L’IoT cellulaire consiste à connecter des appareils physiques à internet via les réseaux cellulaires. Grâce à cette connexion, les appareils peuvent envoyer et recevoir des informations, et ainsi intégrer l’internet des objets (Internet of Things, IoT). Parmi les types de connectivité, l’IoT cellulaire est le plus populaire, car il :
- Offre une excellente couverture
- Simplifie les déploiements internationaux
- Ne nécessite pas de configuration compliquée au démarrage
- Garantit un niveau de sécurité meilleur que d’autres réseaux partagés
- Convient bien aux usages mobiles, en intérieur et en extérieur
- Prend en charge les faibles et les hauts débits
Tout comme les smartphones et d’autres appareils mobiles, l’IoT cellulaire repose sur les réseaux 2G, 3G, 4G et 5G, ainsi que les technologies LPWAN (Low Power Wide Area Networks, réseaux étendus à faible consommation) LTE-M et NB-IoT pour échanger des données. L’utilisation de ces réseaux mobiles présente un gros avantage : on en trouve partout, il suffit de s’y connecter. De ce fait, les fabricants d’objets connectés peuvent bénéficier de la meilleure couverture possible, d’une connexion stable même en mouvement, et des fonctionnalités LPWAN permettant d’économiser la batterie des objets.
Pour les industriels du secteur, l’IoT cellulaire est l’un des moyens les plus sûrs et abordables pour avoir une connexion internet. Si vous envisagez de l’utiliser, il y a beaucoup de choses à savoir, et un certain nombre de sigles à connaître.
Dans ce guide, nous allons chercher à comprendre :
- les applications de l’IoT cellulaire
- le fonctionnement de la connectivité cellulaire
- les réseaux mobiles utilisés dans l’IoT
- les alternatives à l’IoT cellulaire
- l’importance critique de la redondance
- les problématiques de sécurité
À l’issue de cette lecture, vous devriez avoir toutes les cartes en main pour discuter de l’IoT cellulaire avec vos collaborateurs et choisir une solution adaptée à votre contexte. Commençons par nous intéresser aux possibilités offertes par l’IoT cellulaire.
À quoi sert l’IoT cellulaire ?
Imaginez un instant : quelqu’un coupe le courant dans un bâtiment, ce qui désactive le système d’alarme connecté au WiFi. Cette personne s’introduit dans le bâtiment, sans savoir que le système d’alarme possède une connexion cellulaire de secours qui déclenche une alerte sur le smartphone du propriétaire. Les caméras de sécurité (qui fonctionnent sur batterie) détectent le mouvement de l’intrus et commencent à filmer, téléchargeant automatiquement les images sur le cloud. Le propriétaire peut les visualiser à distance.
Autre contexte : un fournisseur d’eau ou d’énergie déploie des milliers de compteurs intelligents à travers son réseau. Il peut ensuite suivre les consommations en temps réel, sans envoyer de technicien relever les compteurs.
Et encore : une équipe de pompiers tente d’éteindre un incendie qui s’est largement propagé. Les membres de l’équipe sont dispersés, mais leur chef reçoit en temps réel la position et le flux vidéo de chacun, ce qui lui permet d’évaluer les risques et de dispatcher intelligemment ses ressources.
Ces situations sont des exemples parmi d’autres de la manière dont l’IoT cellulaire est en train de redéfinir notre rapport au monde. Il ne s’agit pas simplement de gadgets connectés à la mode, c’est parfois une question de vie ou de mort.
L’IoT cellulaire est adapté à un large panel d’usages, en intérieur et en extérieur. On l’utilise dans tous les domaines, des voitures autonomes aux montres connectées, en passant par le “smart parking” et les équipements de la ferme intelligente. En fait, l’IoT cellulaire est tellement répandu que si l’on prend au hasard un objet connecté pour un usage B2B (où une connexion stable est indispensable), il y a de fortes chances qu’il utilise une connexion cellulaire.
De manière générale, l’IoT cellulaire est très utile dans la logistique, les usines de fabrication, le tracking des biens, la supply chain, les services d’urgence, la santé, et la sécurité. Les appareils connectés peuvent recevoir et envoyer des informations de n’importe où, vers n’importe où. Comme les opérateurs de réseaux mobiles ont construit de grandes infrastructures pour maximiser la couverture, les fabricants peuvent déployer la même version de leurs appareils presque partout dans le monde. Avec l’arrivée de la 5G, les appareils peuvent même transmettre des données en temps réel, tout en se déplaçant à grande vitesse.
Le talon d’Achille de la connectivité cellulaire a toujours été la consommation énergétique. Mais grâce aux LPWAN et aux avancées technologiques, les objets connectés peuvent maintenant économiser leur batterie quand ils ne sont pas actifs, et les capteurs cellulaires modernes peuvent transmettre de petits paquets de données en consommant peu d’énergie.
Comment fonctionne l’IoT cellulaire ?
La connectivité cellulaire repose sur plusieurs composants principaux. Afin de comprendre son fonctionnement, il faut se familiariser avec les concepts de carte SIM, modem, bande de fréquences, et les catégories de réseaux mobiles (2G, 3G, 4G, 5G, NB-IoT, LoRaWAN).
Les cartes SIM M2M
Tout comme les smartphones, les objets connectés ont besoin d’une carte SIM pour rejoindre un réseau cellulaire. À la différence des smartphones, il est en revanche important que ces appareils puissent se connecter à plusieurs opérateurs différents. Si la carte SIM d’un appareil ne se connecte qu’au réseau Bouygues, Verizon, Deutsche Telekom ou China Mobile, alors cet appareil ne fonctionne que dans la zone couverte par cet opérateur.
C’est l’une des raisons pour lesquelles la redondance est si importante dans l’IoT cellulaire. Un fabricant qui souhaite utiliser une connexion cellulaire a intérêt à se tourner vers des cartes SIM multi-opérateurs qui fonctionnent sur tous les réseaux. Ainsi, ses appareils se connecteront au réseau qui émet le meilleur signal dans une zone donnée, et ils continueront de fonctionner si ce réseau tombe en panne.
Les cartes SIM M2M EMnify permettent par exemple de se connecter à plus de 540 réseaux cellulaires à travers plus de 180 pays.
Les modems, modules et puces
Tandis que la carte SIM détermine à quel opérateur un appareil peut se connecter, le choix du modem définit lui le type de réseau et les bandes de fréquence accessibles par un appareil. L’utilisation d’un modem simplifie le développement d’un objet connecté et sa certification, mais le prix par appareil est plus élevé que si l’on achète directement les composants pour construire une solution sur mesure.
Dans la plupart des cas, choisir un modem préexistant est plus pertinent que de tout développer soi-même.
Équiper ses appareils avec des composants de base comme une puce (déjà intégrée dans un modem) peut être tentant pour diminuer le coût de fabrication, mais cela augmente drastiquement les coûts de développement et le “time to market”. Ainsi, le coût total de possession (CTP) est généralement beaucoup plus élevé. Les solutions sur mesure sont pertinentes chez les fabricants pour qui le délai de production n’est pas limitant, et dont le volume de production est assez gros pour amortir les coûts de développement supplémentaires (au moins de l’ordre de plusieurs centaines de milliers d’unités).
Les bandes de fréquences
On appelle bande de fréquence un ensemble de fréquences du spectre radio comprises entre 30 Hz (hertz) et 300 GHz. Les communications cellulaires utilisent des fréquences comprises entre 800 MHz et 5 GHz pour les connexions 2G, 3G et 4G. La 5G peut, elle, monter jusqu’à 35 GHz.
Il n’existe que quelques types de réseaux cellulaires, mais chacun d’entre eux s’appuie sur plusieurs bandes de fréquences, qui peuvent varier selon les pays et les opérateurs. À titre d’exemple, la 4G LTE utilise 27 bandes de fréquences à elle seule.
Pour la plupart des industriels de l’IoT, c’est l’un des aspects de la connectivité cellulaire les plus difficiles à comprendre.
Un objet connecté ne peut utiliser que les bandes compatibles avec son modem, et pour lesquelles il est certifié. Ainsi, il est vital de prendre en compte les pays où vous souhaitez vous déployer et les opérateurs avec lesquels vous prévoyez de travailler, afin de choisir un modem compatible avec les bandes qu’ils utilisent.
Il est aussi important de prendre en compte dès la conception l’environnement où évolueront vos appareils. Les bandes de basses fréquences ont une meilleure couverture, ce qui élargit la zone où vos appareils pourront fonctionner. Ces basses fréquences ont aussi moins tendance à interférer avec les bâtiments, les tunnels et autres grosses structures. Cependant, ces fréquences sont très utilisées dans les villes, où la concentration en appareils est forte. Dans ce cas, il faut plutôt se tourner vers les hautes fréquences pour éviter les interférences.
Heureusement, les modems sont compatibles avec plusieurs bandes. Dans quelques années, la plupart des applications IoT seront susceptibles d’utiliser des réseaux mobiles spécialisés tels que le NB-IoT et le LTE-M. Or ces technologies utilisent beaucoup moins de bandes (10 pour le LTE-M, contre 27 pour le LTE standard par exemple). Ainsi, les modems NB-IoT et LTE-M fonctionnent sur toutes les bandes de fréquences utilisées.
Les avantages de la connectivité cellulaire
Les réseaux cellulaires possèdent des caractéristiques attrayantes aux yeux des industriels de l’IoT. En termes de praticité, couverture et sécurité, difficile de faire mieux.
Une couverture internationale
Pour un déploiement mondial de grande ampleur, la connectivité cellulaire M2M (Machine to Machine) est souvent considérée comme la plus sûre et la plus avantageuse. Pas d’infrastructure à construire à chaque déploiement, il faut simplement vous connecter à un réseau déjà présent. Lorsque vous vous déployez dans un nouveau pays, il est possible d’y trouver un nouvel opérateur ayant un accord d’itinérance avec votre opérateur initial. Dans le cas contraire, il faut choisir un nouvel opérateur local, et adapter sa chaîne logistique afin que les bonnes SIM soient expédiées dans le bon pays.
Les réseaux cellulaires sont des réseaux étendus (Wide Area Network, WAN) dont la grande portée permet de se connecter partout dans le monde, grâce aux ondes radios émises et reçues par les antennes-relais. À titre de comparaison, une connexion WiFi nécessite une distance bien moindre entre l’appareil et le routeur, empêchant ainsi tout déplacement important. De même, le Bluetooth ne fonctionne qu’à faible distance, moins de 10 ou 100 mètres selon la classe de puissance.
Des fonctions d’authentification intégrées
Les réseaux cellulaires utilisent les cartes SIM pour authentifier les appareils, les relier à un abonné autorisé, et leur fournir une connexion sécurisée. Un pirate peut usurper une adresse IP, mais il ne peut pas usurper une identité d’abonné qui est stockée sur une carte SIM.
Une connectivité sécurisée
Lorsqu’un de vos appareils se connecte au réseau WiFi d’un client, il partage cette connexion avec tous les autres appareils du réseau. Si l’un d’entre eux présente une faille de sécurité, votre appareil est aussi menacé, et inversement. En revanche, dans le cas d’une connexion cellulaire, votre appareil est protégé des autres appareils connectés de votre client. Les questions de sécurité sont cruciales dans l’IoT, et la connectivité cellulaire offre un certain nombre d’avantages sur ce plan.
Quels sont les types de réseaux cellulaires utilisés dans l’IoT ?
Avec le temps, la vitesse et la puissance des réseaux cellulaires ont connu une croissance exponentielle. Mais du point de vue d’un industriel, puissance et vitesse ne sont généralement pas les principaux enjeux. Les dernières générations de réseaux cellulaires présentent parfois une couverture qui laisse à désirer et entraînent des consommations énergétiques excessives. Le choix d’un type de réseau est donc critique : il détermine la portée d’un appareil, sa couverture, les fréquences utilisées, sa consommation, la taille de son modem, et sa durée de vie.
Les réseaux 2G, 3G, 4G et 5G sont connus du grand public, mais leurs différences le sont moins. Pour répondre aux besoins de la plupart des objets connectés, les opérateurs ont aussi développé d’autres types de réseaux moins connus, comme le NB-IoT, le LTE-M et le LoRaWAN. En général, plus un réseau est sophistiqué, plus les appareils connectés auront tendance à consommer en mode veille, mais moins ils consommeront pour transmettre de gros volumes de données. Les réseaux les plus complexes nécessitent aussi des modems plus chers.
Here’s a quick explanation of each network type as it relates to IoT development.
.jpg)
