De plus en plus d'entreprises se focalisent sur la mise en réseau de leurs appareils IoT, des petits capteurs jusqu'aux machines industrielles complexes. Mais les standards radio conventionnels atteignent leurs limites technologiques, et de nouvelles approches sont demandées afin d’autoriser une communication de données rapide et sécurisée sur de longues distances, à l’image du récent standard Zeta. Dans cet entretien avec L'Embarqué, la société Socionext, par la voix de Tomislav Drenski, son directeur marketing Europe, explique en détails le potentiel de Zeta en Europe, après les succès remportés en Asie.

Socionext a développé le standard de communication LPWAN Zeta de nouvelle génération en collaboration avec ZiFiSense et Techsor. Comment cette collaboration a-t-elle vu le jour ?

TOMISLAV DRENSKI Initialement, le standard de communication LPWAN Zeta a été défini et développé par la société ZiFiSense. Celle-ci soutient les trois protocoles actuels, Zeta-G, Zeta-S et Zeta-P, qui répondent à différents cas d'usage en matière de communication. Dans ce cadre, Socionext a travaillé avec ZiFiSense et Techsor pour spécifier de nouveaux circuits de type puces-systèmes SoC (System on Chip) pour prendre en charge le standard Zeta. Le premier objectif de la société étant de fournir des solutions SoC spécifiques pour le marché des tags Zeta, les ZETag. Un ZETag est une étiquette pour objets connectés, qui utilise le protocole Zeta-G, un sous-ensemble du standard Zeta, avec comme caractéristique un coût peu élevé, une faible consommation d'énergie et une communication longue distance.

Au cours de ce premier développement, les trois sociétés ont travaillé ensemble pour revoir la spoécification, améliorer les performances de Zeta et soutenir une vision d’avenir que l'on pourrait qualifier de LPWAN 2.0.

Pouvez-vous expliquer brièvement la base technologique de la spécification Zeta ?

TOMISLAV DRENSKI Comme indiqué précédemment, la technologie Zeta a été spécifiée par ZiFiSense et fait partie des technologies LPWAN (Low Power Wide Area Network) adaptées aux applications IoT. Le standard Zeta utilise des bandes de fréquence ISM inférieures au gigahertz, également appelées bandes sans licence, et spécifie plusieurs canaux à bande ultra-étroite (UNB, Ultra-Narrow Band) afin d’offrir une couverture étendue et une pénétration profonde du signal. Zeta propose une communication bidirectionnelle, une sensibilité de réception élevée, ainsi qu'une topologie multi-sauts à faible consommation au travers de relais. Ce qui présente des avantages par rapport aux autres standards LPWAN où les ondes radio ont parfois des difficultés à se propager dans certaines conditions. Le standard Zeta est également le premier protocole de communication étroitement couplé à l'edge computing.

Ainsi, un capteur doté du protocole Zeta peut être mis à niveau pour devenir un véritable "frontal LPWAN intelligent" qui sera alors capable d'effectuer une analyse locale des données pour réduire la latence et optimiser la bande passante du réseau.

Le standard LPWAN Zeta est fondé sur la modulation Advanced M-FSK. Pouvez-vous expliquer plus en détails cette technologie de modulation, notamment par rapport à la technologie 2-FSK ?

TOMISLAV DRENSKI La dernière spécification Zeta en date bénéficie effectivement de la modulation par déplacement multifréquence (Multi-Frequency Shift Keying), appelée modulation Advanced M-FSK. Cette technologie de modulation avancée présente de nombreux avantages par rapport à la technologie Zeta conventionnelle fondée sur une modulation 2-FSK. Une modulation 2-FSK ne convertit qu'un bit à la fois, tandis qu’une modulation 4-FSK (M=4) convertit deux bits à la fois, une modulation 8-FSK (M=8) trois bits à la fois, et ainsi de suite.

Cette technique de modulation augmente donc le débit de données et permet une communication à un débit binaire plus élevé et avec une meilleure évolutivité. La méthode Advanced M-FSK utilise quant à elle une modulation à plusieurs niveaux, telle que 64-FSK. Elle améliore la vitesse de communication et apporte des avantages supplémentaires. Par exemple, Advanced M-FSK atteint un taux de transfert jusqu'à 20 fois plus élevé, améliore la sensibilité au niveau de bruit de 10 dB et permet la communication avec des objets mobiles. De cette façon, il est possible de suivre des mouvements d'objets jusqu'à des vitesses de 120 km/h sur une distance de 3 à 5 kilomètres.

Enfin, la modulation Advanced M-FSK est également rétrocompatible avec les équipements Zeta prenant en charge la modulation 2-FSK.

En quoi la technologie Zeta diffère-t-elle des standards LPWAN comparables tels que LoRaWAN, Sigfox ou Narrowband IoT (NB-IoT) ?

TOMISLAV DRENSKI A l'intérieur des normes LPWAN, il existe deux groupes : celles utilisant un spectre de fréquence sous licence, comme le NB-IoT, et celles utilsant un spectre sans licence, comme LoRa, Sigfox et Zeta qui utilisent des bandes de fréquence libres de droit pour lesquelles aucun frais de licence n'est requis.

Aujourd’hui, LoRa et NB-IoT sont des technologies LPWAN bien établies, alors que Zeta émerge, même si cette technologie est déjà populaire dans certains pays asiatiques comme la Chine. Et si toutes les normes LPWAN sont conçues pour une faible consommation d'énergie, il est clair que Zeta est la plus avancée en la matière.

Lorsque l’on regarde à l'intérieur du spectre sans licence, LoRa et Zeta permettent une communication bidirectionnelle et possèdent la bande passante la plus large, avec un débit de données raisonnable si l’on compare à Sigfox. Une autre différence essentielle est l'infrastructure réseau ; les technologies LoRa et Zeta peuvent être déployées avec un réseau privé ou en utilisant un opérateur de réseau public, en fonction de la couverture du pays. Mais Sigfox ne dépend que de la couverture d'un réseau public, ce qui suppose des frais d'abonnement.

Enfin, Zeta est également la première technologie LPWAN prenant en charge un réseau maillé distribué utilisant une modulation Advanced M-FSK à bande ultra-étroite (UNB) et permettant des communications multicanaux. Au niveau réception, Zeta offre ainsi la sensibilité la plus élevée avec une amélioration de 5 dB par rapport à LoRa, par exemple.

Quels sont les principaux avantages technologiques de la nouvelle technologie sans fil ZETag en termes de vitesse, de portée, de sécurité et de consommation d'énergie ?

TOMISLAV DRENSKI ZETag offre une large couverture, jusqu'à 3 km, une consommation d'énergie de l’ordre du microampère, ainsi qu’une autonomie plus longue (jusqu'à 5 ans). Il est toujours difficile de comparer les solutions mais, pour vous donner une idée, on peut dire que ZETag est une technologie très bon marché avec un coût d'entrée compris entre 1/3 et 1/10 du coût des technologies similaires. Il offre également une grande capacité de simultanéité, jusqu'à 60 fois plus que les technologies similaires, et permet des communications avec des objets en mouvement jusqu'à une vitesse de 120 km/h dans un rayon de 3 à 5 km.

Quelle est la différence entre Zeta et ZETag ?

TOMISLAV DRENSKI Zeta est une norme tandis que ZETag est une solution optimisée pour les applications d'étiquettes actives, tirant parti de la faible consommation d'énergie et des communications longue distance de Zeta. La solution ZETag est également appelée Cloud Tag. Zeta prend en charge la communication bidirectionnelle et les communications par sauts comme un répéteur. ZETag est en fait un sous-ensemble de la norme Zeta qui gère uniquement les communications unidirectionnelles et ne prend pas en charge la fonction répéteur. Qui plus est, la puissance de sortie des ondes radio est environ la moitié de celle de Zeta. L'un des principaux avantages de ZETag est qu'il cible un système IoT à faible coût et à très faible consommation d'énergie.

Ce tag IoT pourrait être à l’avenir alimenté par des batteries imprimées et atteindre jusqu'à 10 km de portée en extérieur. Ce qui élargirait le marché de l'IoT en s'adressant aux objets petits et basiques tels que les emballages recyclables, les colis ou les étiquettes de transport.

A quelles applications, industrielles ou non, la technologie LPWAN Zeta de nouvelle génération est-elle bien adaptée ?

TOMISLAV DRENSKI Les technologies LPWAN sont en cours de déploiement et ont montré un potentiel intéressant pour un vaste panel d'applications dans l'IoT et le machine-to-machine (M2M), en particulier dans les environnements contraints. Dans l'ensemble, la technologie Zeta est bien adaptée à une large gamme d'applications intelligentes telles que la surveillance de l'environnement, les villes et les bâtiments intelligents, l'automatisation industrielle et l’industrie 4.0, la médecine intelligente, l'agriculture de précision, etc.

Concernant ZETag, qui est dévolu aux étiquettes IoT utilisant la technologie Zeta, de nombreuses applications sont possibles dans le domaine de la gestion des actifs - par exemple, pour optimiser l'utilisation de palettes, de boîtes et de conteneurs intelligents - ou dans la protection et le suivi des marchandises - par exemple, pour surveiller en temps réel l'état de denrées périssables tout au long de la chaîne du froid, y compris pendant leur transport. La logistique constitue également un débouché pour assurer le suivi en temps opportun des marchandises et améliorer l'efficacité du transport.

De quelle infrastructure, tant matérielle que logicielle, les utilisateurs ont-ils besoin pour déployer une technologie Zeta ?

TOMISLAV DRENSKI Pour déployer un réseau IoT reposant sur les communications Zeta, les utilisateurs ont tout d'abord besoin de plusieurs capteurs, ce que nous appelons des nœuds Zeta. Ils sont chargés de la collecte des données et de leur transmission à un point d'accès (AP) Zeta, également appelé passerelle Zeta. Dans certaines applications, les capteurs IoT sont attachés à des actifs tels que des colis ou des conteneurs.

Un autre équipement indispensable est le point d'accès Zeta qui reçoit les données des différents capteurs et télécharge les données de volume sur un serveur. Certaines passerelles intelligentes peuvent traiter des données localement et télécharger les données traitées dans le cloud, ce qui signifie que seules les informations traitées importantes sont téléchargées dans le cloud.

Parfois, certains dispositifs appelés Mote, ou routeurs maillés, sont ajoutés au réseau pour améliorer la puissance de la communication sans fil et étendre la portée de communication.

Socionext est membre de l’alliance Zeta. Pour quelles raisons avez-vous rejoint cette organisation ?

TOMISLAV DRENSKI L’alliance Zeta a été créée en 2018 au Japon, par Techsor, ITAcces, QTNet et Toppan Group. Aujourd'hui, plus de 123 organisations sont référencées comme membres de l’alliance Zeta Japon et Socionext en est un des promoteurs et un des membres du conseil d'administration.

Au Japon, l’alliance Zeta promeut et étend la technologie pour le marché LPWAN IoT, en mettant l’accent sur le partage des cas d'adoption de Zeta et la publication d'un guide de référence pour sa mise en œuvre ainsi que les échanges d'informations entre les membres, y compris le développement conjoint de produits et services compatibles Zeta. L'organisation traite aussi les demandes d'amélioration de la norme Zeta, soutient des développements de l'infrastructure Zeta avec les entreprises locales, impose la marque "Made in Japan" pour les passerelles, les points d'accès et les modules RF, et promeut la technologie Zeta.

En rejoignant l'alliance, les entreprises ont accès à des informations techniques sur toutes les spécifications Zeta à un stade précoce, dans le forum des développeurs, et peuvent facilement trouver des partenaires commerciaux sur le marché de l'IoT.

L'alliance Zeta se compose aujourd'hui de plus de 300 entreprises à travers le monde, assurant collectivement la promotion du déploiement et de l'utilisation de Zeta.

En Asie, cette technologie s'est déjà imposée. Qu'attendez-vous de l'Europe ?

TOMISLAV DRENSKI Comme indiqué auparavant, l’alliance Zeta est une organisation à l’échelle mondiale visant à promouvoir la technologie pour une large gamme de solutions IoT fondées sur la modulation Advanced M-FSK. L'Europe est la quatrième région concernée après la Chine, le Japon et l'Asie du Sud-Est.

Pour le moment, ZiFiSense et le protocole Zeta sont encore peu reconnus en Europe, mais la nouvelle alliance Zeta Europe va capitaliser sur les mises en œuvre réussies de Zeta en Chine, en particulier pour les industries de la logistique intelligente et du suivi des actifs.

Début 2021, le partenariat de ZiFiSense avec Sensing Labs en France a constitué la première étape du déploiement de l'alliance Zeta dans toute l'Europe. Les acteurs de l'IoT, les vendeurs de silicium et les distributeurs sont désormais invités à rejoindre la coopération technologique et commerciale des 300 membres effectifs de l'alliance pour déployer le nouveau modèle du LPWAN 2.0 - Pervasive IoT.

Quels produits compatibles avec la nouvelle norme Zeta la société Socionext propose-t-elle ou développe-t-elle actuellement ?

TOMISLAV DRENSKI Socionext développe de nouveaux produits conçus pour ZETag, la prochaine génération de Cloud Tag utilisant le protocole de communication Zeta. Le premier produit est le SC1330 qui intègre une unité de traitement du signal prenant en charge la modulation Advanced M-FSK.

De plus, nous avons également un cœur de processeur RISC-V 32 bits et des mémoires intégrées comprenant diverses interfaces. Ce nouveau produit offre un niveau d’intégration élevé, est logé dans un boîtier QFN24 de 4 x 4 mm et prend en charge une communication unidirectionnelle (Up-Link). La réduction de la taille et du nombre de composants nécessaires pour les produits à base d’étiquettes contribuera également à abaisser les coûts de nomenclature et à améliorer la qualité et la fiabilité.

Le SC1330 de Socionext a été annoncé en octobre 2021 et la production en volume a débuté depuis le milieu de l'année 2022.

Comment aidez-vous les utilisateurs lorsqu'ils souhaitent intégrer la nouvelle technologie Zeta dans leur entreprise ?

TOMISLAV DRENSKI Pour faciliter l'utilisation du nouveau SoC ZETag SC1330 dans l'évaluation et la conception de produits, Socionext prépare un écosystème pour les clients, qui comprend des cartes d'évaluation, des conceptions de référence et un micrologiciel pour protocole ZETag. Pour des besoins spécifiques tels que le module ZETag dédié ou les mises à jour du micrologiciel ZETag, nous travaillons avec des partenaires pour étendre nos capacités de support et l'écosystème.

Quels sont les plans et objectifs futurs de Socionext concernant la technologie Zeta ?

TOMISLAV DRENSKI Socionext fait preuve d’une longue expérience dans la prise en charge de différentes normes de communication sans fil reposant sur la technologie RF Cmos, afin de répondre à une large gamme d'applications telles que les capteurs radar, les communications SubGig, les satellites, la radiodiffusion ou la RF médicale. Les communications IoT utilisant LPWAN ont un grand potentiel et nous élargirons notre offre pour prendre en charge le protocole Zeta de différentes manières, par exemple avec des SoC de nouvelle génération dotés de communications bidirectionnelles pour différentes gammes de produits Zeta, y compris la modulation Advanced M-FSK. Nous pouvons également développer des SoC hybrides LPWAN et des SoC personnalisés avec le protocole Zeta si nécessaire.

Propos recueillis par Francois Gauthier

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