Pour être efficaces, les capteurs IoT ont besoin de 2 fréquences radios
Pour prolonger la durée de vie de la batterie, l'idéal serait que les capteurs IoT ne consomment de l'énergie que pour envoyer les données. D'où l'idée d'une seconde fréquence pour capter le signal d'activation de l'émission principale. Des universitaires travaillant sur le sujet disent qu'ils font des progrès.
Pour rendre l'Internet des Objets vraiment omniprésent, beaucoup pensent qu'il faut résoudre les problèmes liés à l'alimentation des capteurs et aux fréquences radios. En l'état, la chimie des batteries n'est tout simplement pas suffisante, et que le coût logistique d'un remplacement régulier des batteries serait beaucoup trop élevé. Souvent aussi, les batteries solaires ne sont pas la solution, parce que cette technologie, généralement fixe, n'est pas adaptée aux réseaux mobiles, ad hoc ou improvisés.
Par conséquent, il y a une véritable course pour essayer de trouver, soit de meilleurs produits chimiques pour allonger la durée de vie des batteries, soit des puces et des composants électroniques plus économes en terme de dépense d'énergie. D'autres recherches s'intéressent au déclenchement des ondes radios par le capteur, afin de limiter l'émission à la transmission des données. Des universitaires travaillant sur le sujet ont déclaré qu'ils faisaient des progrès importants dans ce domaine. « Le problème aujourd'hui, c'est que les appareils existants ne savent pas exactement à quel moment se synchroniser avec le réseau. Alors, ils se réveillent périodiquement pour le faire même quand il n'y a pas de données à transmettre », a expliqué Patrick Mercier, professeur en ingénierie électrique et informatique à l'Université de San Diego, Californie, dans un communiqué de presse. « En ajoutant un récepteur de mise en route, nous pourrions améliorer la durée de vie de la batterie des petits appareils IoT, et la prolonger de quelques mois à plusieurs années », a-t-il déclaré.
Passer à un spectre élevé
Selon ces universitaires, pour que ces récepteurs soient efficaces, il faudrait implémenter des fréquences très élevées. En effet, plus la taille diminue, y compris celle des antennes, plus le spectre doit être élevé. « C'est en procédant ainsi que les chercheurs ont réussi à tout réduire, y compris l'antenne, le transformateur et d'autres composants, en-dehors du CPU, et rassembler le tout dans un facteur de forme beaucoup plus petit », ont encore expliqué les universitaires. Leur solution serait d'implementer du 9 GHz à bande X dite de Supra haute fréquence. L'appareil fonctionne à l'aide de signaux radios spécifiques, appelés signature de réveil, qui sont dirigés vers la puce du récepteur de réveil dédié d'un capteur IoT. Cette fréquence peut fonctionner en consommant moins d'énergie que la puce radio de données qui sert à l'émission parce que son seul but est d'écouter la signature de réveil. L'appareil mis au point par l'Université de San Diego ne dépense que 22,3 nanowatts. « Cela représente environ un demi-millionième de l'énergie utilisée par une veilleuse DEL », a précisé l'université. C'est une autre fréquence radio, plus énergivore, activée à la demande par la fréquence de réveil, qui effectue les tâches les plus lourdes, comme l'envoi des données.
L'Université de Stanford a également travaillé sur les solutions de réveil d'appareils IoT. C'est le cas de son appareil à ultrasons, développé en 2018, qui dépense à peine un nanowatt, dont la fréquence est proche de celle d'un sifflet de chien. Les chercheurs de Stanford pensent aussi que l'usage de fréquences plus élevées permet de concevoir des modules électroniques plus petits. À l'époque, on pouvait lire sur le site de l'université que sa puce consommait « environ un milliardième de l'énergie qu'il faut pour éclairer une seule ampoule de Noël d'antan ». Il est important de noter que les deux universités proposent de stopper toute dépense d'énergie quand il n'y a pas d'émission de données, et pas seulement de mettre la fonction en veille, comme c'est souvent le cas.
Sensibilité élevée
L'Université de San Diego pense que son appareil à bande X présente deux avantages supplémentaires par rapport à tout ce qui a été fait auparavant. D'une part, le facteur de forme fonctionne correctement quelle que soit la température ambiante : les universitaires affirment qu'il supporte des températures comprise entre -10° C et + 40° C. Cette plage de température signifie que la fonction réveil peut être utilisée à l'extérieur, par exemple, des applications maritimes verticales. L'université affirme également que la sensibilité de son dispositif, -69,5 dBm, est la meilleure jamais publiée dans une étude. Cependant, il faut accepter un compromis sur la latence, car le délai est de 540ms. Mais dans la plupart des usages IoT, ce n'est probablement pas un problème, notamment quand il s'agit de transférer des données par courtes rafales ou d'envoyer des données périodiquement, comme des données environnementales, par exemple. « Ces chiffres sont assez impressionnants dans le domaine des communications sans fil. Une consommation d'énergie aussi faible, qui offre une telle robustesse en terme de température, le tout dans un petit système très sensible, tous ces éléments ouvrent la voie à un tas de nouvelles applications IoT », a expliqué le professeur en ingénierie électrique et informatique de l'Université de San Diego.
