Le kit pro de Silicon Labs accélère la conception de produits Amazon Sidewalk

L'Internet des objets (IoT) est pris en charge par de nombreux protocoles sans fil. En effet, une seule et même technologie ne peut pas convenir à toutes les applications. Chaque radio implique donc un compromis quant à la portée, au débit et à la consommation énergétique.

Les signaux à plus haute fréquence transportent davantage de bits de données par seconde, ce qui augmente le débit de données, mais ont plus facilement tendance à être absorbés par les objets du quotidien et sont sujets à un évanouissement plus important, ce qui compromet la portée. Par exemple, Bluetooth Low Energy (LE) fonctionne dans la bande 2,4 gigahertz (GHz) et offre un débit de données brut jusqu'à 2 mégabits par seconde (Mb/s), avec une portée d'environ 100 mètres (m) en extérieur. Comparons cela aux technologies sub-GHz qui utilisent des transmissions à bande étroite offrant une portée jusqu'à 1 kilomètre (km), mais un débit de seulement quelques centaines de kilobits par seconde (kb/s).

Même si le Wi-Fi utilise la même bande de fréquences 2,4 GHz que le Bluetooth LE (bien que le Wi-Fi fonctionne également dans la bande 5 GHz), des techniques de modulation élaborées lui permettent d'offrir un débit beaucoup plus élevé, jusqu'à plusieurs centaines de Mb/s. En ce qui concerne l'alimentation, le Bluetooth LE peut fonctionner pendant des mois grâce à de petites batteries, comme des piles boutons, tandis que le Wi-Fi nécessite généralement une alimentation secteur ou des batteries rechargeables relativement encombrantes.

Ces compromis peuvent compliquer le choix de la meilleure radio pour votre application. Et même l'option la mieux adaptée peut représenter un compromis. Mais pourquoi choisir une seule radio lorsque deux, voire trois, pourraient être plus efficaces ? Amazon Sidewalk utilise plusieurs radios pour créer un « réseau communautaire ». Le réseau connecte les dispositifs grand public à Internet de manière sécurisée et gratuitement, depuis presque n'importe où, et s'étend au-delà de la maison jusqu'au voisinage (Figure 1).

Figure 1 : Amazon Sidewalk crée un réseau communautaire gratuit de dispositifs connectés à Internet. (Source de l'image : Amazon)

Combler l'écart réseau

Amazon Sidewalk est actuellement disponible aux États-Unis. Cette technologie est conçue pour combler l'écart entre les technologies sans fil à courte portée utilisées dans la maison intelligente, comme le Bluetooth LE et le Wi-Fi, et les réseaux étendus (WAN), comme LoRaWAN et l'IoT cellulaire. Par exemple, votre animal de compagnie peut être équipé d'un traceur Bluetooth LE qui vous permet de le retrouver facilement s'il reste dans votre jardin, mais qui perd le contact si votre animal décide de passer la clôture et de s'aventurer plus loin. Avec Sidewalk, votre animal continue à être suivi dans la rue et au-delà.

Le réseau communautaire Amazon Sidewalk est toujours actif et s'appuie sur des millions de dispositifs compatibles Sidewalk déjà présents chez les particuliers et dans les bâtiments commerciaux. Parmi ces dispositifs figurent par exemple les enceintes connectées Echo et les caméras de sécurité Ring de l'entreprise. Étant donné cette infrastructure déployée à grande échelle, les besoins d'infrastructures supplémentaires pour prendre en charge les récentes technologies sont limités. D'après l'entreprise, la couverture Sidewalk s'étend déjà à plus de 90 % de la population américaine.

La technologie associe le Bluetooth LE pour la communication entre les objets à proximité et une radio sub-GHz pour la continuité de la communication sur de plus longues distances. Les dispositifs intelligents dans le voisinage, comme les produits Echo, Dot et Ring d'Amazon, agissent comme des « ponts Sidewalk » au sein du réseau. Les produits allouent une petite quantité de bande passante Internet (jusqu'à 80 kb/s maximum) au fonctionnement de la passerelle. En utilisant les ressources de la passerelle, n'importe quel produit Sidewalk peut se connecter à Amazon Web Services (AWS) dans le cloud afin de révéler des informations concernant le dispositif, comme son emplacement. D'après Amazon, le réseau Sidewalk est conçu avec plusieurs couches de confidentialité et de sécurité. De ce fait, les propriétaires de ponts Sidewalk ne reçoivent aucune information concernant les dispositifs appartenant à d'autres personnes et connectés à Sidewalk (Figure 2).

Figure 2 : Les dispositifs intelligents comme Amazon Ring agissent en tant que ponts Sidewalk. Les ponts Sidewalk allouent une petite quantité de bande passante Internet au fonctionnement de la passerelle. (Source de l'image : Amazon)

Premiers pas avec Sidewalk

Amazon Sidewalk utilise trois radios pour créer son réseau communautaire : le Bluetooth LE pour le provisionnement des dispositifs et leur connexion à d'autres dispositifs Bluetooth à proximité, la modulation par déplacement de fréquence (FSK) sub-GHz pour la connectivité jusqu'à 1,6 km, et une radio CSS (Chirp Spread Spectrum) propriétaire pour une portée encore plus étendue (plusieurs kilomètres). Les produits Sidewalk incluent typiquement une radio Bluetooth LE et une autre radio prenant en charge l'un des protocoles longue portée FSK ou CSS.

L'utilisation de trois radios peut paraître un peu contraignante si vous débutez dans le développement Sidewalk et la conception RF en général, mais il n'y a pas lieu de s'inquiéter. Il existe de bons outils de développement intégrés qui peuvent vous aider à démarrer. Par exemple, Silicon Labs propose une solution certifiée qui inclut le SDK Amazon Sidewalk, du matériel sans fil, des fonctionnalités de sécurité, ainsi que des kits et outils de développement.

Le matériel est basé sur le kit pro KG100S-PK6130A pour Amazon Sidewalk. Il est composé d'une carte principale avec débogueur SEGGER J-Link avec interface PTI (Packet Trace Interface) et port COM virtuel. Ces éléments permettent le développement d'applications et le débogage des cartes radio utilisées, mais aussi du matériel externe, grâce à une embase d'extension. Le kit inclut également une antenne 915 mégahertz (MHz).

Le kit pro peut être utilisé avec deux cartes radio plug-in : xG24-RB4187C et KG100S-RB4332A. La première carte est basée sur l'émetteur-récepteur EFR32MG24 de Silicon Labs, qui prend en charge Bluetooth 5.3 et d'autres protocoles 2,4 GHz. La deuxième carte radio utilise l'émetteur-récepteur KG100S de Quectel, qui combine une radio Bluetooth LE à un émetteur-récepteur CSS et FSK sub-1 GHz (915 MHz) longue portée. L'émetteur-récepteur KG100S inclut un microcontrôleur EFR32BG21B embarqué de Silicon Labs (Figure 3).

Figure 3 : Le kit pro, présenté ici avec une carte radio KG100S, permet de démarrer plus facilement des projets Amazon Sidewalk. (Source de l'image : Silicon Labs)

Pour se lancer dans le développement à l'aide du kit pro, il suffit tout simplement de télécharger et d'installer l'environnement de développement intégré (IDE) Simplicity Studio Version 5 de Silicon Labs, de brancher le kit pro et d'utiliser l'IDE pour télécharger le SDK Amazon Sidewalk. Vous pourrez ensuite être rapidement opérationnel grâce à des démonstrations précompilées, des notes d'application et des exemples. Simplicity Studio inclut également des outils avancés, comme le profilage énergétique. Cet outil vous aidera à optimiser le fonctionnement du microcontrôleur et à garantir une basse consommation énergétique du produit final.

Conclusion

Disponible pour le marché américain, Amazon Sidewalk est une technologie aboutie qui permet de regrouper des technologies radio complémentaires dans une solution de réseau communautaire bien pensée qui tire parti de l'infrastructure déjà en place, à savoir les dispositifs Amazon pour maison intelligente. Même si la technologie utilise plusieurs radios, la conception de produits est beaucoup plus facile grâce à des outils de développement comme le kit pro de Silicon Labs. Choisissez une carte radio, connectez le kit de développement à l'IDE de l'entreprise et téléchargez du code précompilé, et vous pourrez bénéficier d'une démo opérationnelle en quelques minutes.