ARM ou x86 ? Pas de limites avec Qseven! - Case Study Modules congatec Qseven : pour des passerelles LPWAN fortement modulaires
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Case Study ARM ou x86 ? Pas de limites avec Qseven! Modules congatec Qseven : pour des passerelles LPWAN fortement modulaires
1 MODULES CONGATEC QSEVEN : POUR DES PASSERELLES LPWAN FORTEMENT MODULAIRES
ARM ou x86 ? Pas de limites avec Qseven!
La passerelle LPWAN (Low-Power Wide-Area Network) FlexGate du Français EXPEMB,
spécialiste du développement de systèmes IoT et embarqués, est basée sur les
Computer-on-Modules Qseven de congatec. Le fournisseur a maintenant la liberté de
choisir n’importe quel processeur basse consommation ARM ou x86 selon le besoin du
client.
Les réseaux de contrôleurs et de capteurs partagés et connectés pour surveiller, administrer
et assurer la maintenance sont au cœur de l’IoT. L’un des principaux défis est de fournir une
connectivité et un échange de données fiables avec des capteurs et des contrôleurs déployés
sur de longues distances allant de quelques centaines de mètres à plusieurs kilomètres. Ce
défi est double : il doit répondre aux besoins d’ultra basse consommation des capteurs tout en
permettant un échange de données fiable et économique. Les réseaux locaux sans fil n’offrent
pas la couverture nécessaire. Les technologies cellulaires sont trop onéreuses et consomment
trop d’énergie. Donc, de nouvelles technologies sont nécessaires pour ces connexions LPWA
(Low-Power Wide-Area) dans les zones rurales ainsi que dans les zones urbaines qui sont les
principales zones d’expansion avec des taux de croissance élevées et progressifs pour les
applications IoT.
Tandis que le nombre total de connexions M2M ne passera que de 5 milliards en 2014 à 27
milliards en 2024 à un taux de croissance annuel de 18% , le LPWA est un marché qui devrait
croître de 93% (taux de croissance annuels) entre 2016 et 2022 pour atteindre 14% de toutes
les connexions M2M en 2024. Aujourd’hui, l’Europe de l’Ouest dispose de la plus grande part
du marché LPWA car les pays de cette géographie ont été les premiers à adopter ces systèmes
d’information. Mais de grands projets de villes intelligentes en Chine, à Singapour et en Inde
contribuent également à cette croissance.
Connexion directe sécurisée
Les connexions LPWA sont possibles via différentes technologies. Une voie s’appuie sur une
infrastructure de type cellulaire avec des stations de base de type télécom. Exemple : Sigfox
ou Huawei (Cellular IoT) sont déployés en tant que réseaux ouverts pour un usage universel.
Mais la plupart des professionnels préfèrent
utiliser des réseaux privés pour des raisons de
sécurité. Une des technologies pour ce marché
est LoRa. Elle utilise une topologie en étoile
pour une connexion bidirectionnelle entre les
appareils comme les capteurs ou les actionneurs
et une ou plusieurs passerelles qui peuvent
transmettre immédiatement toutes les données
via la technologie IP standard vers un serveur
central cloud. Le taux de transfert entre les
appareils et les passerelles va de 0,3 kbps à 50
kbps. LoRa crypte aussi toutes les données via la
technologie de cryptage AES en utilisant une clé
réseau unique de 64 bits, une clé d’application
Passer à l’AI est une tâche simple quand on utilise les COM Express Computer-on-
unique 64 bits et une clé spécifique de 128 bits Modules tournant sur AMD, puisque les designs COM Express existants basés sur
propre à l’équipement. La connexion sans fil d’autres technologies de processeurs peuvent être facilement modifiés.
2 MODULES CONGATEC QSEVEN : POUR DES PASSERELLES LPWAN FORTEMENT MODULAIRES utilise la fréquence 868 MHz non licenciée en Europe et 915 MHz en Amérique du Nord. Ainsi, les opérateurs n’ont pas à payer pour les infrastructures et licences extérieures, ce qui réduit fortement les coûts. 62 500 nœuds et une durée de vie des batteries de dix ans La capacité maximale d’appareils ou nœuds accessibles pour une passerelle LoRa dépend du nombre de paquets que la passerelle doit administrer dans un délai donné. Une brique de base LoRa pour une passerelle avec 8 canaux peut traiter jusqu’à 62 500 paquets par heure. Cela équivaut au nombre maximum d’appareils qu’une passerelle peut gérer si elle est configurée pour envoyer un seul paquet par heure. La portée maximale dans les environnements urbains sans ligne de mire directe et une couverture intérieure importante s’étend de 2 à 10 km. Dans les zones suburbaines, on atteint 15 km et 40 km dans des zones avec une ligne de mire directe et peu d’interférences. Pour assurer à la fois la durée de vie des batteries et la force du signal, le serveur réseau LoRa utilise un algorithme ADR (Adaptive Data Rate) pour définir automatiquement les performances sous les conditions environnementales locales. Cet algorithme exploite au mieux le SNR (rapport bruit – signal), le RSSI (Received Signal Strength Indiction) et plusieurs canaux pour optimiser la force du signal et la consommation d’énergie pour chaque appareil. De cette façon, les appareils peuvent atteindre une longévité sur batterie atteignant 105 mois avec une batterie 2000 mAh, soit 10 fois plus que ce que proposent les protocoles cellulaires actuels. Outre les aspects technologiques, LoRa reçoit aussi un large soutien de l’industrie, ce qui aide à accélérer son déploiement dans le monde entier. En juillet 2016, par exemple, KPN a construit son réseau LoRa à travers les Pays-Bas pour des applications IoT. Actility, le spécialiste LPWAN prend également en charge LoRa. Large gamme d’applications Cela fait de LoRa l’un des réseaux LPWA les plus intéressants pour de nombreuses applications. Les types d’applications sont les installations IoT et M2M dans les villes intelligentes et les applications industrielles comme l’agriculture, l’infrastructure, les services et la logistique. Marché Exemple d’application Villes intelligentes Éclairage intelligent des rues, surveillance des poubelles Installations et maisons intelligentes Répartiteurs de frais de chauffage, alarmes incendie, alarmes anti-intrusion Services Compteurs intelligents pour l’électricité, le gaz et l’eau Logistique Suivi et repérage de véhicules et de ressources Sécurité et sûreté Plusieurs scénarios d’alarmes dont alarmes incendie et anti-intrusion Agriculture intelligente Suivi des données sur le climat, la qualité du sol, etc. Elevage et zootechnique Suivi des animaux Industrie Surveillance des diverses données machine Distributeurs automatiques Surveillance des données température, vitesses du ventilateur, etc. Personnel/Médical Collecte de données à partir d’appareils de mesure de santé Légende : le protocole LoRa pour les réseaux LPWA peut être déployé dans de nombreux marchés
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EXPEMB a développé une passerelle multiservice modulaire et évolutive
pour ce genre de réseaux LoRa. Elle est conçue pour des environnements
commerciaux et industriels hostiles et peut être déployée dans de
nombreuses applications, depuis les armoires de contrôle dans les
installations aux sous-stations dans les réseaux électriques, jusqu’aux
stations de base cellulaires comme les infrastructures pour les projets
de villes et d’agriculture intelligentes. La passerelle FlexGate comprend
un concentrateur LoRa structuré autour du composant dédiée Semtech
SX1301. Elle est capable d’écouter simultanément 8 canaux LoRa de
façon à communiquer avec plusieurs milliers de nœuds connectés. Les
passerelles FlexGate offrent aussi des connexions riches vers le cloud
central avec 1 lien Gbit Ethernet, Wi-Fi, 3G/4G et Bluetooth. Tous les Versions Indoor et Outdoor des passerelles
liens sont disponibles simultanément sur la passerelle et on peut faire un FlexGate
repli selon différents scripts. Cette approche assure des communications
fiables quelle que soit la topologie locale. Un large choix d’E/S de terrain comme 2 ports
USB, 1 port série et des GPIO rendent possible l’interfaçage avec d’autres appareils locaux
avec une communication filaire sous différentes variétés comme le support de bus de terrain
Modbus. Intégrant seulement des composants industriels sans aucun élément mobile comme un
ventilateur ou un disque dur, la passerelle FlexGate est une plate-forme hautement fiable conçue
pour fonctionner 24/7. Elle est alimentée par DC ou PoE+, où ce dernier réduit le nombre de
câbles. Les configurations extérieures prennent en charge une large gamme de températures et
la protection IP67 associées à des connecteurs étanches.
Les passerelles FlexGate sont des plates-formes conçues pour permettre de facilement intégrer
de nouveaux services et mettre en place des solutions de Edge Computing adaptées aux cas
d’usage du client. Il est ainsi possible de rapidement déployer des architectures Node to Cloud
sous le contrôle du client qui maitrise ainsi l’ensemble de la chaine de données.
Comme la gamme de produits a été conçue pour répondre aux
nombreux besoins de déploiement de passerelles LoRa, la famille
FlexGate peut intégrer toutes les technologies processeurs courantes
x86 et ARM. EXPEMB peut proposer sa technologie de passerelle
pour tous les projets possibles de ses clients. “Nous n’avons pas
voulu limiter notre principale compétence LoRa à une technologie
processeur spécifique car notre potentiel commercial aurait été trop
limité. Au contraire, nous avons conçu une plate-forme d’architecture
universelle capable d’héberger à la fois les technologies ARM et
x86, ce qui nous permet de répondre à l’ensemble des besoins du
la passerelle LoRa est un système ARM ou x86 marché”, a expliqué Jean-Christian Rerat, CEO d’EXPEMB.
équipé de modules Qseven de congatec (sous le
radiateur) Les passerelles FlexGate actuelles sont équipées d’une puissance
processeur modulaire basée sur deux principales familles de
processeurs : la nouvelle génération de cœurs multi-CPU basse consommation Freescale i.MX6
et la gamme de produits Intel® Atom™ E3800 de 1 à 4 cœurs (nom de code Bay Trail). Ces deux
architectures modulaires de la gamme FlexGate disposent d’une puissance de traitement qui
peut facilement s’adapter à différents cas d’usage grâce à la modularité de ses performances
permettant la mise en place de passerelles Edge. La plate-forme matérielle mise en œuvre ainsi
offre une grande modularité des performances grâce à l’intégration de Computer-on-Modules
Qseven qui prennent en charge ces deux architectures, ARM et x86. L’utilisation de ces
modules permet également à EXPEMB de passer à l’une de ces gammes de processeurs à la
4 MODULES CONGATEC QSEVEN : POUR DES PASSERELLES LPWAN FORTEMENT MODULAIRES
dernière technologie sans faire un seul changement au niveau
conception. Les passerelles FlexGate forment une plate-forme
qui peut être déployée plus longtemps que le cycle de vie des
processeurs, 15 ans pour Freescale et plus de 7 ans pour Intel.
De plus, les futurs processeurs comme la nouvelle génération
Intel Atom au nom de code Apollo Lake peuvent aussi être mis
en œuvre. actuellement, la passerelle LoRa peut être équipée du
conga-QSX6 ARM (à gauche) ou du conga-QA3 x86 avec un
EXPEMB a choisi de travailler avec congatec qui, en tant que processeur Intel Atom.
leader dans le domaine des Computer-on-Modules en Europe,
propose une ligne de produit Qseven parmi les plus complètes associée à un service et un
support technique de haut niveau. Et même si congatec a la plus grande part de marché – ce qui
pourrait impliquer des processus complexes pour bénéficier du meilleur support du fait d’une
structure importante – le support personnel à l’intégration proposé par congatec a été un facteur
différenciant du choix de congatec par EXPEMB.
“Nous nous sentons aussi bien servis que si nous parlions aux responsables d’une petite société
de développement. Ils s’impliquent fortement ; ils connaissent leurs produits et apportent
des réponses qui résolvent les problèmes”, se félicite JC Rerat parlant de l’équipe du support
d’intégration de congatec. “Le défi était d’obtenir une installation fonctionnelle unique pour les
différentes architectures afin de n’avoir qu’une seule plateforme à développer et maintenir. A cet
effet, congatec fournit un support de haut niveau qui nous a permis de rapidement développer
notre plateforme. La plupart des fournisseurs de Computer-on-Module ont des experts dédiés
pour chaque architecture. Chez congatec, nous avons eu le même expert pour les deux
architectures. Cela rend la communication très efficace”, conclut JC Rerat.
About Tokhatec / Expemb
Tokhatec is a specialist of the french embedded market. Tokhatec is able to supply modules and carrier systems, but
also the associated support. Tokhatec supports its customers with a range of products and services fully adapted to
technical and economic constraints of embedded markets, its unique focus area.
The Expemb Group is based on Tokhatec and develops IoT focused solutions.
Auteurs:
Luc Beugin
Sales Manager France chez congatec
i
https://machinaresearch.com/news/global-m2m-market-to-grow-to-27-billion-devices-generating-usd16-trillion-revenue-in-2024/
ii
http://www.indiainfoline.com/article/news-top-story/lpwan-market-to-grow-at-93-cagr-during-2016-2022-infoholic-research-116020800295_1.
html
iii
https://corporate.kpn.com/press/press-releases/the-netherlands-has-first-nationwide-lora-network-for-internet-of-things-.htm
About congatec
congatec is a rapidly growing technology company focusing on embedded computing products. The high-performance
computer modules are used in a wide range of applications and devices in industrial automation, medical technology,
transportation, telecommunications and many other verticals. Backed by controlling shareholder DBAG Fund
VIII, a German midmarket fund focusing on growing industrial businesses, congatec has the financing and M&A
experience to take advantage of these expanding market opportunities. congatec is the global market leader in the
computer-on-modules segment with an excellent customer base from start-ups to international blue chip companies.
Headquartered in Deggendorf, Germany, congatec currently has entities in USA, Taiwan, China, Japan and Australia
as well as United Kingdom, France, and the Czech Republic. More information is available on our website at
www.congatec.com or via LinkedIn, Twitter and YouTube.
Headquarters
congatec GmbH
Auwiesenstraße 5
94469 Deggendorf
Germany
Phone +49 (991) 2700-0
info@congatec.com
www.congatec.com
Subsidiaries
congatec Asia Ltd. congatec, Inc. congatec Japan K.K. congatec China Technology Ltd.
2F., No.186, Sec. 3, 6262 Ferris Square Ingresso Shiodome building 301, Sunyoung Center, 901 Building B,
Chengde Rd. San Diego Minato-ku Hamamatsucho 1-2-7, No. 28 Xuanhua Road, Changning District,
10366 Taipei, Taiwan CA 92121 USA 105-0013 Tokyo-to, Japan Shanghai 200050, China
Phone +886 (2) 2597-8577 Phone +1 (858) 457-2600 Phone +81 (3) 6435-9250 Phone +86 (21) 6025-5862
sales-asia@congatec.com sales-us@congatec.com sales-jp@congatec.com sales-asia@congatec.com
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Unit 2, 62 Township Drive Mr. Yoonsun Kim Gartenstrasse 33
West Burleigh (Yatap-Dong), #707, 88212 Ravensburg
Queensland 4219, Australia 42, Jangmi-ro, Bundang-gu, Germany
Phone +61 (7) 5520-0841 Seongnam-si, Gyeonggi-do, Phone +49 (751) 359558-0
sales-au@congatec.com South Korea info@real-time-systems.com
www.congatec.com Phone: +82 (10) 2715-6418 www.real-time-systems.com
yoonsun.kim@congatec.com
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France United Kingdom / Ireland Nordics & Baltics
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