Les réseaux radios pour l’internet des objets

publié le 3 septembre 2018 (modifié le 5 septembre 2018)

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L’ensemble des objets connectés qui constituent l’internet des objets seront, à l’exception de quelques-uns raccordés par des réseaux filaires comme le compteur Linky, reliés à un serveur ou à un autre objet connecté par un réseau radio, essentiellement pour des raisons de facilité de déploiement et donc de coût.

Ce marché que les analystes prévoient énorme dans les années à venir aiguise les appétits de nombreux industriels et opérateurs de communications électroniques, de sorte que de toutes les solutions technologiques imaginées à ce jour, aucune ne s’est encore imposée, et que peut-être plusieurs pourront co-exister dans l’avenir. A ce jour, certaines technologies ne sont pas encore stabilisées quand d’autres font l’objet d’offres commerciales réellement opérationnelles.

Le présent article propose un panorama des technologies radio disponibles à ce jour.

Quelques familles d’objets connectés

Dès aujourd’hui, on connaît des applications exploitées commercialement ou en cours d’expérimentation. A n’en pas douter, il en sera inventé de nombreuses dans les prochaines années. Il est d’ores-et-déjà possible de citer :

  • Les automobiles qui ont leurs propres normes de communication pour rouler de manière autonome en communiquant avec l’infrastructure routière et entre elles. Deux standards se partagent le marché pour le moment : DSRC (GM, Toyota, Volkswagen) et C-V2X (Peugeot avec Qualcom comme fournisseur de puce électronique)
  • Les contenants pour le suivi des marchandises durant leur transport. Aujourd’hui ce sont les conteneurs qui sont équipés de capteurs, demain ce seront les colis, voire les marchandises elles-mêmes ;
  • Les dispositifs médicaux : pour le suivi des patients, l’équipement transmet leurs paramètres intéressant leur pathologie ;
  • Les capteurs/actionneurs pour le confort de la maison (domotique) ;
  • Les équipements pour la sécurité des biens et des personnes ;
  • Les équipements informatiques : PC, tablettes, smartphones.

Les exigences des applications

Pour être largement déployée, les applications IoT devront pouvoir mettre en œuvre des équipements qui répondront au moins à quatre critères :

  • Disposer d’une longue autonomie (>10 ans avec une simple pile) ;
  • Se satisfaire d’une bande passante limitée ;
  • Être commercialisées à très faible coût (< 3€ pour chaque objet connecté) ;
  • Nécessiter un abonnement à un réseau à très faible coût (1€ par an pour chaque objet connecté).

Pour économiser son énergie, l’objet connecté doit pouvoir communiquer directement avec un nœud du réseau (d’où une architecture privilégiée en étoile) et seulement de manière épisodique.

Pour l’entreprise qui souhaite utiliser les possibilités offertes par l’IoT pour gagner en efficacité ou proposer de nouveaux services à ses clients, la question du choix de la technologie IoT adéquate est primordiale avec deux questions, une facile, l’autre beaucoup moins :

  • Quelle technologie répond le mieux à mon besoin ? débit montant, débit descendant, couverture, durée de vie des objets, fonction de leur consommation et de leur manière de fonctionner, possibilités de géolocalisation, en intérieur et à l’extérieur, et leur précision, présence internationale ;
  • Quelle technologie sera encore présente dans quelques années ?

A ce jour, il est impossible de trancher la seconde question, tant la période actuelle est celle du bouillonnement des initiatives.

D’autres problématiques comme la sécurisation des échanges et l’assurance de l’intégrité des équipements connectés sont essentielles pour le succès commercial de l’IoT.

Principales technologies radio pour l’internet des objets et leurs caractéristiques

Pour répondre aux exigences des applications, les industriels ont développé chacun leur propre technologie radio, avec leurs caractéristiques résumées, pour les principales, dans le tableau ci-dessous (cliquer sur la vignette).

5G : après la 2G, la 3G et la 4G, les opérateurs vont déployer cette technologie de réseau radio mobile pour une première ouverture commerciale prévue en 2020. L’Arcep a donné au printemps 2018 des autorisations aux opérateurs pour qu’ils réalisent des expérimentations 5G dans la plupart des grandes agglomérations de métropole.

BLE : bluetooth basse énergie. C’est le réseau radio de proximité (quelques mètres) déjà largement utilisé pour les applications grand public (oreillette, casque audio, téléphone mains libres en voiture,…).

LoRa : cette technologie radio fonctionne dans la bande libre ISM (Industrielle, scientifique et médicale) et a été mise au point par une société française. Le protocole associé, LoRaWAN, permet la communication des objets vers une passerelle. C’est le choix d’Orange et de Bouygues Télécom et de 57 opérateurs dans le monde, regroupés au sein de l’Alliance LoRa.

LTE-M : Evolution de la technologie 4G existante proposant une connectivité adaptée aux besoins de l’internet des objets, déjà déployée sur tout le territoire américain par AT&T et Verizon, expérimentée en France par Orange. Originalité : peut supporter des usages voix.

NB-IoT : norme de communication industrielle mondiale déjà implantée sur les réseaux 4G et qui le sera d’office dans la 5G, assurant l’interopérabilité recherchée pour les applications transfrontalières. SFR propose ses services sur son réseau mobile grâce à cette technologie.

Sigfox : invention d’une entreprise toulousaine créée en 2010 qui a pu couvrir la France métropolitaine entière avec 1500 antennes seulement. SFR propose des offres de services IoT clé en main basées sur ce réseau.

WiFI  : on ne le présente plus.

ZigBee : technologie radio très simple basée sur une norme IEEE, à faible rayon d’action, portée par un ensemble d’industriels du monde entier, dont les coûts de production et de mise en œuvre sont très faibles. Elle fonctionne en Europe dans la bande 868 MHz.

Les leaders ont adopté des solutions fonctionnant sur les réseaux mobiles existants : NB-IoT (adopté par la Chine qui pourrait, une fois de plus, en raison de leur énorme marché, en faire la norme de fait) et LoRa. Pour le moment, les solutions propriétaires comme SigFox, le français, résistent.
Ces technologies sont classées dans des familles : LPWA (low power wide area : faible consommation, large couverture) comme LoRa et Sigfox, qui sont des réseaux dédiés, d’autres des additifs des réseaux mobiles comme NB-IoT ou LTE-M.

Tout en haut de la hiérarchie du réseau d’objets connectés, il faut des plates-formes logicielles qui traitent toutes les informations reçues des objets ou qui leur sont destinées. Elles offrent l’opportunité aux opérateurs de réseau de se procurer un peu de valeur ajoutée grâce à des offres de services, ces opérateurs ou industriels ayant trop peu à gagner en vendant seulement des circuits microélectroniques et en assurant la fonction de mise en réseau des objets.

Et demain ?

Dès cette année 2018, des tests d’interopérabilité réalisés avec succès entre Vodaphone et Deutche telekom, démontrent l’intérêt de fonctionner sur la base d’un standard ouvert, en l’occurrence NB-IoT, pour suivre les conteneurs par-delà les frontières.

De leur côté, les constructeurs automobiles expérimentent actuellement la solution C-V2X pour la voiture autonome. Les voitures produites à partir de 2020 devraient être équipées de puces dédiées.

Globalement, dans leur diversité, ce sont des dizaines de milliards d’objets qui devraient être connectés dès 2020 selon certains analystes, et même déjà 30 milliards à la fin de cette année.

Il reste aussi des interrogations sur la capacité des différents systèmes à réellement pouvoir gérer le trafic d’un nombre très important d’objets sans être saturés et donc voir leur service se dégrader, voire s’interrompre. La maturité technique des solutions propriétaires peut être considérée à ce jour satisfaisante, mais pas celle des solutions standards ouverts qui n’en sont qu’à leurs débuts.

L’internet des objets va faire entrer le monde économique dans l’ère du "big data", tant les milliards de capteurs qui seront en fonctionnement vont générer de données qu’il va falloir stocker et analyser pour rentabiliser les investissements associés par l’optimisation des process actuels et la création de nouveaux services à valeur ajoutée.

La question de la dispersion dans la nature de tous ces équipements, de leur abandon éventuel en fin de vie, pose question notamment sur le plan écologique. Cela peut se produire alors qu’ils sont encore en état de fonctionner si l’entreprise qui les opère cesse son activité par exemple. La traçabilité est par conséquent une exigence essentielle qui devra être assurée dans le déploiement de ces services du futur.