Mioty

• La recherche sur la division des transmissions de données sans fil en plusieurs télégrammes courts a commencé en 2009 à l'Institut Fraunhofer pour les circuits intégrés (Fraunhofer IIS), dans le but d'augmenter la robustesse des réseaux à faible consommation.
• Fraunhofer IIS a déposé un brevet allemand en 2013 et par la suite un brevet américain en 2014 pour des méthodes basées sur cette recherche^[4],[5].
• La marque MIOTY a été enregistrée par Fraunhofer IIS en 2015. En 2024, la mioty Alliance a enregistré mioty (stylisé, avec une marque verbale et figurative de polygone)^[6].
• En juin 2018, l'ETSI a publié la première spécification complète du protocole TS-UNB sous le nom de TS 103 357, formalisant la technologie sous-jacente à mioty^[7].
• En novembre 2019, la mioty Alliance e.V. a été formée par des membres fondateurs incluant Fraunhofer IIS, Texas Instruments, Diehl Metering, Diehl Connectivity Solutions, ifm, Ragsol, Stackforce et WIKA. L'Alliance a été lancée publiquement en février 2020 à Embedded World à Nuremberg, dans le but de promouvoir un écosystème ouvert et interopérable pour mioty dans les applications IoT. À la mi-2022, elle comptait 10 membres à part entière et 25 membres associés^[8],[9].
• En juin 2024, l'ETSI a publié TS 103 357-2, une révision majeure de la norme TS-UNB qui affine davantage le protocole Low Throughput Network (LTN) utilisé par mioty^[10],[11].

• Longue portée : La portée de fonctionnement de la technologie LPWAN varie de quelques kilomètres en zones urbaines à plus de 10 km en milieu rural. Elle peut également permettre une communication de données efficace dans des emplacements intérieurs et souterrains auparavant non réalisables^[12],[13].
• Faible consommation : Optimisés pour la consommation d'énergie, les émetteurs-récepteurs LPWAN peuvent fonctionner sur de petites piles peu coûteuses pendant jusqu'à 20 ans.
• Fractionnement de télégrammes : (ou TSMA, accès multiple par fractionnement de télégrammes) Divise les paquets de données en transit en petits sous-paquets au niveau du capteur. Les petits paquets sont ensuite transmis sur des fréquences et des temps variables^[14],[15].
• Plus d'un million de paquets par jour^[13].
• Dessert des clients en mouvement. Il peut servir des données provenant de clients se déplaçant jusqu'à 120 km/h^[16].

mioty implémente une couche physique ultra-bande étroite (UNB) combinée à une technique d'accès multiple par fractionnement de télégrammes (Telegram Splitting, également appelée TS-UNB) qui distribue chaque message sur de nombreux sous-paquets courts transmis sur des porteuses étroites de 2 kHz sur différents créneaux temps-fréquence^[17]. L'approche de fractionnement de télégrammes (également appelée Telegram Splitting Multiple Access, TSMA) divise une charge utile MAC (télégramme) en plusieurs sous-paquets qui sont codés par canal, entrelacés et transmis avec de courtes durées d'émission (≈15 ms par rafale) et des intervalles entre les rafales. Cette diversité temps-fréquence réduit la probabilité qu'un interféreur corrompe tous les sous-paquets et permet à la passerelle de reconstruire des messages même lorsqu'une fraction substantielle de sous-paquets est perdue ; la spécification note que la correction d'erreur directe (FEC) peut tolérer environ 50 % de perte de sous-paquets dans les configurations typiques^[18].

mioty est spécifié pour fonctionner dans des bandes sub-GHz sans licence dans le monde entier (exemples : 868 MHz en Europe, 915–920 MHz / 916 MHz dans certaines parties de l'Amérique du Nord). La couche PHY utilise des canaux très étroits de 2 kHz et des schémas explicites de saut temps-fréquence définis par les profils TS-UNB dans l'ETSI TS 103 357 et sa révision ultérieure TS 103 357-2^[19],[20].

En plus des spécifications ETSI, les allocations de fréquences régionales exactes, les plans de canaux et les contraintes réglementaires pour les déploiements mioty sont définis dans le document Profils radio régionaux mioty, qui est maintenu et régulièrement mis à jour par le Comité technique de la mioty Alliance^[21]. Ces profils garantissent la conformité aux réglementations spectrales régionales et spécifient les paramètres opérationnels pour chaque pays ou domaine réglementaire.

Pour la région européenne, mioty fonctionne généralement sous les limitations de cycle d'utilisation de 1 % définies par l'ETSI EN 300 220, en utilisant des canaux TS-UNB à bande étroite combinés à des schémas de saut temps-fréquence pour maximiser la fiabilité dans ces contraintes. En revanche, pour les États-Unis, mioty utilise le profil US0W, qui fonctionne sous les règles de saut de fréquence FCC Partie 15. Ce mode permet une messagerie montante continue tout en respectant les exigences de temps de présence de la FCC, permettant un débit et une densité de messages significativement plus élevés que les bandes restreintes par cycle d'utilisation^[21].

Les éléments clés de conception PHY incluent le blanchiment de données, le codage de canal convolutif (FEC), l'entrelacement, l'insertion de pilotes et un schéma de modulation optimisé pour de courtes rafales cohérentes ; les formats de trame et de sous-paquets et les schémas temps-fréquence pour les trames principales et d'extension sont décrits dans la spécification de la couche physique mioty et les documents ETSI TS-UNB^[22].

Comparée à d'autres approches PHY LPWAN (par exemple le chirp étalement du spectre de LoRaWAN ou les schémas à bande étroite typiques utilisés pour les liaisons montantes NB-IoT), mioty met l'accent sur les rafales courtes distribuées et la diversité temps-fréquence plutôt que sur les transmissions longues à paquet unique ou l'étalement d'un paquet sur un long chirp. Ce compromis produit une robustesse améliorée aux interféreurs à bande étroite et intermittents, une capacité globale plus élevée dans les déploiements denses et une tolérance de mobilité améliorée dans de nombreux scénarios^[22].

Les conséquences pratiques documentées dans la littérature technique incluent une faible énergie par message (les exemples dans la spécification montrent des chiffres en µAh par message sous des hypothèses typiques et des durées de vie de batterie projetées sur plusieurs années pour de faibles taux de rapport), une longue portée (plusieurs kilomètres en milieu urbain et jusqu'à ≤15 km en terrain plat dans des conditions favorables), et un support pour les nœuds terminaux mobiles à des vitesses véhiculaires lorsqu'ils sont traités par un récepteur de station de base suffisamment capable^[23].

Les documents MAC mioty et des couches supérieures définissent comment les données d'application sont mappées sur la couche PHY de fractionnement de télégrammes, comment l'adressage et la sécurité sont gérés, et comment l'accès au média, les accusés de réception et les retransmissions sont coordonnés. La spécification MAC prend en charge une topologie en étoile dans laquelle les dispositifs terminaux transmettent des télégrammes en liaison montante de manière asynchrone ; les liaisons descendantes sont livrées uniquement en réponse aux transmissions en liaison montante et sont planifiées par la station de base et le(s) centre(s) de service pour respecter les limites de cycle d'utilisation réglementaires et les contraintes de capacité du réseau^[24].

Les principales fonctionnalités MAC/LLC documentées dans la spécification incluent :

• Adressage et authentification : les dispositifs sont identifiés par des identifiants EUI-64 persistants ; le MAC contient des indices d'adresse compacts et des balises d'authentification afin que les stations de base puissent résoudre les ID de dispositif et vérifier l'intégrité des messages lors de réceptions partielles^[25].
• Sécurité réseau et applicative : la pile définit le chiffrement au niveau réseau (clés de session, primitives basées sur AES-128) et prend en charge le chiffrement de bout en bout au niveau applicatif, avec une gestion des clés effectuée via le centre de service réseau^[26].
• Accusés de réception et retransmissions : le MAC prend en charge les stratégies d'accusé de réception et la gestion des retransmissions qui tirent parti de la FEC et de la diversité des sous-paquets de la couche PHY ; parce que la couche PHY peut reconstruire des messages à partir de réceptions partielles, le MAC peut éviter des retransmissions inutiles dans de nombreux cas de collision ou d'interférence^[27].
• Timing et conformité au cycle d'utilisation : les transmissions en liaison montante sont asynchrones mais le centre de service et la station de base coordonnent les liaisons descendantes et les budgets de cycle d'utilisation pour se conformer aux réglementations régionales ; le MAC suit les horodatages et attribue des fenêtres de liaison descendante environ quelques secondes après une réception en liaison montante pour assurer une livraison correcte et une conformité réglementaire^[28].
• Contrôle de liaison logique (LLC) : une couche LLC séparée gère l'attachement/détachement, la gestion par liaison radio et les interactions du centre de service pour l'approvisionnement des dispositifs et la déduplication des messages reçus par plusieurs stations de base^[29].
• Comportement comparatif par rapport aux autres MAC LPWAN : contrairement à certains protocoles LPWAN dont la couche MAC fournit un débit de données adaptatif ou une coordination de canal étroite (par exemple certaines fonctionnalités de serveur réseau LoRaWAN), de nombreuses propriétés de capacité et de fiabilité de mioty proviennent de la couche PHY de fractionnement de télégrammes (diversité temps-fréquence et FEC forte) plutôt que d'un arbitrage de canal lourd au niveau MAC. Cette conception favorise l'accès concurrent massif et la résilience aux interférences dans les déploiements de capteurs denses^[20].
• Performance, capacité et mobilité : la documentation mioty donne des exemples numériques de performance (par exemple, capacités de passerelle unique telles que ≈3 500 000 messages/jour dans 200 kHz de spectre sous des hypothèses déclarées, durées de vie de batterie projetées sur plusieurs années pour de faibles intervalles de rapport, et support de mobilité jusqu'à des vitesses véhiculaires lorsque le récepteur de station de base implémente un traitement avancé). Ces chiffres sont présentés comme des exemples dans les documents techniques Fraunhofer/mioty et les profils ETSI TS-UNB et dépendent de la taille du message, des limites de cycle d'utilisation et des réglementations régionales^[22].
• Normes et écosystème : le protocole TS-UNB et le concept de fractionnement de télégrammes sont formalisés dans l'ETSI TS 103 357 (version initiale) et la mise à jour TS 103 357-2 ; la mioty Alliance (Fraunhofer IIS parmi ses créateurs) publie les documents techniques publics qui décrivent les couches PHY, MAC et supérieures et agit comme un forum industriel pour promouvoir l'interopérabilité et l'adoption de l'écosystème^{[30],[20],[31]}.

mioty est conçu pour des déploiements IoT à grande échelle et résistants aux interférences où d'autres technologies LPWAN peuvent atteindre des limitations telles que la congestion du spectre, des taux de collision élevés ou une capacité réduite dans des environnements urbains et industriels denses^[32].

Sa robustesse, son évolutivité et sa tolérance aux interférences la rendent appropriée pour une large gamme de tâches de surveillance et d'automatisation.

Les domaines d'application typiques incluent :

• Surveillance critique pour la sécurité, telle que la protection des travailleurs isolés, les systèmes d'alerte d'urgence ou les environnements industriels souterrains, où une livraison robuste en liaison montante est requise même dans des conditions radio difficiles^[33].

• Comptage des services publics, y compris les compteurs d'eau, de gaz et de chaleur, ainsi que les compteurs en réseau de ville intelligente. De nombreux déploiements utilisent mioty en raison de sa couverture longue portée et de ses faibles besoins en énergie^[34],[35].

• Surveillance industrielle, telle que la détection de vibrations, la surveillance de puissance et l'automatisation d'usine dans des environnements RF difficiles^[36].
• Intégration avec les normes de comptage, particulièrement par l'inclusion de la couche PHY mioty dans la spécification OMS 5 LPWAN via le "Mode de fractionnement OMS", permettant des solutions de comptage intelligent interopérables^[37].
• Systèmes de communication industrielle, soutenus par des accords de collaboration avec des consortiums d'automatisation tels que la Communauté IO-Link, permettant l'utilisation de mioty comme couche de transport sans fil dans les systèmes Industrie 4.0^[38].
• Suivi et positionnement d'actifs dans de grandes zones industrielles, ports ou aéroports. mioty peut prendre en charge des méthodes de positionnement hybrides, combinant le GNSS avec des métriques de liaison basées sur TSMA, qui fournissent des informations de télémétrie supplémentaires à partir du processus de fractionnement de télégrammes^[39],[40].
• Infrastructure de ville intelligente et bâtiment intelligent, y compris la surveillance environnementale, la détection de fuites, la protection incendie et la détection de qualité de l'air^[41],[42].
• Déploiements LPWAN hybrides, où les villes ou services publics combinent mioty avec LoRaWAN pour tirer parti des deux écosystèmes. Des passerelles hybrides et des produits LPWAN à double technologie sont disponibles commercialement pour prendre en charge ces déploiements^{[43],[44],[45]}.

• Internet des objets
• Institut européen des normes de télécommunications
• Réseau étendu à faible consommation