio très similaires, offrent des solutions différentes à leurs clients :
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SigFox offre un système de communication unidirectionnel à longue portée, qui fonctionne même avec des appareils situés dans des sous-sols et des parkings souterrains. SigFox a présenté SigFox Network il y a quelques mois, offrant une couverture complète de la France et ils commencent à couvrir l'Espagne et d'autres pays de l'UE.
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La solution de Weightless est comme un remplacement des réseaux GSM pour les appareils M2M, avec une couverture similaire et une consommation d'énergie bien moindre. Le réseau Weightless est synchronisé et bidirectionnel si l'application le requiert, et il repose sur des stations de base placées dans les mêmes tours GSM que celles qui sont actuellement déployées. Récemment, ils ont commencé à fonctionner dans les bandes sous licence, ce qui simplifie les accords de niveau de service (SLA) dans l'espace opérateur.
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Semtech est en train de créer une nouvelle famille d'émetteurs-récepteurs RF basés sur la modulation LoRa pour les liaisons radio à longue portée. Sa stratégie consiste à fournir les émetteurs-récepteurs sans autre modèle économique, mais en créant un écosystème de sociétés tierces fournissant des services tels que les bases, la couverture, etc.
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On-Ramp propose une solution complète d'émetteurs-récepteurs et de stations de base, adaptée aux dispositifs à très faible débit de données (jusqu'à 30 Ko par jour) tolérant une latence assez longue, comme les compteurs intelligents, etc.
Pour que ces solutions M2M propriétaires puissent survivre, il faudra toutefois qu'elles deviennent des normes ou des standards de facto dans les années à venir. Une fois cette étape franchie, le déploiement d'un WSN sera aussi simple que de choisir l'opérateur qui convient le mieux à votre application, de vérifier qu'il couvre votre zone de déploiement, de déposer vos appareils et de commencer à recevoir des données sur vos serveurs. En d'autres termes, vous pourrez vous concentrer sur votre véritable activité : fournir des services à des secteurs spécifiques (et ne pas consacrer la majeure partie de vos efforts à résoudre les problèmes de couverture).