Un IoT plus intelligent commence par l'adoption du Wi-Fi 6 double bande

Auteurs : Rossella Guiot, responsable marketing central ; Ture Nielsen, responsable marketing produit ; Lior Weiss, directeur principal de la connectivité Wi-Fi

Dans le monde en constante évolution de l'Internet des objets (IoT), le choix de la bande de fréquence Wi-Fi est bien plus qu'un simple détail technique : c'est une décision stratégique qui influe directement sur les performances, la fiabilité, la latence, la portée et la consommation d'énergie du réseau. Le Wi-Fi fonctionnant désormais sur les bandes 2,4 GHz, 5 GHz et la nouvelle bande 6 GHz (via Wi-Fi 6E), il est essentiel de comprendre les avantages et les inconvénients de chacune pour concevoir des systèmes IoT robustes.

Le passage d'une connectivité mono-bande à une connectivité bi-bande

De nombreux objets connectés de première génération utilisaient le Wi-Fi 4, qui reposait exclusivement sur la bande 2,4 GHz. Si cette bande offre une large couverture et une meilleure pénétration des murs, elle souffre de congestion et d'interférences en raison du nombre limité de canaux disponibles. Aujourd'hui, la compatibilité bi-bande, permettant un fonctionnement simultané sur les bandes 2,4 GHz et 5 GHz, est un principe de conception fondamental pour les écosystèmes IoT modernes.

La connectivité bi-bande permet aux appareils de sélectionner intelligemment la bande optimale en fonction de la portée, de la bande passante et des contraintes de puissance, garantissant ainsi une couverture robuste, une utilisation efficace du spectre et la coexistence dans divers scénarios de déploiement. En tirant parti des avantages complémentaires des deux bandes de fréquences, les réseaux IoT peuvent atteindre l'équilibre entre portée, fiabilité et réactivité nécessaire au maintien d'une connectivité à grande échelle et critique dans un environnement numérique en constante évolution.

Avantages concrets du fonctionnement en 5 GHz

Pour démontrer les avantages pratiques de la bande 5 GHz, un environnement Wi-Fi a été simulé dans un bâtiment intelligent. Plusieurs réseaux fonctionnaient simultanément, révélant des différences marquées entre les deux bandes :

• Bande 2,4 GHz : limitée à trois canaux principaux, ce qui entraîne congestion et interférences.
• Bande 5 GHz : Offre onze canaux ou plus, ce qui réduit considérablement les interférences et permet des débits de données plus élevés.

Ce spectre plus propre se traduit par des avantages concrets pour l'utilisateur : une vitesse de transmission plus élevée, une latence plus faible, une consommation d'énergie réduite et une connexion plus fiable, notamment dans les environnements comportant de nombreux appareils connectés.

Tests de performance : vitesse de transmission, latence et consommation d’énergie

Une série de tests a été réalisée dans un environnement encombré typique, à l'aide d'un point d'accès connecté au dispositif testé (DUT) situé à une distance fixe. Les mesures ont été effectuées pour les bandes de fréquences 2,4 GHz et 5 GHz.

Paramètres de mesure

Le kit d'évaluation EK-RA6W1 (DUT) a été connecté via Wi-Fi à un téléphone Android configuré comme point d'accès virtuel (Soft AP), permettant l'échange de données sans fil entre les deux appareils.

Figure 1. Configuration du test Wi-Fi.

Les tests ont été réalisés dans un bureau en espace ouvert comportant plusieurs réseaux Wi-Fi actifs et des appareils électroniques fonctionnant sur les mêmes bandes de fréquences. L'objectif était d'analyser les performances de l'appareil en conditions réelles d'utilisation.

Figure 2. Kit d'évaluation Wi-Fi (DUT) EK-RA6W1

Spectre de l'environnement mesuré

Une application d'analyse Wi-Fi a été utilisée pour examiner le spectre de fréquences présent dans l'environnement décrit.

Comme le montre la figure 3, le spectre 2,4 GHz était fortement encombré en raison du chevauchement des réseaux, ce qui peut entraîner une latence plus élevée et de mauvaises performances.

Figure 3. Spectre Wi-Fi 2,4 GHz

En revanche, la figure 4 montre que le spectre de 5 GHz était réparti plus uniformément entre les canaux, réduisant les interférences et améliorant la connectivité.

Figure 4. Spectre Wi-Fi 5 GHz

Performance

Bien que les bandes 2,4 GHz et 5 GHz aient été testées avec la même largeur de bande de 20 MHz, la bande 5 GHz a offert des performances nettement supérieures. Cette amélioration est principalement due au spectre plus propre et moins encombré de la bande 5 GHz.

• Moins de retransmissions : Dans la bande 2,4 GHz, la disponibilité limitée des canaux et la forte densité des appareils entraînent souvent des interférences et des collisions de paquets.
• Plus de canaux disponibles : la bande 5 GHz offre un plus grand choix de canaux non chevauchants.
• Moins d'interférences : Grâce à un moindre chevauchement avec d'autres technologies telles que le Bluetooth, le Zigbee et les fours à micro-ondes, la bande 5 GHz subit moins de bruit ambiant.
• Utilisation efficace du spectre : les appareils fonctionnant dans la bande 5 GHz peuvent tirer parti des fonctionnalités avancées du Wi-Fi 6 telles que MU-MIMO (Multi-User Multiple Input Multiple Output) et OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access).

Figure 5. Débit de données Wi-Fi – Réception UDP

Figure 6. Débit de données Wi-Fi – Transmission UDP

En pratique, cela se traduit par des téléchargements plus rapides, une transmission de données plus fluide et des applications IoT plus réactives, notamment dans les environnements comportant de nombreux appareils connectés. Les mesures UDP présentées dans les figures 5 et 6 le démontrent clairement.

Latence

Lors des tests de performance, la bande 5 GHz a démontré une réduction de 2,5 fois du temps d'aller-retour (ping) par rapport à la bande 2,4 GHz. Cette amélioration significative de la latence est due à plusieurs facteurs clés : une transmission plus rapide des trames de gestion, réduisant ainsi la consommation de bande passante ; une diminution des interférences, entraînant moins de retransmissions et une communication plus fluide ; des cellules de couverture plus petites, réduisant la contention entre clients ; et des fonctionnalités MAC/PHY avancées, telles que l'OFDMA et le MU-MIMO, permettant à plusieurs appareils de transmettre simultanément et plus efficacement.

Figure 7. Latence de ping Wi-Fi aller-retour

Consommation d'énergie

Les objets connectés sont conçus pour économiser l'énergie tout en maintenant leur connectivité au cloud. Pour ce faire, ils surveillent en permanence les balises réseau et envoient des signaux de maintenance de connexion périodiques confirmant leur présence et leur disponibilité à communiquer. La bande 5 GHz offre un avantage certain à cet égard, grâce à des vitesses de transmission plus rapides pour les balises et autres paquets de gestion. La réduction des interférences permet aux objets de terminer leurs sessions actives plus rapidement et de bénéficier de périodes prolongées de faible consommation d'énergie. Cela se traduit par une consommation d'énergie inférieure d'environ 20 %, comme illustré sur la figure 6 : la consommation de courant pour la bande 2,4 GHz est en moyenne de 40 mA, contre 34 mA en moyenne pour la bande 5 GHz.

Figure 8. Mesure de la consommation de courant en Wi-Fi 2,4 GHz et 5 GHz

Compatibilité double bande : un équilibre entre performance et couverture

La bande 5 GHz se distingue par ses excellentes performances de transmission de données, l'intégrité de son signal et sa faible consommation d'énergie, mais sa longueur d'onde plus courte limite sa portée et sa capacité à traverser les murs. À l'inverse, la bande 2,4 GHz, grâce à ses caractéristiques de propagation supérieures, est idéale pour les applications longue portée telles que les compteurs intelligents et les capteurs environnementaux, malgré ses limitations en termes de performances de transmission de données et sa consommation d'énergie élevée.

La compatibilité avec les deux bandes offre la flexibilité nécessaire pour répondre aux diverses exigences des déploiements IoT modernes, en équilibrant la transmission des données, la couverture et l'efficacité énergétique.

Renesas RA6W1 : Une solution bi-bande pour l’IoT moderne

Renesas a élargi sa gamme de microcontrôleurs pour architectures IoT avancées avec le RA6W1, un microcontrôleur Wi-Fi 6 double bande à très faible consommation conçu pour une connectivité continue.

Le RA6W1 intègre les fonctionnalités Wi-Fi 6, offrant :

• Bande 2,4 GHz pour une couverture étendue et une connectivité robuste dans des environnements à fortes interférences.
• Bande 5 GHz pour un débit de données élevé, une latence réduite et une efficacité énergétique optimisée.

Ce microcontrôleur tire parti des améliorations du Wi-Fi 6, telles que l'OFDMA pour une utilisation efficace des canaux et le Target Wake Time (TWT) pour économiser l'énergie des appareils alimentés par batterie. Grâce à ses performances radiofréquences avancées et à sa flexibilité bi-bande, le RA6W1 garantit une communication déterministe à faible latence pour une large gamme d'applications IoT, des écosystèmes domotiques à l'automatisation industrielle et aux systèmes critiques.

Pour obtenir des spécifications détaillées et des ressources de conception, consultez la page produit RA6W1 et explorez le portefeuille complet de solutions Wi-Fi 6 double bande de Renesas, conçues pour des déploiements IoT évolutifs, résilients et à l'épreuve du temps.