Tour d’horizon des réseaux pour l’IoT/M2M
Les objets connectés sont des objets communicants qui doivent par définition être connectés à un réseau afin d’assurer des échanges de données, le plus souvent via Internet. La plupart des applications IoT/M2M font appel à des réseaux sans fil, mais il y a quelques exceptions comme des objets qui communiquent par courants porteurs en ligne (CPL) par exemple. Nous nous intéressons ici au cas le plus fréquent, la communication sans fil.
Il existe trois grands types de liaisons sans fil pour les objets connectés :
1. Les réseaux locaux courte-portée
Suivant leur technologie, la portée de communication va de quelques dizaines de centimètres à quelques centaines de mètres (en milieu ouvert). De façon non exhaustive, nous avons :
- EnOcean,
- Z-Wave,
- ANT, ANT+,
- IEEE 802.15.4,
- Zigbee,
- Thread,
- Bluetooth Low Energy (BLE),
- Bluetooth,
- IEEE 802.11.xx,
- Wi-Fi,
- etc.
Ces solutions technologiques répondent aux besoins de nombre d’objets connectés, dans les domaines de la domotique, des objets portables “wearables”, de l’industrie, etc., tant que leur usage est confiné à l’intérieur d’un périmètre donné (maison, bâtiment, magasin, usine), ou toujours à grande proximité d’une passerelle mobile (gateway), par exemple une montre connectée proche d’un téléphone, un capteur ANT+ proche d’un appareil de monitorage de l’activité sportive.
2. Les réseaux cellulaires
La portée de communication, très dépendante de l’environnement, va de 500 m à 10-40 km. Ceux sont eux qui sont utilisés par les opérateurs de téléphonie mobile.
Les réseaux de téléphonie mobile reposent sur des protocoles complexes et offrent des débits de données élevés, la contrepartie est une consommation énergétique élevée qui fait que les périphériques doivent être rechargés souvent. En conséquence, ils sont peu adaptés aux applications M2M/IoT. Ces applications se contentent souvent de débits faibles et de communications sporadiques, le coût énergétique et financier (abonnement) du réseau de téléphonie est trop important pour en justifier l’utilisation.
Sur la base des infrastructures de téléphonie, des réseaux cellulaires dédiés aux M2M/IoT ont été créés :
- eMTC/LTE-M,
- NB-IoT,
- EC-GSM-IoT,
- etc.
Ils offrent certains des avantages des réseaux LPWAN. Les standards NB-IoT et LTE-M sont prometteurs, mais leurs évolutions sont étroitement liées au développement de la 5G (ils seront d’ailleurs intégrés à la spécification 5G). Aussi, les réseaux sont au début de leurs déploiements par les opérateurs téléphoniques. On trouve, déjà ou de façon imminente, du LTE-M en Amérique du Nord et en Australie, du NB-IoT dans une dizaine de pays d’Europe, en Chine et en Afrique du Sud (voir la liste complète des réseaux par pays). Parmi les principaux opérateurs qui se sont déjà lancés, on trouve : AT&T, China Mobile, China Telecom, T-Mobile, Telefonica, Telia, Verizon, Vodafone. Ces réseaux cellulaires demeurent coûteux par rapport à d’autres solutions : l’un des moins chers en Amérique du Nord, le NB-IoT de T-Mobile coûte 6 USD par an (pour 12 Mo de données).
3. Les réseaux longue-portée à basse consommation
Ces réseaux LPWAN (Low-Power Wide-Area Network) ont été particulièrement conçus pour les objets connectés, ils sont optimisés pour une couverture géographique large et une consommation d’énergie minimale. La contrepartie est que les débits sont faibles, mais la plupart des applications M2M/IoT n’ont pas besoin de plus.
- Sigfox,
- LoRaWAN,
- Ingenu,
- Weightless,
- etc.
Les LPWAN peuvent supporter un très grand nombre d’objets connectés (des dizaines de milliers sur une seule passerelle) dans un périmètre très large (jusqu’à environ 100 km grâce à des bandes de fréquences inférieures au GHz) et de façon très économique (environ 1 $ d’abonnement par an). Ils ouvrent la porte à de nombreuses nouvelles applications dans d’innombrables domaines (compteurs intelligents, ville intelligente, agriculture, santé, sécurité, etc.) avec, par exemple, des objets connectés dont l’autonomie se compte en années, ce qui est très utile pour le déploiement de capteurs à grande échelle, sur une grande étendue et dans des environnements variés.
Le développement d’objets connectés est facilité par l’apparition de SoC (systèmes sur puces) multistandard qui offrent plusieurs protocoles de communication. Ces puces permettent aussi d’assurer une interopérabilité réseau à l’objet connecté, afin de pallier la couverture partielle des réseaux et de faire en sorte qu’il puisse fonctionner dans un éventail plus large de pays.
Aujourd’hui, il n’existe pas de standard universel et ces protocoles sont incompatibles entre eux, ce qui peut rendre délicat le choix d’une technologie. Dans un prochain article, nous détaillerons les différentes technologies LPWAN afin de comparer leurs avantages et inconvénients respectifs.
On notera que les opérateurs de téléphonie qui lancent leurs réseaux cellulaires IoT/M2M voient d’un mauvais œil ces solutions parfois fonctionnellement moins-disantes mais très concurrentielles. Ainsi, T-Mobile, un important acteur du NB-IoT, nous dit que “ces technologies ont recours à la fréquence d’un spectre de fréquences sans licence. L’avantage est qu’il est libre d’accès, l’inconvénient est qu’il n’est pas aussi strictement réglementé que le spectre sous licence. Depuis que les NB-IoT, LTE-M et EC-GSM-IoT utilisent le spectre sous licence, sa qualité, sa sécurité et les standards de confidentialité des données sont assurés comme dans le cas de la technologie mobile régulière.” Et T-Mobile revendique également l’appellation LPWA : “Une faible consommation en énergie et une grande portée font que le NB-IoT est une technologie LPWA (Low-Power Wide-Area) pouvant être appliquée avec les fréquences GSM et LTE.”
Il est probable que nous allons assister à une vraie guerre des acteurs sur ce marché, les opérateurs de téléphonie ayant l’avantage de leurs capitaux financiers. Nous ne savons bien sûr pas quels sont ceux qui vont gagner la bataille, ce qui laisse planer certains doutes quand il s’agit de faire des choix technologiques.
