Des chercheurs ont mis au point une technologie hybride qui combinerait le Wi-Fi et le protocole de réseau à longue portée (LoRa), donnant naissance à un nouveau concept sans fil à longue distance appelé WiLo. Le Wi-Fi s'étend sur une longue distance grâce à la nouvelle norme WiLo et pourrait être à la base des réseaux de capteurs agricoles et des villes intelligentes.Le Wi-Fi est une famille de protocoles de réseaux sans fil basés sur la famille de normes IEEE 802.11, qui sont couramment utilisés pour les réseaux locaux d'appareils et l'accès à l'internet, permettant à des appareils numériques proches d'échanger des données par ondes radio. Il s'agit des réseaux informatiques les plus répandus, utilisés dans le monde entier dans les réseaux domestiques et les petits bureaux pour relier les appareils et fournir un accès à l'internet avec des routeurs sans fil et des points d'accès sans fil dans les lieux publics tels que les cafés, les hôtels, les bibliothèques et les aéroports.
Les bandes radio du Wi-Fi fonctionnent de manière optimale en visibilité directe. De nombreux obstacles courants, tels que des murs, des piliers, des appareils électroménagers, etc., peuvent réduire considérablement la portée, mais cela permet également de minimiser les interférences entre les différents réseaux dans les environnements encombrés. La portée d'un point d'accès est d'environ 20 m à l'intérieur, tandis que certains points d'accès revendiquent une portée de 150 m à l'extérieur.
Des chercheurs ont mis au point une technologie hybride qui combinerait le Wi-Fi et le protocole de réseau à longue portée (LoRa), donnant naissance à un nouveau concept sans fil à longue distance appelé WiLo. L'équipe de recherche a conçu la technologie WiLo proposée pour qu'elle puisse être utilisée sur du matériel Wi-Fi et LoRa existant. Cette avancée pourrait trouver des applications dans les technologies de l'internet des objets (IoT), telles que les réseaux de capteurs à longue portée utilisés dans l'agriculture ou les villes intelligentes.
Demin Gao, professeur au College of Information Science and Technology de l'université forestière de Nanjing, en Chine, note que le Wi-Fi est aujourd'hui limité par sa portée et sa forte consommation d'énergie. En revanche, LoRa est basé sur des exigences de faible consommation d'énergie qui permettent des capacités de communication à longue portée et est souvent utilisé pour des applications IoT.
Dans WiLo, les deux protocoles de communication ont été combinés pour maximiser les avantages de chacun d'entre eux, sans qu'il soit nécessaire de recourir à des technologies supplémentaires pour faire le lien entre les deux systèmes. "Cela réduit les coûts, la complexité et les points de défaillance potentiels, ce qui rend les déploiements IoT plus efficaces et plus évolutifs", explique Demin Gao.
Les chercheurs, issus d'universités de Hong Kong, de Chine continentale, de Corée du Sud, des États-Unis et du Royaume-Uni, ainsi que des employés d'Intel en Allemagne, ont mené leurs expériences WiLo à l'aide d'un émetteur-récepteur LoRa SX1280 disponible dans le commerce et produit par Semtech. Bien que la bande de communication de 2,4 GHz du SX1280 soit partagée avec le Wi-Fi (et une multitude d'autres normes et technologies), les signaux Wi-Fi et LoRa ne sont pas compatibles.
Les chercheurs ont donc mis au point un algorithme pour manipuler la fréquence des signaux de transmission de données Wi-Fi afin de les faire correspondre aux signaux que l'appareil LoRa utilise pour communiquer avec d'autres appareils. En termes techniques, ils ont manipulé la norme de multiplexage de données du Wi-Fi (appelée OFDM) pour émuler les signaux chirp à plus longue portée utilisés dans la norme de diffusion chirp de LoRa (appelée CSS).
"Cela permet d'utiliser des appareils Wi-Fi standard pour communiquer sur de longues distances à l'aide de LoRa sans matériel supplémentaire", explique Demin Gao. L'équipe a testé sa nouvelle approche WiLo en intérieur, dans un laboratoire et un couloir, et en extérieur, sur des distances allant jusqu'à 500 mètres. Selon les chercheurs, WiLo a atteint un taux de réussite de 96 %.
Selon Demin Gao, l'un des avantages de WiLo réside dans sa capacité à fonctionner sur du matériel existant, prêt à l'emploi. Par conséquent, il ne nécessiterait pas de coûts de déploiement importants ni de complexité. En revanche, l'une des limites de WiLo est la consommation d'énergie supplémentaire nécessaire aux dispositifs Wi-Fi pour gérer simultanément la communication et l'émulation du signal - un problème que Gao et ses collègues entendent résoudre à l'avenir.
"Pour commercialiser WiLo, les prochaines étapes consisteront à optimiser le système afin d'améliorer l'efficacité énergétique, les débits de données et la résistance aux interférences", explique Demin Gao. "Cela pourrait nécessiter un développement logiciel supplémentaire et des tests dans divers environnements IoT." S'assurer que le système est conforme aux normes industrielles et intégrer des mesures de sécurité pour la communication intertechnologique sont également des étapes nécessaires, ajoute Demin Gao.
Voici la présentation de cette découverte :
Le Wi-Fi est un moyen très courant de fournir un accès sans fil à Internet, par exemple en utilisant la bande ISM (Industrial, Scientific, and Medical) de 2,4 GHz et, plus récemment, la bande de 6 GHz via le Wi-Fi 6E. Grâce à une puce récemment lancée par Semtech, la même bande de 2,4 GHz peut désormais également fonctionner en mode longue portée (LoRa), qui est largement utilisé dans les applications de l'internet des objets (IoT) en raison de sa faible consommation d'énergie et de sa large plage de couverture. Pour permettre l'échange de données entre ces technologies, des passerelles multi-radio sont nécessaires, ce qui introduit des coûts supplémentaires, des complexités et des points de défaillance potentiels.
Pour relever ce défi, nous proposons le concept de Wireless to LoRa (WiLo) afin de permettre une communication directionnelle du Wi-Fi vers LoRa. WiLo utilise la communication de la couche physique (PHY) et des puces d'entrée dédiées dans la bande des 2,4 GHz pour transmettre des informations. Pour surmonter les différences de techniques de modulation entre Wi-Fi et LoRa, WiLo s'appuie sur la communication à bande étroite, une technique qui génère des signaux à bande ultra-fine à l'aide de signaux sinusoïdaux à tonalité unique en manipulant la charge utile des appareils Wi-Fi. Ces signaux peuvent être détectés par les stations de base du réseau étendu LoRa en raison de la sensibilité élevée de leurs récepteurs pour les communications à longue distance.
Nos expériences, qui utilisent à la fois des périphériques radio logiciels universels (USRP) et des dispositifs de base, démontrent que WiLo peut réaliser des communications sans fil simultanées sur une distance de 500 m, depuis des puces Wi-Fi commerciales jusqu'à un réseau LoRaWAN, avec un taux de réception de trames de plus de 96 %. Ces résultats montrent l'efficacité de WiLo pour permettre une communication sans fil fiable et efficace sur de longues distances, ce qui le rend particulièrement pertinent pour des applications telles que les systèmes de surveillance à distance, les réseaux de capteurs et les villes intelligentes.
Source : "WiLo: Long-Range Cross-Technology Communication from Wi-Fi to LoRa"
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