Transformation in die Cloud - welche Cloud darf es sein?
Perspective Internet of Things

IdO à bande étroite

13 janv. 2017

La technologie mobile traditionnelle n’est pas suffisamment efficace pour de nombreuses applications de l’internet des objets. L’IdO à bande étroite s’impose donc comme le standard de l’avenir.

Bald werden vernetzte Fahrzeuge selbstverständlich sein. Die Autofahrer betrachten die Entwicklung mit Vorsicht.
L’IdO à bande étroite (NB-IoT) n’est pas qu’un standard radio de plus. Il a été pensé pour résoudre des problèmes inévitables. 20, 30, puis 50 milliards, les sociétés de conseil et d’études de marché dépassent régulièrement leurs propres estimations sur le nombre d’appareils qui seront interconnectés dans l’internet des objets d’ici 2020. Quel que soit leur nombre néanmoins, ce sera trop pour les réseaux actuels.

Des réseaux différents pour des cas d’usage différents

Le choix des réseaux pour l’IdO dépend de l’application. Les circuits de transmission courts, tels que la maison intelligente, un supermarché ou une usine, peuvent être efficacement liés avec la WI-FI, le LAN ou des technologies near-field telles que le bluetooth, la NFC (near-field communication) ou la RFID (radio frequency identification). Les distances plus importantes  demandent un recours à la technologie mobile, notamment pour une connexion au cloud et l’accès via des appareils mobiles tels que les ordinateurs portables, tablettes et smartphones. 
Cette technologie atteindra toutefois bientôt ses limites. Selon les calculs de l’ITU (International Telecommunication Union), le nombre de lignes mobiles a dépassé le nombre d’habitants de la terre cette année. D’un côté, cela signifie un volume de données croissant pour les réseaux à maîtriser, et le spectre mobile est raréfié et très cher. D’un autre, cela signifie également un nombre accru d’abonnements par cellule radio. L’internet des objets exacerbe ce problème plus encore avec ses appareils portatifs, véhicules et appareils connectés. Une solution se profile cependant à l’horizon, à savoir la nouvelle technologie radio IdO à bande étroite (NB-IoT).

Les avantages du NB-IoT : la masse et la portée

Le 3GPP (3rd Generation Partnership Project) a standardisé l’IdO à bande étroite durant l’été 2016. Celui-ci permet entre autres de servir jusqu’à 50 000 abonnés par cellule radio et a été mis au point précisément pour des applications de l’IdO comme les compteurs intelligents. Les compteurs à gaz et à eau situés en sous-sol sont un exemple d’environnement où les connexions mobiles conventionnelles atteignent leurs limites. On a alors besoin d’un module radio caractérisé par une bonne pénétration à l’intérieur des bâtiments et ne nécessitant pas de connexion au courant externe. Les performances du NB-IoT sont de 20 décibels supérieures à celles d’une connexion GSM (Global System for Mobile Communication). Les modules peuvent fonctionner avec des batteries. C’est en même temps tout l’avantage que représente une longue portée, ce qui en fait l’outil idéal pour le traçage des conteneurs et biens, le suivi des cuves, des éoliennes et du bétail, pour la connexion des réverbères, des systèmes de billeteries automatiques, des poubelles et des places de stationnement.

Des coûts raisonnables

Les faibles coûts impliqués par le NB-IoT sont un avantage supplémentaire. Beaucoup de ces applications ne nécessitent que de faibles quantités de données, avec des taux de données extrêmements réduits (de moins de 100 bit/s ou de quelques kbit/s). Elles n’ont du reste pas besoin de connexion permanente. Le réseau peut de plus fonctionner dans un spectre d’à peine 200 kHz, grâce à quoi les coûts de la transmission de données sont très bas. 
L’exploitation des modules est elle aussi une solution économique. Les paquets de données étant de tailles réduites et envoyés à longs intervalles, un  module NB-IoT ne demande qu’une alimentation minimale et peut fonctionner jusqu’à dix ans avec une batterie disponible dans le commerce, sans coûts de maintenance. 
Produire des modules ne coûte d’ailleurs pas cher. De nombreux appareils peuvent donc être connectés économiquement et à grande échelle.

Technologies LPWA alternatives

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. Le 3GPP a certifié les LTE-M (Long-Term Evolution for Machines) comme second standard LPWA. C’est une extension du standard LTE faite spécialement pour la transmission de données dans l’internet des objets. Le LTE-M permet des vitesses de transmission de données supérieures en liaison ascendante et descendante que l’IdO à bande étroite, mais demande aussi plus de bande passante. Les deux technologies peuvent donc se compléter pour couvrir ensemble au mieux différentes applications de l’IdO.  La couverture étendue (EC-GSM-IoT) a été définie comme troisième standard. Les fournisseurs mobiles n’ayant pas le spectre LTE suffisant pour le NB-IoT ou le LTE-M peuvent utiliser leur spectre GSM avec le EC-GSM-IoT. 

Spectre sans licence vs spectre avec licence

Il existe d’autres technologies économes en énergie, à longue portée, comme LoRaWAN, Weightless, Sigfox, RPMA, et UNB. Comme le Bluetooth et la WiFi cependant, ces technologies ont recours à la fréquence d’un spectre 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. Les deux technologies peuvent donc interférer l’une avec l’autre.
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. Vu que les technologies s’appuient sur les infrastructures existantes, il n’est pas obligatoire de mettre sur pied un nouveau réseau. Elles peuvent de plus être déployées rapidement. Deutsche Telekom, par exemple, a créé ses tours de téléphonie cellulaire compatibles au NB-IoT avec une simple actualisation du logiciel et mis en opération un système de stationnement intelligent dans sa première application commerciale. D’autres solutions NB-IoT sont prévues pour 2017.

Le 5G, rapide et puissant

Les applications IdO telles que la conduite autonome, la voiture connectée et les opérations à distance demandent que les données soient transmises presque en temps réel. Les standards LPWA sont limités de ce point de vue. Les latences inférieures à une milliseconde et les taux de données pouvant atteindre 50 Gbit/s ne sont possibles qu’avec le nouveau standard cellulaire 5G. Nous aurons plus d’informations à ce sujet dans un article à venir et consacré aux perspectives du réseau.