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Chapitre3
Technologies de communication et Contraintes
IoT
© Imene Sghaier
Introduction
• Un système IoT réunit de nombreux acteurs et
composantstechnologiques.Il est composé
d’objets connectés, de réseaux de
communicationsans fil, de plateformes de
collecte/d’hébergement/de traitement des
données, d’applications/services pour les
utilisateurs finaux et d’une
supervision/sécurisationde toute la chaîne.
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT 2
Introduction
3
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Objets connectés
• L’objet connecté est d’abord un objet qui a une fonction
mécanique et/ou électrique propre, il peut soit être
conçu directement « connectable », soit il est déjà
existant et la connectivité est rajoutée à postériori.
• L’objet connecté a pour fonction de collecter des
données de capteurs, de traiter ces données et de les
communiquer à l’aide de d’une fonction de connectivité
et de recevoir des instructions pour exécuter une action.
• NB: Généralement ces fonctions de l’objet connecté
nécessitent une source d’énergie, surtout quand les
données sont prétraitées directement dans l’objet.
4
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
La connectivité IoT
• Lors de la planificationd'un projet IoT, il est
important de tenir compte de la manière dont
l'appareil se connectera et communiquera.
• Cela déterminera les technologies et les
protocoles IoT qui s'appliqueront à celui-ci.
• Dans la pile de technologies IoT, les appareils
se connectent via des passerelles ou des
fonctionnalitésintégrées.
5
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
La connectivité IoT
6
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Passerelle IoT
• Les passerelles connectent les appareils IoT aux clouds.
• Les données collectées à partir des appareils IoT transitent
par une passerelle, sont prétraitées en périphérie, puis
envoyées au cloud.
• L'utilisation de passerelles IoT permet d'allonger
l'autonomie de la batterie, de réduire la latence et de
raccourcir les transmissions.
• Les passerelles nous permettent également de connecter
des appareils sans accès direct à Internet et offrent une
couche de sécurité supplémentaire en protégeant les
données qui circulent dans les deux sens.
• Le type de connectivité requis dépend de l'appareil, de sa
fonction et de ses utilisateurs. En général, celui-ci est
déterminé par la distance que les données doivent
parcourir (courte ou longue). 7
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Choix de la technologie de connectivité
• Les réseaux sont le maillon prépondérant d’un projet d’IoT, ils doivent
répondre à un critère d’usage qui est la couverture de la zone d’usage des
objets :
• Sur un campus,
• Sur une ville,
• à l'ensemble de la planète.
• Et ils doivent répondre à une contrainte : l’objet disposera-t-il d’une
source d’énergie en permanence ???
• Cela conditionne :
– L’architecture de la solution,
– La conception de l’objet,
– Le cycle de vie de la solution
• En effet, toutes les technologies ne sont pas adaptées à tous les cas
d’usages et leur déploiement.
• NB: Une erreur d’appréciation dans le choix du réseau IoT impactera le
service offert
8
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Critères de choix
• Chaque réseau peut être considéré en fonction de trois critères
fondamentaux :
– Sa consommationd’énergie (combien d’énergie consommée pour envoyer 1
Mo).
– Sa bande passante (combien de temps nécessaire pour envoyer 1 Mo).
– Sa portée (sur combien de mètres ou kilomètres la connexion reste fiable).
 A ces critères s’ajoutent d’autres points auxquels nous donnons de
l’importance:
– La disponibilité des modules
– Déploiement et interopérabilité avec les technologies déjà utilisées
– Espérance de vie,
– Le niveau de sécurité,
– Coût, maintenance,
– Fréquence de récupération de données (temps-réel, période…)
9
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Types de réseaux IoT
10
Réseaux faiblespuissance et courte portée
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Types de réseaux IoT
• Nous pouvons différencier les types de réseaux IoT
selon cette typologie :
– WAN (Wide Area Network) : un réseau de plusieurs
dizaines de kilomètres carrés
– LPWAN (Low Power Wide Area Network) : réseau de
plusieurs dizaines de kilomètres carrés mais utilisant peu
d’énergie (car peu de bande passante)
– PAN (Personal Area Network) : le réseau de quelques
mètres (Bluetooth)
– LAN (Local Area Network) : le réseau Internet privé de
votre domicile ou de votre entreprise (Wifi)
– Satellite : partout dans le monde pour peu de ne pas être
dans un tunnel (GPS)
11
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
PAN
• Ce sont les réseaux grand public attachés à la
personne, orientés autour du sport & bien-
être, des loisirs, des médias, des réseaux
sociaux et de l’efficacité personnelle. Ces
réseaux sont donc très souvent liés aux
smartphones ou à des dispositifs miniaturisés
et portables. Les principauxréseaux sont :
12
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
PAN: Bluetooth
• Bluetooth (BLE, BLE Smart, etc…) qui permet
une connectivité facile à quelques mètres (10
mètres) en utilisant un protocole de
communicationtrès largement diffusé et
disponiblenativement sur de très nombreux
appareils. Il est idéal pour le transfert de
données à haut débit.
13
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
PAN: Bluetooth
• Le Bluetooth, est une technologie connue et maitrisée par tous
depuis maintenant une vinghtaine d’années. Il s’agit d’une
technologie radio de moyenne portée (environ 10m) qui permet
d’envoyer des messages de grande taille et en grande quantité.
• Cependant, cette connectivité ne se suffit pas à elle-même car elle
nécessite une tierce technologie pour transférer et stocker les
données. D’autre part, il s’agit d’un moyen de communication
disposant d’un grand débit, puisqu’il repose sur la bande de
fréquence 2,4 GHz tout comme le Wifi.
• Prenons l’exemple de montres de sport connectées. Vous pouvez
synchroniser vos activités avec votre téléphone, mais c’est le réseau
mobile qui fait le lien avec la plate-forme cloud du fabricant pour
stocker et exploiter vos données.
14
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
PAN: Bluetooth
• Elle s’est imposée dans le secteur de l'informatique et dans différents marchés
de produits de consommation
• La technologie Bluetooth est un acteur incontournable pour les télécoms de
courte portée.
• Apporte une contribution majeure pour les produits portables notamment,
facilitant encore une fois la connexion à l'IoT même par l'intermédiaire d'un
smartphone.
• La nouvelle technologie Bluetooth Low-Energy (BLE), qui répond désormais au
nom de Bluetooth Smart, est un protocole important pour les applications IoT.
Offrant une portée similaire à celle du Bluetooth, elle a été conçue pour réduire
considérablement la consommationélectrique.
• La technologie BLE industriel, issu du Bluetooth grand public fiabilisé pour
l’industrie, permet la création de réseaux denses dans les entrepôts ou le
tertiaire pour suivre les biens et les capteurs, avec une distance de
communication typique de 20 à 200m. Pouvant associer les étiquettes BLE avec
des balises, des répétiteurs et des routeurs, ces réseaux permettent de très
nombreuses applications allant jusqu’à la géolocalisation à l’intérieur des
bâtiments.
15
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Les réseaux du bâtiment
Ces réseaux conviennent aux maisons, bureaux
et autres environnements de petite taille. Ils se
prêtent à des batteries de petite taille (et, dans
certains cas, à des configurationssans batterie)
et leur utilisation est souvent peu coûteuse.
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Les réseaux du bâtiment : RFID
• Un mode de connexion particulier, dédié à l’identification, on pourrait
le surnommer code-barre 2.0.
• Une puce RFID permet d’identifier à distance, comme on le ferait en
scannant un code-barre, mais jusqu’à 100 mètres. C’est une
technologie qui vient en complément d’autres types de connectivité.
• Il est important de savoir qu’il existe deux technologies de RFID, la
RFID active et la RFID passive. Ce qui les distingue est l’objet qui émet
le signal.
• Dans la RFID passive, le Tag est une simple antenne qui est activée
dès lors qu’elle se trouve à portée d’un émetteur. C’est typiquement
ce que l’on retrouve dans beaucoup de systèmes antivol dans les
magasins. L’étiquette que vous devez couper est un Tag RFID et les
portiques de sécurité sont des émetteurs. C’est aussi un système que
beaucoup utilisent quotidiennement pour le contrôle d’accès ou les
pointeuses mais aussi pour un nouvel usage de consommation : le
paiement sans contact.
• 17
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Les réseaux du bâtiment : RFID
• Pour ce qui est de la RFID active, il s’agit d’objets comprenant un
tag et capables d’émettre le signal à proximité d’un autre objet
RFID. L’intérêt de de cette technologie est d’étendre la portée
du signal à quelques mètres. Reprenons une application que
tout le monde connaît, votre badge télépéage. Il est composé
d’une pile, d’une antenne. Lorsque vous passez à proximité d’une
barrière, votre badge envoie son identifiant.
• Il est important de comprendre que la RFID est une technologie
qui ne se suffit pas à elle-même, elle doit absolument être
couplée à une autre technologie pour pouvoir collecter et
stocker les données.
18
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Les réseaux du bâtiment: Zigbee
• Zigbee:réseau maillé du bâtiment, permettant de connecter les objets de
proche en proche, basé sur un protocole propriétaire géré par la Zigbee
Alliance, souvent utilisé en domotique pour remplacer le câblage électrique
(lumières, capteurs de confort, capteurs d’alertes).
• Zigbee convient tout particulièrement aux réseaux personnels composés de
petits appareils à faible consommation, faible bande passanteet courte
portée.
• Le Zigbee est un protocolede communicationsimilaire au Bluetooth mais
dédié à l’IoT. Il consomme peu, et est fait pour envoyer de petits volumes de
données (entre 20 et 250 Kb/s). Il permet d’utiliser chaque objet comme
“rallonge de connexion”.
• À l'instar du Bluetooth, ZigBee dispose d'une importante base d'exploitation
installée, surtout en milieu industriel. Parmi les profils ZigBee disponibles,
ZigBee PRO et ZigBee RemoteControl (RF4CE) reposent sur le protocole
IEEE802.15.4 ; fonctionnant à 2,4 GHz, cette technologie de réseau sans fil
standard de l'industrie cible les applications nécessitant des échanges de
données relativement peu fréquents à de faibles vitesses de transmission sur
un espace restreint et dans une portée de 100m (résidence ou bâtiment, par
exemple).
19
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Les réseaux du bâtiment: Z-Wave
• Z-Wave: réseau maillé assez similaire à Zigbee,
permettant à des appareils ménagers de
communiquer à l'aide d'ondes radio de faible
puissance.
• Z-Wave offre une interopérabilité de la couche
Applicationentre les systèmes domotiques.
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Les réseaux du bâtiment: Thread/
6LoWPAN
• Thread/ 6LoWPAN : réseau maillé du
bâtiment, qui a pour vocation d’harmoniser la
connexion des objets pour la maison
connectée. C’est un protocole propriétaire
basé sur la technologie 6LoWPAN (IPv6 Low
power Wireless Personal Area Networks),et
piloté par une alliance d’industriels emmenée
par Google
21
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Les réseaux du bâtiment: wifi/802.11
• Compte tenu de son faible coût d'utilisation, le Wi-Fi est
devenu la norme dans nos maisons et bureaux. Cela dit, il
peut ne pas convenir à tous les scénarios en raison de sa
portée limitée et de sa consommation d'énergie 24h/24 et
7j/7.
• Le Wifi permet un très important débit data (environ 400
Mb/s pour les modems grand public récents), de manière
fiable et sécurisée. Toutefois il consomme beaucoup
d'énergie et sa portée est relativement limitée (35 m),
d’autant plus au travers d’obstacles comme des murs épais.
• Le Wifi 6, aussi appelé Wifi AX, nouvelle génération en
cours de commercialisation, va permettre d’améliorer
considérablement la connectivité des objets connectés.
22
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Les réseaux du bâtiment: Dash7
• Dash7 : réseau plus longue distance pour la
domotique et l’automobile, permettant une
meilleure pénétration dans les bâtiments à
433MHz et 868Mhz, protocole propriétaire
piloté par la Dash7 Alliance.
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Low-Power Wide-Area Networks
24
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Low-Power Wide-Area Networks
20 years on simple battery
25 mW transmission power
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Certains objets connectés (capteurs, trackers…) n’ont besoin d’envoyer
que peu d’informations par jour et donc n’ont besoin que d’un petit
débit. Ainsi la consommation énergétique est considérablement réduite
pour atteindre des durées de vie de batterie se comptant en années.
Low-Power Wide-Area Networks
2-3 km urban indoor
15-50 km rural outdoor
26
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Les LPWAN (Low Power Wide Area Networks) sont de
nouveaux types de réseaux longue portée conçus pour limiter
la consommation d’énergie des objets connectés. Ces
réseaux ont une portée accrue qui permet de connecter des
objets enfouis ou en zones rurales.
27
Les technologies Zigbee, Wifi, etc. ont une portée limitée,
•L’utilisation de ces technologies est consommatrice de la
batterie,
•leur coût peut être élevé.
•La solution des réseaux cellulaires traditionnels est sur-
dimensionnée pour les applications IoT et présente un coût
élevé, une grande infrastructure, grande puissance, débit
important.
Les réseaux LPWAN (LowPower Wide Area Networks) est
une réponse adaptée au monde de l’IoT => Grande portée
mais avec une faible consommation d’énergie
Les réseaux LPWAN (Low Power Wide Area Network)
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Les réseaux LPWAN (Low Power Wide
Area Network)
• Ce sont les nouveaux réseaux (cellulaires ou non) dédiés aux objets
connectés en extérieur. Ils sont idéaux pour remonter des informations
simples de capteurs et de localisation vers des plateformes de gestion
d’objets, sur le cloud ou sur des réseaux privés.
• Ces réseaux sont basés sur des protocoles privilégiant :
– La très basse consommation
– La très longue distance de communication(plusieurskm)
– La bonne couverture à l’intérieurdes bâtiments
– La très forte densité d’objets connectables
– Les faibles coûts d’opération
• La contrepartie de ces avantages est le débit limité de communication et la
limitation du nombre de communications bidirectionnelles (à partir de
l’objet ou vers l’objet).
• Ce type de réseaux permet la communication sur un minimum de 500
mètres, requiert une puissance minimale et est utilisé pour la majorité des
appareils IoT.
28
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Liaisons sans fil à faible
consommation énergétique (LPWAN)
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux cellulaires
• La technologie qui équipe nos téléphones
portables depuis 30 ans. Plusieurs générations se
sont succédé :
– GSM : supportant uniquement les appels et SMS
– 2G : rendant possible l’envoi de MMS
– 3G : initiant l’utilisation de l’Internet mobile
– 4G : permettantle haut débit sur mobile, par exemple
le streaming vidéo HD)
– 5G en cours de commercialisation (particulièrement
adapté à l’IoT très gourmand en data, comme les
voitures autonomes).
30
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
31
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
6G
LPWAN - Réseaux cellulaires
LPWAN - Réseaux cellulaires
• Pour connecter votre objet au réseau cellulaire,il faut l’équiper, comme un
téléphone,d’une carte SIM. Cependant, les cartes SIM dédiées à l’IoT ne sont pas
celles vendues pour le grand public.Elles sont appelées cartes M2M, machine-to-
machine.
• Elles ont plusieursspécificités, par exemple de pouvoirrésister à des températures
extrêmes.
• L’utilisation du réseau cellulairepour l’IoT présente de nombreux avantages:
– Les antennes sont déjà installéeset dense.
– La couverture d’une antennes’étend sur plusieursdizaines de kilomètres.
– La configurationest minimale.
– La part de la connectivitédans le coût de l’IoT est beaucoupplus faibleque
pour d’autres technologies.
– Plus sécurisé
• L’utilisation du réseau cellulairepar l’IoT est limitée par le fait qu’il est gourmand
en énergie. Le choix du cellulaireest moins évident dansdes zones sans accès au
réseau électrique.
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux cellulaires: Nb-IoT
• Créé en 2014 Nb-IoT (NarrowBand IoT).
• Le réseau Nb-IoT autrement appelé LTE Cat-NB1 (LTE: Long Term
Evolution,NB: Narrow Band) est une technologie qui peut fonctionner sur
la bande de fréquence 200 KHz anciennement utilisée par le réseau GSM
comme elle peut fonctionner sur le réseau LTE qui peut lui allouer des
ressources.
• Les antennes Nb-IoT ont une portée pouvant aller jusqu’à 1 km en zones
urbaines et 10 km en zones rurales. Sur ces portées, le Nb-IoT assure une
transmissionbidirectionnelleavec un débit de données pouvant aller de
20 jusqu’à 250 kbits/s.
• Comparé aux autres technologies de réseaux cellulaires, ce bas débit a
permis une réduction significative de la consommationélectrique des
modules, les rendant plus adaptés à des cas d’usage de monitoring distant
sur batterie.
• Ce bas débit a aussi permis une réduction de la complexité et par
conséquent une réduction des coûts des dispositifs.
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux cellulaires LTE-M
• De même que le Nb-IoT, le LTE-M autrement appelé LTE Cat-M1 est une
solution proposée pour faire face à la demande croissante des industriels.
Plus particulièrement, ceux qui souhaitent déployer des solutions M2M et
IoT sur des réseaux cellulaires mais qui ont besoin d’une alternative moins
gourmande en énergie et en coût.
• La portée des signaux LTE-M peut aller jusqu’à 0.4 km en zones urbaines
et à peu près 8 km en zones rurales.
• La réduction du débit de transmissiondes données a permis de faire des
économies au niveau du budget énergétique des dispositifs déployés et a
ouvert ainsi le champ d’applications de l’IoT à des cas d’usage qui étaient
réservés auparavant uniquement pour les LPWAN non-cellulaires.
• À la différence du Nb-IoT, le LTE-M permet une transmissionde données à
des débits faibles de l’ordre de la dizaine de bits/s tout comme il permet la
transmission de données à des débits pouvant avoisiner les 1 Mbits/s.
=> De ce fait, le LTE-M permet de couvrir un champ d’applications plus large
que le Nb-IoT.
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux cellulaires LTE-M vs NB-IoT
• Les technologies LTE-M et NB-IoT consistent toutes les deux en une évolutionde
l’utilisationdes antennes4G existantes, et ne nécessitent pas la pose de nouvelles
antennes. Elles permettent d’échanger sur le réseaucellulaire, donc avec une
couverture réseau extrêmement solide et à travers plusieurspays.
• La technologie LTE-M permet l’échange de faibles quantitésde données pour une
consommationénergétique très restreinte. Toutefois, c’est le dispositif LPWAN qui
permet la plus grosse bande passante, en plus de la voix et le SMS.
• Le réseau Nb-IoT est une solution cousine de LTE-M, mais un débit data4 fois plus
faible (0,24 kb/s contre 1 mo/s), le réseau Nb-IoT correspond à un usage de type :
capteursde fuite d’eau, capteursd’aciditépour les sols agricoles, capteursde
pollutionde l’air.
• Nb-IoT permet l’envoide données très légères (quelques chiffres) à intervalles
réguliers
35
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux non cellulaires
 Deux grandes technologies s’affrontentsur ce marché, toutes
les deux d’origine Française mais développée avec des fonds
étrangers.
 SigFox Technologie et opérateur télécom mondial.
Opérationnel depuis quelques années.
 LoRaWan technologie de Semtech,sur laquelle est bâti par un
consortium une norme de communicationréseau. Opérée par
des Orange, Bouygues… ou privés.
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux non cellulaires:
Sigfox
• La startup française SigFox fut la première à rendre la technologie LPWAN
populaire. Au début des années 2010, l’entreprise développe le réseau
SigFox qui repose sur une technologie brevetée de bande ultra-étroite
UNB (Ultra Narrow band)
• Les antennes Sigfox ont une portée qui varie entre 3 à 10 km en zones
denses et peut aller jusqu’à 50 km sur des zones avec peu d’obstacles.
• Le débit des données est de 100 bits/s. Dans sa version initiale, le
protocole SigFox supportait uniquement des communications
unidirectionnelles, ce qui permettait aux modules Sigfox de transmettre
leurs données mais ne leur permettait pas d’en recevoir.
• Le protocole a évolué pour supporter des communications
bidirectionnelles. Il permet aujourd’hui d’envoyer un maximum de 140
messages par jour contenant chacun 12 octets. Il permet de recevoir 4
messages chacun contenant 4 octets de charge utile.
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux non cellulaires:
Sigfox
• Le réseau sigfox couvre une grande partie du
territoire français et plusieurs pays européens
(Espagne, Pays-bas, Royaume-Uni, Portugal,etc.),
• Quelques Services:
– contrôler des panneaux publicitaires,
– gérer le systèmede ventilation et de chauffage des
immeubles professionnels ou privés,
– gérer des alarmes d’une maison (détecteur
d’incendie, détecteur de fuite de gaz, alarme de
sécurité…),
– mieux prévoir les dangers qui menacent la nature
(flux d’eau, climat, tremblement de terre, etc.)
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux non cellulaires:
LoRaWAN
• LoRaWAN (Long Range Radio Wide Area Network) est basé sur la
technologie LoRa (Long Range) créée par Cycleo, une startup française
aussi rachetée par la suite par le groupe Semtech en 2012.
• Depuis 2015, le LoRaWAN est porté par une association à but non lucratif
appelé The LoRa Alliance, qui regroupe plus de 500 entreprises.
• Dans l’architecture d’un réseau LoRaWANon peut distinguer 3 modes de
communications :
– Les données émises par les capteurs sont transmises en LoRa aux
différentes passerelles (Gateways).
– Les passerelles transmettent les données centralisées à un serveur au
cloud au travers d’un protocole IP au moyen de réseaux ethernet, WiFi
ou 3G/4G.
– En dernière étape, les données du serveur cloud sont transmises aux
utilisateurs via Internet.
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux non cellulaires:
LoRaWAN
• Inclut d’autres fonctionnalités telle que la sécurité, le cryptage
E2E, débit adaptatif, etc.
• Adopte une topologie en étoile étendue dans laquelle les
passerelles (concentrateurs)relaient les messages entre les
nœuds extrémités (end devices) et un serveur de réseau
central.
• LoRaWan revendique un débit adaptatif compris entre 0,3 et
50 kbits par seconde et une communicationbidirectionnelle
moins limitée que son concurrent direct SigFox.
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux non cellulaires:
LoRaWAN
• Le LoRa, comme le SigFox opère sur une plage de fréquences ISM sans
licence, il utilise les fréquences de 868 MHz en Europe et de 915 MHz en
Amérique du Nord.
• Il est important de préciser que LoRa représente la couche physique
radiofréquence et que LoRaWAN représente la couche protocole.
• LoRaWAN assure une transmission de données bidirectionnelle et utilise
une modulation à étalement de spectre appelé CSS (Chirp Spread
Spectrum).
• Lora utilise les bandes de fréquences ISM (868 MHz et 433 MHz pour
l’Europe et 915 MHz aux USA) avec une portée comprise entre 15 et 20
km dans les zones rurales et entre 3 et 8 km dans les zones urbaines.
41
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux non cellulaires:
LoRaWAN
• Les passerelles sont connectées au serveur réseau en utilisant une
connexion IP
• Les nœuds extrémités utilisent le protocole LoRa pour communiquer en
un seul saut avec une ou plusieurs passerelles.
• La communication entre les end devices et les passerelles est propagée
sur des canaux différents et avec des débits variables
• Le choix du débit est un compromis entre la portée et la durée du
messageenvoyé.
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux non cellulaires:
LoRaWAN
• LoRa WAN offre trois classes de services
– Class A: offre une communicationbidirectionnelle dans
laquelle une transmission montante(uplink) est suivie par
deux courtes fenêtres de réception (downlink) définies
aléatoirement.
– Class B: en plus des fenêtres de réception de classe A,
d’autres fenêtres sont définies. Le nœud extrémité reçoit
de la passerelle des beacons de synchronisation pour
ouvrir ses fenêtres de réception
– Classe C: les nœuds ont en continue des fenêtres de
réception ouvertes qui ne sont fermées qu’à la
transmission
43
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Architecture LoRaWAN
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Architecture LoRaWAN
• Les objets communiquent vers des Gateway LoRaWAN,
plusieurs gateway peuvent capter les messages émis
par les objets.
• Chaque Gateway remontentun message enrichi vers
un Cloud opérateur qui gèrent les objets, le stockage
des messages et communication avec les application
métiers.
• Le Cloud opérateur pousse ensuite les messages bruts
vers l’application métier : callback HTTP/S sous la
forme d’une requête de type PUSH ou GET.
• Cette interface Cloud <=> Application métier est
spécifique à chaque opérateur, chaque technologie
45
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LoRa – Une communication point à
point
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Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux non cellulaires:
LoRa vs sigfox
• Les points communsentre sigfoxet LoRa
• Tout d’abord, il s’agit de réseaux permettant d’envoyer des messages de petite
taille de l’ordre de l’Octet (12 pour Sigfox et 24 pour LoRa). D’autre part, ce sont des
réseaux à fort taux de pénétration.
• Les points forts du LoRa
• LoRa est plus qu’un réseau, il s’agit d’une technologie « standardisée» basée sur 2
bandes de fréquences libres (868 MHz en Europe et 915 MHz en Amérique).
• Nous parlons de standard,car il est à la portée de tous de déployer son propre
réseau LoRa en mode privé. Ainsi un industrielpeut déployer plusieurs antennes
LoRaWan sur son site et déployer progressivement des objetsconnectés respectant
cette technologie.
• C’est d’ailleursparce qu’il s’agit d’une technologie standardiséeque ce type de
réseau est rapidement déployé par la plupart des opérateursde téléphonie.
• Les points forts du Sigfox
• Sigfox est un réseau opéré par un seul et unique opérateur,qui est son concepteur,
Sigfox. Cette technologie tout comme le LoRa utilise les bandes de fréquence
868 MHz et 915 MHz).
• D’autre part, l’ensemble des modules de communicationSigfox sont
nécessairement certifiés et validés par l’opérateur,ainsi que chaque référence
d’objet.
47
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LPWAN - Réseaux non cellulaires:
LoRa vs sigfox
• NB: Dès que le terme LoRa est évoqué, on
pense de suite au réseau du toulousain Sigfox.
Bien que ces deux réseaux permettent de
répondre aux mêmes problématiques,ils
divergent sur leur exploitation. En effet le
réseau Sigfox est propriétaire à la société du
même nom, et il ne peut être utilisé et exploité
qu’avec l’accord de la société et moyennant
une commission annuelle.
48
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LoRaWAN Tunisie
• Aujourd’huila technologie LoRa est moins
développée en Tunisie par rapport à son
ampleur dans le monde. Beaucoup
d’opérateursont été alignés avec des
entreprises tunisiennes spécialisées dans le
domaine pour le lancement des projets basés
sur la technologie LoRa. Cependant nous
n’avons pas encore constaté un avancement
sur ces projets
49
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
LoRaWAN Tunisie
• Aujourd’hui la technologie LoRa est moins développée en Tunisie
par rapport à son ampleur dans le monde. Beaucoup d’opérateurs
ont été alignés avec des entreprises tunisiennes spécialisées dans le
domaine pour le lancement des projets basés sur la technologie
LoRa. Cependant nous n’avons pas encore constaté un avancement
sur ces projets
• La tunisie consacre aujourd’hui une source jurdique pour ceux qui
veulent exploiter la technologie LoRa, il va falloir faire une demande
d’une licence d’un opérateur IoT au ministère des technologies de
la communication et de l’economie numérique pour pouvoir
exploiter la technologie LoRa en Tunisie.
• Concernant les offres basées sur la technologie LoRa annoncées par
les grands opérateurs en Tunisie, nous n’avons pas encore entendu
d’un grand avancement sur ces projets à part des proof of concept
(POC) démontrés pas ces derniers
50
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
51
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
Réseaux satellitaire
• Le réseau satellite reste encore l’unique solution pour les
zones reculées (haute mer, désert, haute montagne), où il
n’y a aucune alternative.
• Les entreprises communément appelées du New Space
(Space X, Blue Origin…) développent des projets de
constellations qui ont pour but de connecter toute la
planète à un réseau Internet haut débit.
• Si la disponibilité commerciale de ce projet prend plusieurs
années, la principale conséquence est d’avoir
considérablement abaissé le prix du lancement de
satellites, avec une répercussion sur le prix des services
associés.
•
52
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
En guise de conclusion..
• Si vous ne deviez retenir qu’un seul concept, il s’agit de la balance
entre 3 critères : portée, bande passante et consommation
d’énergie.
• La connectivité des objets connectés est assujettie à de constantes
évolutions technologiques, économiques, politiques et normatives.
• Si le choix du type de connexion (WAN, PAN, LAN ou LPWAN)
s’impose à vous par les contraintes techniques de l’espace et de
l’utilisation et de votre objet connecté, il existe des mouvements
d’influence considérables pour imposer une norme particulière
plutôt qu’une autre (entre Sigfox et LoRa par exemple).
• A cela s’ajoutent les débats de société sur la 5G ou la robotisation.
• Le choix de la connectivité de votre gamme IoT dépasse donc un
cadre purement technique, mais doit être associé à une vraie
réflexion stratégique.
53
Imene Sghaier-Fondements de l’IoT

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  • 1. Chapitre3 Technologies de communication et Contraintes IoT © Imene Sghaier
  • 2. Introduction • Un système IoT réunit de nombreux acteurs et composantstechnologiques.Il est composé d’objets connectés, de réseaux de communicationsans fil, de plateformes de collecte/d’hébergement/de traitement des données, d’applications/services pour les utilisateurs finaux et d’une supervision/sécurisationde toute la chaîne. Imene Sghaier-Fondements de l’IoT 2
  • 4. Objets connectés • L’objet connecté est d’abord un objet qui a une fonction mécanique et/ou électrique propre, il peut soit être conçu directement « connectable », soit il est déjà existant et la connectivité est rajoutée à postériori. • L’objet connecté a pour fonction de collecter des données de capteurs, de traiter ces données et de les communiquer à l’aide de d’une fonction de connectivité et de recevoir des instructions pour exécuter une action. • NB: Généralement ces fonctions de l’objet connecté nécessitent une source d’énergie, surtout quand les données sont prétraitées directement dans l’objet. 4 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 5. La connectivité IoT • Lors de la planificationd'un projet IoT, il est important de tenir compte de la manière dont l'appareil se connectera et communiquera. • Cela déterminera les technologies et les protocoles IoT qui s'appliqueront à celui-ci. • Dans la pile de technologies IoT, les appareils se connectent via des passerelles ou des fonctionnalitésintégrées. 5 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 6. La connectivité IoT 6 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 7. Passerelle IoT • Les passerelles connectent les appareils IoT aux clouds. • Les données collectées à partir des appareils IoT transitent par une passerelle, sont prétraitées en périphérie, puis envoyées au cloud. • L'utilisation de passerelles IoT permet d'allonger l'autonomie de la batterie, de réduire la latence et de raccourcir les transmissions. • Les passerelles nous permettent également de connecter des appareils sans accès direct à Internet et offrent une couche de sécurité supplémentaire en protégeant les données qui circulent dans les deux sens. • Le type de connectivité requis dépend de l'appareil, de sa fonction et de ses utilisateurs. En général, celui-ci est déterminé par la distance que les données doivent parcourir (courte ou longue). 7 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 8. Choix de la technologie de connectivité • Les réseaux sont le maillon prépondérant d’un projet d’IoT, ils doivent répondre à un critère d’usage qui est la couverture de la zone d’usage des objets : • Sur un campus, • Sur une ville, • à l'ensemble de la planète. • Et ils doivent répondre à une contrainte : l’objet disposera-t-il d’une source d’énergie en permanence ??? • Cela conditionne : – L’architecture de la solution, – La conception de l’objet, – Le cycle de vie de la solution • En effet, toutes les technologies ne sont pas adaptées à tous les cas d’usages et leur déploiement. • NB: Une erreur d’appréciation dans le choix du réseau IoT impactera le service offert 8 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 9. Critères de choix • Chaque réseau peut être considéré en fonction de trois critères fondamentaux : – Sa consommationd’énergie (combien d’énergie consommée pour envoyer 1 Mo). – Sa bande passante (combien de temps nécessaire pour envoyer 1 Mo). – Sa portée (sur combien de mètres ou kilomètres la connexion reste fiable).  A ces critères s’ajoutent d’autres points auxquels nous donnons de l’importance: – La disponibilité des modules – Déploiement et interopérabilité avec les technologies déjà utilisées – Espérance de vie, – Le niveau de sécurité, – Coût, maintenance, – Fréquence de récupération de données (temps-réel, période…) 9 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 10. Types de réseaux IoT 10 Réseaux faiblespuissance et courte portée Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 11. Types de réseaux IoT • Nous pouvons différencier les types de réseaux IoT selon cette typologie : – WAN (Wide Area Network) : un réseau de plusieurs dizaines de kilomètres carrés – LPWAN (Low Power Wide Area Network) : réseau de plusieurs dizaines de kilomètres carrés mais utilisant peu d’énergie (car peu de bande passante) – PAN (Personal Area Network) : le réseau de quelques mètres (Bluetooth) – LAN (Local Area Network) : le réseau Internet privé de votre domicile ou de votre entreprise (Wifi) – Satellite : partout dans le monde pour peu de ne pas être dans un tunnel (GPS) 11 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 12. PAN • Ce sont les réseaux grand public attachés à la personne, orientés autour du sport & bien- être, des loisirs, des médias, des réseaux sociaux et de l’efficacité personnelle. Ces réseaux sont donc très souvent liés aux smartphones ou à des dispositifs miniaturisés et portables. Les principauxréseaux sont : 12 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 13. PAN: Bluetooth • Bluetooth (BLE, BLE Smart, etc…) qui permet une connectivité facile à quelques mètres (10 mètres) en utilisant un protocole de communicationtrès largement diffusé et disponiblenativement sur de très nombreux appareils. Il est idéal pour le transfert de données à haut débit. 13 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 14. PAN: Bluetooth • Le Bluetooth, est une technologie connue et maitrisée par tous depuis maintenant une vinghtaine d’années. Il s’agit d’une technologie radio de moyenne portée (environ 10m) qui permet d’envoyer des messages de grande taille et en grande quantité. • Cependant, cette connectivité ne se suffit pas à elle-même car elle nécessite une tierce technologie pour transférer et stocker les données. D’autre part, il s’agit d’un moyen de communication disposant d’un grand débit, puisqu’il repose sur la bande de fréquence 2,4 GHz tout comme le Wifi. • Prenons l’exemple de montres de sport connectées. Vous pouvez synchroniser vos activités avec votre téléphone, mais c’est le réseau mobile qui fait le lien avec la plate-forme cloud du fabricant pour stocker et exploiter vos données. 14 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 15. PAN: Bluetooth • Elle s’est imposée dans le secteur de l'informatique et dans différents marchés de produits de consommation • La technologie Bluetooth est un acteur incontournable pour les télécoms de courte portée. • Apporte une contribution majeure pour les produits portables notamment, facilitant encore une fois la connexion à l'IoT même par l'intermédiaire d'un smartphone. • La nouvelle technologie Bluetooth Low-Energy (BLE), qui répond désormais au nom de Bluetooth Smart, est un protocole important pour les applications IoT. Offrant une portée similaire à celle du Bluetooth, elle a été conçue pour réduire considérablement la consommationélectrique. • La technologie BLE industriel, issu du Bluetooth grand public fiabilisé pour l’industrie, permet la création de réseaux denses dans les entrepôts ou le tertiaire pour suivre les biens et les capteurs, avec une distance de communication typique de 20 à 200m. Pouvant associer les étiquettes BLE avec des balises, des répétiteurs et des routeurs, ces réseaux permettent de très nombreuses applications allant jusqu’à la géolocalisation à l’intérieur des bâtiments. 15 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 16. Les réseaux du bâtiment Ces réseaux conviennent aux maisons, bureaux et autres environnements de petite taille. Ils se prêtent à des batteries de petite taille (et, dans certains cas, à des configurationssans batterie) et leur utilisation est souvent peu coûteuse. 16 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 17. Les réseaux du bâtiment : RFID • Un mode de connexion particulier, dédié à l’identification, on pourrait le surnommer code-barre 2.0. • Une puce RFID permet d’identifier à distance, comme on le ferait en scannant un code-barre, mais jusqu’à 100 mètres. C’est une technologie qui vient en complément d’autres types de connectivité. • Il est important de savoir qu’il existe deux technologies de RFID, la RFID active et la RFID passive. Ce qui les distingue est l’objet qui émet le signal. • Dans la RFID passive, le Tag est une simple antenne qui est activée dès lors qu’elle se trouve à portée d’un émetteur. C’est typiquement ce que l’on retrouve dans beaucoup de systèmes antivol dans les magasins. L’étiquette que vous devez couper est un Tag RFID et les portiques de sécurité sont des émetteurs. C’est aussi un système que beaucoup utilisent quotidiennement pour le contrôle d’accès ou les pointeuses mais aussi pour un nouvel usage de consommation : le paiement sans contact. • 17 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 18. Les réseaux du bâtiment : RFID • Pour ce qui est de la RFID active, il s’agit d’objets comprenant un tag et capables d’émettre le signal à proximité d’un autre objet RFID. L’intérêt de de cette technologie est d’étendre la portée du signal à quelques mètres. Reprenons une application que tout le monde connaît, votre badge télépéage. Il est composé d’une pile, d’une antenne. Lorsque vous passez à proximité d’une barrière, votre badge envoie son identifiant. • Il est important de comprendre que la RFID est une technologie qui ne se suffit pas à elle-même, elle doit absolument être couplée à une autre technologie pour pouvoir collecter et stocker les données. 18 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 19. Les réseaux du bâtiment: Zigbee • Zigbee:réseau maillé du bâtiment, permettant de connecter les objets de proche en proche, basé sur un protocole propriétaire géré par la Zigbee Alliance, souvent utilisé en domotique pour remplacer le câblage électrique (lumières, capteurs de confort, capteurs d’alertes). • Zigbee convient tout particulièrement aux réseaux personnels composés de petits appareils à faible consommation, faible bande passanteet courte portée. • Le Zigbee est un protocolede communicationsimilaire au Bluetooth mais dédié à l’IoT. Il consomme peu, et est fait pour envoyer de petits volumes de données (entre 20 et 250 Kb/s). Il permet d’utiliser chaque objet comme “rallonge de connexion”. • À l'instar du Bluetooth, ZigBee dispose d'une importante base d'exploitation installée, surtout en milieu industriel. Parmi les profils ZigBee disponibles, ZigBee PRO et ZigBee RemoteControl (RF4CE) reposent sur le protocole IEEE802.15.4 ; fonctionnant à 2,4 GHz, cette technologie de réseau sans fil standard de l'industrie cible les applications nécessitant des échanges de données relativement peu fréquents à de faibles vitesses de transmission sur un espace restreint et dans une portée de 100m (résidence ou bâtiment, par exemple). 19 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 20. Les réseaux du bâtiment: Z-Wave • Z-Wave: réseau maillé assez similaire à Zigbee, permettant à des appareils ménagers de communiquer à l'aide d'ondes radio de faible puissance. • Z-Wave offre une interopérabilité de la couche Applicationentre les systèmes domotiques. 20 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 21. Les réseaux du bâtiment: Thread/ 6LoWPAN • Thread/ 6LoWPAN : réseau maillé du bâtiment, qui a pour vocation d’harmoniser la connexion des objets pour la maison connectée. C’est un protocole propriétaire basé sur la technologie 6LoWPAN (IPv6 Low power Wireless Personal Area Networks),et piloté par une alliance d’industriels emmenée par Google 21 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 22. Les réseaux du bâtiment: wifi/802.11 • Compte tenu de son faible coût d'utilisation, le Wi-Fi est devenu la norme dans nos maisons et bureaux. Cela dit, il peut ne pas convenir à tous les scénarios en raison de sa portée limitée et de sa consommation d'énergie 24h/24 et 7j/7. • Le Wifi permet un très important débit data (environ 400 Mb/s pour les modems grand public récents), de manière fiable et sécurisée. Toutefois il consomme beaucoup d'énergie et sa portée est relativement limitée (35 m), d’autant plus au travers d’obstacles comme des murs épais. • Le Wifi 6, aussi appelé Wifi AX, nouvelle génération en cours de commercialisation, va permettre d’améliorer considérablement la connectivité des objets connectés. 22 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 23. Les réseaux du bâtiment: Dash7 • Dash7 : réseau plus longue distance pour la domotique et l’automobile, permettant une meilleure pénétration dans les bâtiments à 433MHz et 868Mhz, protocole propriétaire piloté par la Dash7 Alliance. 23 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 24. Low-Power Wide-Area Networks 24 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 25. Low-Power Wide-Area Networks 20 years on simple battery 25 mW transmission power 25 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT Certains objets connectés (capteurs, trackers…) n’ont besoin d’envoyer que peu d’informations par jour et donc n’ont besoin que d’un petit débit. Ainsi la consommation énergétique est considérablement réduite pour atteindre des durées de vie de batterie se comptant en années.
  • 26. Low-Power Wide-Area Networks 2-3 km urban indoor 15-50 km rural outdoor 26 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT Les LPWAN (Low Power Wide Area Networks) sont de nouveaux types de réseaux longue portée conçus pour limiter la consommation d’énergie des objets connectés. Ces réseaux ont une portée accrue qui permet de connecter des objets enfouis ou en zones rurales.
  • 27. 27 Les technologies Zigbee, Wifi, etc. ont une portée limitée, •L’utilisation de ces technologies est consommatrice de la batterie, •leur coût peut être élevé. •La solution des réseaux cellulaires traditionnels est sur- dimensionnée pour les applications IoT et présente un coût élevé, une grande infrastructure, grande puissance, débit important. Les réseaux LPWAN (LowPower Wide Area Networks) est une réponse adaptée au monde de l’IoT => Grande portée mais avec une faible consommation d’énergie Les réseaux LPWAN (Low Power Wide Area Network) Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 28. Les réseaux LPWAN (Low Power Wide Area Network) • Ce sont les nouveaux réseaux (cellulaires ou non) dédiés aux objets connectés en extérieur. Ils sont idéaux pour remonter des informations simples de capteurs et de localisation vers des plateformes de gestion d’objets, sur le cloud ou sur des réseaux privés. • Ces réseaux sont basés sur des protocoles privilégiant : – La très basse consommation – La très longue distance de communication(plusieurskm) – La bonne couverture à l’intérieurdes bâtiments – La très forte densité d’objets connectables – Les faibles coûts d’opération • La contrepartie de ces avantages est le débit limité de communication et la limitation du nombre de communications bidirectionnelles (à partir de l’objet ou vers l’objet). • Ce type de réseaux permet la communication sur un minimum de 500 mètres, requiert une puissance minimale et est utilisé pour la majorité des appareils IoT. 28 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 29. Liaisons sans fil à faible consommation énergétique (LPWAN) 29 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 30. LPWAN - Réseaux cellulaires • La technologie qui équipe nos téléphones portables depuis 30 ans. Plusieurs générations se sont succédé : – GSM : supportant uniquement les appels et SMS – 2G : rendant possible l’envoi de MMS – 3G : initiant l’utilisation de l’Internet mobile – 4G : permettantle haut débit sur mobile, par exemple le streaming vidéo HD) – 5G en cours de commercialisation (particulièrement adapté à l’IoT très gourmand en data, comme les voitures autonomes). 30 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 31. 31 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT 6G LPWAN - Réseaux cellulaires
  • 32. LPWAN - Réseaux cellulaires • Pour connecter votre objet au réseau cellulaire,il faut l’équiper, comme un téléphone,d’une carte SIM. Cependant, les cartes SIM dédiées à l’IoT ne sont pas celles vendues pour le grand public.Elles sont appelées cartes M2M, machine-to- machine. • Elles ont plusieursspécificités, par exemple de pouvoirrésister à des températures extrêmes. • L’utilisation du réseau cellulairepour l’IoT présente de nombreux avantages: – Les antennes sont déjà installéeset dense. – La couverture d’une antennes’étend sur plusieursdizaines de kilomètres. – La configurationest minimale. – La part de la connectivitédans le coût de l’IoT est beaucoupplus faibleque pour d’autres technologies. – Plus sécurisé • L’utilisation du réseau cellulairepar l’IoT est limitée par le fait qu’il est gourmand en énergie. Le choix du cellulaireest moins évident dansdes zones sans accès au réseau électrique. 32 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 33. LPWAN - Réseaux cellulaires: Nb-IoT • Créé en 2014 Nb-IoT (NarrowBand IoT). • Le réseau Nb-IoT autrement appelé LTE Cat-NB1 (LTE: Long Term Evolution,NB: Narrow Band) est une technologie qui peut fonctionner sur la bande de fréquence 200 KHz anciennement utilisée par le réseau GSM comme elle peut fonctionner sur le réseau LTE qui peut lui allouer des ressources. • Les antennes Nb-IoT ont une portée pouvant aller jusqu’à 1 km en zones urbaines et 10 km en zones rurales. Sur ces portées, le Nb-IoT assure une transmissionbidirectionnelleavec un débit de données pouvant aller de 20 jusqu’à 250 kbits/s. • Comparé aux autres technologies de réseaux cellulaires, ce bas débit a permis une réduction significative de la consommationélectrique des modules, les rendant plus adaptés à des cas d’usage de monitoring distant sur batterie. • Ce bas débit a aussi permis une réduction de la complexité et par conséquent une réduction des coûts des dispositifs. 33 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 34. LPWAN - Réseaux cellulaires LTE-M • De même que le Nb-IoT, le LTE-M autrement appelé LTE Cat-M1 est une solution proposée pour faire face à la demande croissante des industriels. Plus particulièrement, ceux qui souhaitent déployer des solutions M2M et IoT sur des réseaux cellulaires mais qui ont besoin d’une alternative moins gourmande en énergie et en coût. • La portée des signaux LTE-M peut aller jusqu’à 0.4 km en zones urbaines et à peu près 8 km en zones rurales. • La réduction du débit de transmissiondes données a permis de faire des économies au niveau du budget énergétique des dispositifs déployés et a ouvert ainsi le champ d’applications de l’IoT à des cas d’usage qui étaient réservés auparavant uniquement pour les LPWAN non-cellulaires. • À la différence du Nb-IoT, le LTE-M permet une transmissionde données à des débits faibles de l’ordre de la dizaine de bits/s tout comme il permet la transmission de données à des débits pouvant avoisiner les 1 Mbits/s. => De ce fait, le LTE-M permet de couvrir un champ d’applications plus large que le Nb-IoT. 34 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 35. LPWAN - Réseaux cellulaires LTE-M vs NB-IoT • Les technologies LTE-M et NB-IoT consistent toutes les deux en une évolutionde l’utilisationdes antennes4G existantes, et ne nécessitent pas la pose de nouvelles antennes. Elles permettent d’échanger sur le réseaucellulaire, donc avec une couverture réseau extrêmement solide et à travers plusieurspays. • La technologie LTE-M permet l’échange de faibles quantitésde données pour une consommationénergétique très restreinte. Toutefois, c’est le dispositif LPWAN qui permet la plus grosse bande passante, en plus de la voix et le SMS. • Le réseau Nb-IoT est une solution cousine de LTE-M, mais un débit data4 fois plus faible (0,24 kb/s contre 1 mo/s), le réseau Nb-IoT correspond à un usage de type : capteursde fuite d’eau, capteursd’aciditépour les sols agricoles, capteursde pollutionde l’air. • Nb-IoT permet l’envoide données très légères (quelques chiffres) à intervalles réguliers 35 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 36. LPWAN - Réseaux non cellulaires  Deux grandes technologies s’affrontentsur ce marché, toutes les deux d’origine Française mais développée avec des fonds étrangers.  SigFox Technologie et opérateur télécom mondial. Opérationnel depuis quelques années.  LoRaWan technologie de Semtech,sur laquelle est bâti par un consortium une norme de communicationréseau. Opérée par des Orange, Bouygues… ou privés. 36 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 37. LPWAN - Réseaux non cellulaires: Sigfox • La startup française SigFox fut la première à rendre la technologie LPWAN populaire. Au début des années 2010, l’entreprise développe le réseau SigFox qui repose sur une technologie brevetée de bande ultra-étroite UNB (Ultra Narrow band) • Les antennes Sigfox ont une portée qui varie entre 3 à 10 km en zones denses et peut aller jusqu’à 50 km sur des zones avec peu d’obstacles. • Le débit des données est de 100 bits/s. Dans sa version initiale, le protocole SigFox supportait uniquement des communications unidirectionnelles, ce qui permettait aux modules Sigfox de transmettre leurs données mais ne leur permettait pas d’en recevoir. • Le protocole a évolué pour supporter des communications bidirectionnelles. Il permet aujourd’hui d’envoyer un maximum de 140 messages par jour contenant chacun 12 octets. Il permet de recevoir 4 messages chacun contenant 4 octets de charge utile. 37 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 38. LPWAN - Réseaux non cellulaires: Sigfox • Le réseau sigfox couvre une grande partie du territoire français et plusieurs pays européens (Espagne, Pays-bas, Royaume-Uni, Portugal,etc.), • Quelques Services: – contrôler des panneaux publicitaires, – gérer le systèmede ventilation et de chauffage des immeubles professionnels ou privés, – gérer des alarmes d’une maison (détecteur d’incendie, détecteur de fuite de gaz, alarme de sécurité…), – mieux prévoir les dangers qui menacent la nature (flux d’eau, climat, tremblement de terre, etc.) 38 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 39. LPWAN - Réseaux non cellulaires: LoRaWAN • LoRaWAN (Long Range Radio Wide Area Network) est basé sur la technologie LoRa (Long Range) créée par Cycleo, une startup française aussi rachetée par la suite par le groupe Semtech en 2012. • Depuis 2015, le LoRaWAN est porté par une association à but non lucratif appelé The LoRa Alliance, qui regroupe plus de 500 entreprises. • Dans l’architecture d’un réseau LoRaWANon peut distinguer 3 modes de communications : – Les données émises par les capteurs sont transmises en LoRa aux différentes passerelles (Gateways). – Les passerelles transmettent les données centralisées à un serveur au cloud au travers d’un protocole IP au moyen de réseaux ethernet, WiFi ou 3G/4G. – En dernière étape, les données du serveur cloud sont transmises aux utilisateurs via Internet. 39 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 40. LPWAN - Réseaux non cellulaires: LoRaWAN • Inclut d’autres fonctionnalités telle que la sécurité, le cryptage E2E, débit adaptatif, etc. • Adopte une topologie en étoile étendue dans laquelle les passerelles (concentrateurs)relaient les messages entre les nœuds extrémités (end devices) et un serveur de réseau central. • LoRaWan revendique un débit adaptatif compris entre 0,3 et 50 kbits par seconde et une communicationbidirectionnelle moins limitée que son concurrent direct SigFox. 40 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 41. LPWAN - Réseaux non cellulaires: LoRaWAN • Le LoRa, comme le SigFox opère sur une plage de fréquences ISM sans licence, il utilise les fréquences de 868 MHz en Europe et de 915 MHz en Amérique du Nord. • Il est important de préciser que LoRa représente la couche physique radiofréquence et que LoRaWAN représente la couche protocole. • LoRaWAN assure une transmission de données bidirectionnelle et utilise une modulation à étalement de spectre appelé CSS (Chirp Spread Spectrum). • Lora utilise les bandes de fréquences ISM (868 MHz et 433 MHz pour l’Europe et 915 MHz aux USA) avec une portée comprise entre 15 et 20 km dans les zones rurales et entre 3 et 8 km dans les zones urbaines. 41 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 42. LPWAN - Réseaux non cellulaires: LoRaWAN • Les passerelles sont connectées au serveur réseau en utilisant une connexion IP • Les nœuds extrémités utilisent le protocole LoRa pour communiquer en un seul saut avec une ou plusieurs passerelles. • La communication entre les end devices et les passerelles est propagée sur des canaux différents et avec des débits variables • Le choix du débit est un compromis entre la portée et la durée du messageenvoyé. 42 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 43. LPWAN - Réseaux non cellulaires: LoRaWAN • LoRa WAN offre trois classes de services – Class A: offre une communicationbidirectionnelle dans laquelle une transmission montante(uplink) est suivie par deux courtes fenêtres de réception (downlink) définies aléatoirement. – Class B: en plus des fenêtres de réception de classe A, d’autres fenêtres sont définies. Le nœud extrémité reçoit de la passerelle des beacons de synchronisation pour ouvrir ses fenêtres de réception – Classe C: les nœuds ont en continue des fenêtres de réception ouvertes qui ne sont fermées qu’à la transmission 43 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 45. Architecture LoRaWAN • Les objets communiquent vers des Gateway LoRaWAN, plusieurs gateway peuvent capter les messages émis par les objets. • Chaque Gateway remontentun message enrichi vers un Cloud opérateur qui gèrent les objets, le stockage des messages et communication avec les application métiers. • Le Cloud opérateur pousse ensuite les messages bruts vers l’application métier : callback HTTP/S sous la forme d’une requête de type PUSH ou GET. • Cette interface Cloud <=> Application métier est spécifique à chaque opérateur, chaque technologie 45 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 46. LoRa – Une communication point à point 46 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 47. LPWAN - Réseaux non cellulaires: LoRa vs sigfox • Les points communsentre sigfoxet LoRa • Tout d’abord, il s’agit de réseaux permettant d’envoyer des messages de petite taille de l’ordre de l’Octet (12 pour Sigfox et 24 pour LoRa). D’autre part, ce sont des réseaux à fort taux de pénétration. • Les points forts du LoRa • LoRa est plus qu’un réseau, il s’agit d’une technologie « standardisée» basée sur 2 bandes de fréquences libres (868 MHz en Europe et 915 MHz en Amérique). • Nous parlons de standard,car il est à la portée de tous de déployer son propre réseau LoRa en mode privé. Ainsi un industrielpeut déployer plusieurs antennes LoRaWan sur son site et déployer progressivement des objetsconnectés respectant cette technologie. • C’est d’ailleursparce qu’il s’agit d’une technologie standardiséeque ce type de réseau est rapidement déployé par la plupart des opérateursde téléphonie. • Les points forts du Sigfox • Sigfox est un réseau opéré par un seul et unique opérateur,qui est son concepteur, Sigfox. Cette technologie tout comme le LoRa utilise les bandes de fréquence 868 MHz et 915 MHz). • D’autre part, l’ensemble des modules de communicationSigfox sont nécessairement certifiés et validés par l’opérateur,ainsi que chaque référence d’objet. 47 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 48. LPWAN - Réseaux non cellulaires: LoRa vs sigfox • NB: Dès que le terme LoRa est évoqué, on pense de suite au réseau du toulousain Sigfox. Bien que ces deux réseaux permettent de répondre aux mêmes problématiques,ils divergent sur leur exploitation. En effet le réseau Sigfox est propriétaire à la société du même nom, et il ne peut être utilisé et exploité qu’avec l’accord de la société et moyennant une commission annuelle. 48 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 49. LoRaWAN Tunisie • Aujourd’huila technologie LoRa est moins développée en Tunisie par rapport à son ampleur dans le monde. Beaucoup d’opérateursont été alignés avec des entreprises tunisiennes spécialisées dans le domaine pour le lancement des projets basés sur la technologie LoRa. Cependant nous n’avons pas encore constaté un avancement sur ces projets 49 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 50. LoRaWAN Tunisie • Aujourd’hui la technologie LoRa est moins développée en Tunisie par rapport à son ampleur dans le monde. Beaucoup d’opérateurs ont été alignés avec des entreprises tunisiennes spécialisées dans le domaine pour le lancement des projets basés sur la technologie LoRa. Cependant nous n’avons pas encore constaté un avancement sur ces projets • La tunisie consacre aujourd’hui une source jurdique pour ceux qui veulent exploiter la technologie LoRa, il va falloir faire une demande d’une licence d’un opérateur IoT au ministère des technologies de la communication et de l’economie numérique pour pouvoir exploiter la technologie LoRa en Tunisie. • Concernant les offres basées sur la technologie LoRa annoncées par les grands opérateurs en Tunisie, nous n’avons pas encore entendu d’un grand avancement sur ces projets à part des proof of concept (POC) démontrés pas ces derniers 50 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 52. Réseaux satellitaire • Le réseau satellite reste encore l’unique solution pour les zones reculées (haute mer, désert, haute montagne), où il n’y a aucune alternative. • Les entreprises communément appelées du New Space (Space X, Blue Origin…) développent des projets de constellations qui ont pour but de connecter toute la planète à un réseau Internet haut débit. • Si la disponibilité commerciale de ce projet prend plusieurs années, la principale conséquence est d’avoir considérablement abaissé le prix du lancement de satellites, avec une répercussion sur le prix des services associés. • 52 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT
  • 53. En guise de conclusion.. • Si vous ne deviez retenir qu’un seul concept, il s’agit de la balance entre 3 critères : portée, bande passante et consommation d’énergie. • La connectivité des objets connectés est assujettie à de constantes évolutions technologiques, économiques, politiques et normatives. • Si le choix du type de connexion (WAN, PAN, LAN ou LPWAN) s’impose à vous par les contraintes techniques de l’espace et de l’utilisation et de votre objet connecté, il existe des mouvements d’influence considérables pour imposer une norme particulière plutôt qu’une autre (entre Sigfox et LoRa par exemple). • A cela s’ajoutent les débats de société sur la 5G ou la robotisation. • Le choix de la connectivité de votre gamme IoT dépasse donc un cadre purement technique, mais doit être associé à une vraie réflexion stratégique. 53 Imene Sghaier-Fondements de l’IoT