Des standards de communication ouverts et universels sont indispensables

Les objets con­nec­tés doivent évide­ment pou­voir com­mu­ni­quer, avec des par­tic­u­lar­ités par rap­port aux réseaux habituels, en par­ti­c­uli­er en ce qui con­cerne l’au­tonomie énergé­tique, la dis­tance et les coûts de trans­mis­sion. Des solu­tions spé­ci­fiques exis­tent mais la 4G et bien sûr la 5G ont des canaux spé­ci­fiques pour ces fonctions. 

En matière d’autonomie et de coût de trans­mis­sion, de nou­velles tech­nolo­gies de trans­mis­sion sont venues rebat­tre les cartes en pro­posant des approches en rup­ture avec les réseaux de com­mu­ni­ca­tion habituels. Elles se basent sur l’utilisation de fréquences radios util­is­ables sans licence. 

« Il est possible de transmettre des données à très faible puissance sur de très grandes distances »

Orig­i­nale­ment, cette gamme de fréquence autour des 868 MHz était des­tinée aux com­mu­ni­ca­tions à courte dis­tance, comme le con­trôle d’une porte de garage ou des équipements domotiques. 

Les pro­grès en traite­ment du sig­nal per­me­t­tant d’étendre la portée des trans­mis­sions ouvrent ces fréquences à des appli­ca­tions pour la ville, l’agriculture, la ges­tion de l’énergie, l’industrie.

Il est ain­si pos­si­ble de trans­met­tre des don­nées à très faible puis­sance (25 mW) sur de très grandes dis­tances ; de l’ordre de quelques kilo­mètres en ville et de plusieurs dizaines en cam­pagne. Les objets jouis­sent d’une autonomie de plusieurs années. 

DES ÉMISSIONS LIMITÉES

En con­trepar­tie, la quan­tité d’émission est forte­ment lim­itée pour per­me­t­tre la cohab­i­ta­tion des dif­férents ser­vices. Le régu­la­teur impose qu’un équipement ne puisse émet­tre au max­i­mum que 1 % du temps (i.e. 36 s par heure) sur des canaux déjà à bas débit. 

L’architecture du réseau se voit sim­pli­fiée et par con­séquent les coûts de col­lecte des don­nées s’en trou­vent allégés. Des relais, placés sur des points hauts du ter­ri­toire, vont capter les mes­sages émis par les objets. 

Le mail­lage rel­a­tive­ment fin, mais beau­coup moins dense que pour les réseaux cel­lu­laires de télé­phonie, assure une très forte prob­a­bil­ité de récep­tion, voire une local­i­sa­tion des équipements. Deux tech­nolo­gies se sont imposées. 

LE MODÈLE SIGFOX…

La société Sig­fox déploie un réseau mon­di­al unique­ment adap­té à la com­mu­ni­ca­tion des objets. Un objet peut émet­tre jusqu’à 140 mes­sages par jour d’une taille max­i­male de 12 octets (ce qui cor­re­spond à la taille d’une coor­don­née GPS) et recevoir 4 mes­sages du réseau. Les mes­sages sont répétés trois fois sur des fréquences choisies aléa­toire­ment en util­isant le codage Ultra Nar­row Band. 

Ces choix qui peu­vent sem­bler dras­tiques priv­ilégient les remon­tées de don­nées par les cap­teurs et sont adap­tés pour la plu­part des usages. Cela per­met d’avoir des objets très sim­ples, peu coû­teux, ayant une forte autonomie qui ne se réveil­lent que pour trans­met­tre leurs données. 

… ET LA SOLUTION SEMTECH

Actuelle­ment les opéra­teurs télé­coms préfèrent l’approche du fab­ri­quant de com­posants élec­tron­iques Semtech qui a intro­duit la mod­u­la­tion LoRa. Cette approche ne se situe pas au même endroit dans la chaîne de valeur. 

En effet, la LoRa Alliance stan­dard­ise sa couche réseau LoRaWAN garan­tis­sant l’interopérabilité entre les fab­ri­cants d’équipements, les opéra­teurs des réseaux et les con­cep­teurs de ser­vices. Les objets sont pilotés par le réseau pour s’adapter à dif­férentes configurations. 

Ce cou­plage des objets avec le réseau offre un plus grand éven­tail de mode de fonc­tion­nement en con­trepar­tie d’une com­plex­ité de ges­tion un peu plus élevée par rap­port à Sig­fox. Il est égale­ment pos­si­ble de con­stru­ire des réseaux privés cou­vrant une entre­prise, une ville, etc. 

SANS OUBLIER LA « 4G » DE LA TÉLÉPHONIE MOBILE

Le secteur des télé­coms a été devancé par les acteurs comme Sig­fox ou LoRa, mais il a égale­ment adap­té ses stan­dards pour le GSM et la 4G. La 4G inclut dans les nou­velles spé­ci­fi­ca­tions la pos­si­bil­ité de trans­met­tre à faible débit (Nar­row Band- IoT), mais surtout réduisant la con­som­ma­tion d’énergie pour une autonomie d’une dizaine d’années.

« Adapter les protocoles pour permettre aux objets de communiquer directement avec les autres équipements sur l’Internet »

Les déploiements sont prévus en 2017. Les trans­mis­sions se font dans la par­tie du spec­tre licen­ciée aux opéra­teurs offrant ain­si plus de capac­ité. La prochaine généra­tion (5G) per­me­t­tra égale­ment de pren­dre en compte des paramètres de qual­ité de ser­vice, comme le temps de réponse, essen­tiel à cer­taines appli­ca­tions comme la com­mu­ni­ca­tion avec les véhicules intelligents. 

D’autres déploiements sont en cours. En France, la société Qow­isio déploie un réseau sur des principes proches de Sig­fox. Dans le reste du monde, d’autres pro­to­coles sont envis­agés comme RPMA ou Weightless‑P.

LEVER LES FREINS À LA DÉMOCRATISATION

Si les radios longue portée réduisent dras­tique­ment le coût de la trans­mis­sion, le coût de ges­tion des équipements, la mise en place d’infrastructures robustes reste un frein à la démocratisation. 

La 4G per­met des trans­mis­sions à faible débit. © JONATHAN STUTZ / FOTOLIA.COM

Dans les approches décrites précédem­ment, toutes les don­nées sont envoyées dans le cloud pour être traitées. 

Les développeurs doivent définir leur mod­èle d’interaction avec les objets. Une inter­ac­tion plus forte avec l’Internet est le seul moyen d’obtenir des économies d’échelle, d’intégrer de manière trans­par­ente et sûre les don­nées provenant de réseaux longue portée. 

L’IETF, l’organisme de stan­dard­i­s­a­tion des pro­to­coles de l’Internet, a déjà défi­ni un ensem­ble de stan­dards pour rac­corder cer­taines caté­gories d’objets à l’Internet. Il s’agit prin­ci­pale­ment de redéfinir les pro­to­coles exis­tants afin de s’adapter aux con­traintes en ter­mes de traite­ment, de mémoire, d’alimentation électrique. 

Un des buts est d’atteindre une com­pat­i­bil­ité avec les stan­dards du Web, aus­si bien dans la représen­ta­tion des requêtes, des don­nées que sur les aspects de chiffre­ment et d’autorisation d’accès, pour inté­gr­er les objets dans l’écosystème exis­tant forte­ment dominant. 

FÉDÉRER LES INITIATIVES POUR PLUS DE STANDARDISATION

Pour pren­dre en compte les con­traintes de trans­mis­sion dras­tiques des réseaux radio longue portée, un groupe de tra­vail regroupant les prin­ci­paux intéressés vient d’être créé. Il a pour but d’adapter les pro­to­coles de l’Internet pour per­me­t­tre aux objets de com­mu­ni­quer directe­ment avec les autres équipements sur l’Internet.

Cela implique des mécan­ismes de com­pres­sion, mais égale­ment des briques de ges­tion des équipements stan­dard­is­és qui per­me­t­tent la mutu­al­i­sa­tion des infra­struc­tures et des objets. 

Même si on peut la déplor­er, l’absence de fédéra­tion est naturelle quand une nou­velle tech­nolo­gie arrive. Elle a été vécue dans les années 1980 à la nais­sance des réseaux infor­ma­tiques. Chaque méti­er définis­sait ses appli­ca­tions adap­tées et opti­misées pour son secteur. 

L’utilisation de stan­dards ouverts et uni­versels, qui com­parés à une solu­tion opti­misée peu­vent appa­raître moins per­for­mants, a per­mis le développe­ment rapi­de des réseaux et la créa­tion de ser­vices com­bi­nant dif­férentes sources d’information.

L’Internet des objets à grande échelle ne trou­vera son sens qu’avec une inté­gra­tion fine dans l’écosystème existant.

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