Boutique
Les technologies de réseau IoT ont complètement transformé notre façon de nous connecter et d'interagir dans notre monde numérique ! Aujourd'hui, les protocoles sans fil et les normes de communication jouent un rôle majeur dans presque tous les aspects des déploiements IoT, des villes intelligentes aux véhicules connectés, en passant par la surveillance environnementale et bien d'autres. Selon IoT Analytics, le marché mondial des objets connectés IoT pourrait atteindre 1 000 000 $. 18.8 milliards unités d'ici fin 2024, soit une croissance de 13 % par rapport à 2023. Parallèlement, face à l'explosion du nombre d'appareils connectés, le besoin de technologies de communication robustes, évolutives et efficaces est plus important que jamais. Dans cet article, nous examinons quelques-uns des protocoles les plus utilisés pour les communications IoT. J'espère que vous comprendrez mieux les principales solutions réseau IoT avant de faire votre choix.
Organisateur Ce que Qu'est-ce que le réseau IoT ?
La mise en réseau IoT désigne la manière dont les appareils IoT se connectent et communiquent entre eux et avec les systèmes centraux. Cela crée un écosystème autonome d'appareils intelligents fonctionnant ensemble.
Généralement, un écosystème IoT se compose de quatre couches principales : les appareils, les données, les technologies de connectivité et les utilisateurs. Comme vous pouvez le constater, ces couches constituent les éléments constitutifs d'un réseau IoT, et l'architecture réseau est l'épine dorsale qui permet une communication efficace entre tous les éléments.
Il n'est pas surprenant que les réseaux IoT nécessitent une technologie de communication robuste permettant une connectivité fluide entre les appareils. Ces protocoles réseau remplissent la même fonction que le langage dans la communication humaine. En effet, ils sont conçus spécifiquement pour répondre aux besoins spécifiques des appareils IoT. Des considérations spécifiques doivent être prises en compte en termes de consommation d'énergie, de portée, de bande passante et de densité des appareils. Compte tenu de ces exigences, le choix du protocole IoT approprié est un aspect majeur de la planification d'un projet IoT.
Dans des articles précédents, nous avons abordé certains protocoles réseau et leurs applications. Nous listons ici quelques technologies sans fil à courte et longue portée largement utilisées pour votre projet IoT.
Principales technologies de réseau IoT à courte portée
La technologie de communication sans fil à courte portée permet la transmission sans fil sur de courtes distances. Leur portée est généralement de quelques dizaines ou centaines de mètres. Exemples courants : Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, UWB, NFC et RFID (pas d'introduction détaillée ici).
Bluetooth et BLE
Le Bluetooth est l'une des technologies sans fil à courte portée les plus courantes. Des écouteurs sans fil aux systèmes embarqués, en passant par les montres connectées et les trackers d'activité, on le retrouve partout.
Les news Norme Bluetooth La norme Bluetooth 6.0, sortie en septembre 2024, a introduit de nouvelles fonctionnalités telles que la détection du canal Bluetooth. Cependant, la norme actuellement la plus répandue est Bluetooth 4.0, 5.0 et les versions supérieures. Bluetooth 5.0 offre des vitesses de transmission allant jusqu'à 2 Mbit/s, tandis que Bluetooth 4.2 offrait jusqu'à 1 Mbit/s.
Pour pallier la faible consommation énergétique du Bluetooth, le Bluetooth Low Energy (BLE) a été introduit. Le développement de ce protocole a été couronné de succès et il a été largement adopté dans le monde entier. L'une des principales raisons est qu'il maintient la compatibilité avec les appareils Bluetooth existants tout en offrant une consommation d'énergie considérablement réduite.
Il est important de comprendre que le Bluetooth Low Energy est spécialement conçu pour les appareils basse consommation utilisés dans l'Internet des objets. Il ne remplace ni ne remplace le Bluetooth classique existant. Le BLE utilise la même bande ISM 2.4 GHz que le Bluetooth. Contrairement au Bluetooth classique, qui prend en charge jusqu'à 7 appareils connectés à un seul appareil maître, le BLE autorise jusqu'à 128 appareils. Le BLE utilise 40 canaux de 2 MHz et un algorithme de saut de fréquence adaptatif pour optimiser les performances et minimiser les interférences.
WiFi
Le Wi-Fi représente 31 % du total des connexions IoT. Nous aborderons ici le protocole Wi-Fi traditionnel, ainsi que le Wi-Fi HaLow (802.11ah), spécialement conçu pour les applications IoT basse consommation et longue portée.
Le WiFi 6 utilise les mêmes bandes ISM 2.4 GHz et 5 GHz que les autres protocoles sans fil, le 6E prenant également en charge la bande 6 GHz. La portée varie considérablement, de 10 m en intérieur à plus de 100 m en extérieur, selon les facteurs environnementaux et la puissance de transmission. Contrairement à l'architecture point à point du Bluetooth, le WiFi suit une topologie de réseau en étoile, où les appareils se connectent via un point d'accès central (routeur).
Le Wi-Fi 6/6E (802.11ax), sorti en 2021, est la norme la plus répandue actuellement. Côté débit, il peut atteindre 9.6 Gbit/s, soit plus rapide que le Wi-Fi 5 (802.11ac) qui plafonnait à 3.5 Gbit/s. Il est probable que vous ayez déjà utilisé des appareils compatibles avec les anciennes normes 802.11ac/n/g. Grâce à la rétrocompatibilité du Wi-Fi, ces anciens appareils peuvent fonctionner avec les appareils conformes aux nouvelles normes. Les dernières normes Wi-Fi offrent une portée supérieure aux précédentes.
Le Wi-Fi HaLow fonctionne en dessous de 1 GHz. Il offre une meilleure pénétration des murs et une portée plus longue (jusqu'à 1 km) à faible consommation. Cependant, cette technologie n'a pas rencontré le même succès industriel que le Bluetooth LE.
Un point important à noter est que le WiFi prend en charge des centaines de connexions simultanées à un seul point d’accès, bien que des limitations pratiques réduisent souvent ce nombre en fonction de la configuration du réseau.
ZigBee
ZigBee est une norme de communication sans fil économique et à faible consommation d'énergie, conçue pour les réseaux personnels. Elle a été spécialement développée pour les applications industrielles et domotiques. ZigBee n'est peut-être pas aussi répandu que le Wi-Fi, mais il devient de plus en plus courant dans la maison connectée, notamment dans les ampoules, les thermostats et les capteurs de sécurité.
Le protocole ZigBee a été créé en 2002, lors de la création de la ZigBee Alliance (aujourd'hui Connectivity Standards Alliance). Aujourd'hui, de grandes organisations comme Philips, Texas Instruments, Samsung et Amazon contribuent à son développement.
Pour être honnête, ZigBee a été spécialement conçu pour l'automatisation, avec une configuration et une connectivité faciles des appareils, une faible consommation d'énergie pour une longue durée de vie de la batterie et une sécurité très renforcée.
L'architecture repose sur la norme 802.15.4. L'atout majeur de ZigBee est son caractère ouvert, capable de prendre en charge jusqu'à 65,000 XNUMX nœuds sur un même réseau. ZigBee se distingue notamment par ses capacités de réseau maillé.
Le protocole ZigBee définit trois types clés d'appareils dans le réseau :
- Coordinateurs (un seul dans chaque réseau ZigBee)
- Routeurs (intermédiaire pour transmettre des données)
- Appareils terminaux ZigBee (parlent uniquement au nœud parent, principalement en mode veille)
Texas Instruments et Silicon Labs sont les principaux fournisseurs de puces ZigBee.
UWB
L'UWB (ultra-large bande) est l'un des protocoles de communication émergents. Vous ne l'avez probablement pas encore vu sur de nombreux appareils, mais son adoption est en plein essor. Des smartphones aux clés de voiture, des appareils domestiques intelligents aux environnements industriels, l'UWB apparaît de plus en plus dans les technologies modernes.
Comme d'autres technologies radio, l'UWB fonctionne dans un spectre défini, mais contrairement aux systèmes à bande étroite, elle répartit la transmission sur une large gamme de fréquences allant de 3.1 GHz à 10.6 GHz. Sa portée typique est de 1 à 50 mètres et elle est optimale en visibilité directe entre les appareils ou les ancrages.
L'UWB utilise des canaux d'au moins 500 MHz de large, contre 1 ou 2 MHz pour le Bluetooth. L'UWB utilise également une transmission par impulsions ultracourtes, ce qui lui confère une précision de positionnement supérieure à celle des systèmes à bande étroite.
La densité spectrale de puissance maximale pour la transmission UWB est de 41.3 dBm/MHz. Cela équivaut à environ 0.5 mW de puissance d'émission moyenne. Cela permet de minimiser les interférences avec les systèmes à bande étroite existants comme le Wi-Fi ou le Bluetooth. Cette faible puissance assure également la sécurité de l'UWB. Les signaux sont difficiles à intercepter en raison de leur large plage de fréquences et de leur faible densité de puissance.
Comparaison des technologies de réseau IoT à courte portée
| Technologie | Bluetooth (BLE) | WiFi | ZigBee | UWB |
| Autonomie | 10-100m | 50-100 m en salle | 10-100m | 10m |
| Data Rate | 1-2 Mbps | Jusqu'à 1 Gbit/s+ | 250 Kbit/s | Jusqu'à 27 Mbps |
| Consommation d'énergie | Très Bas | Haute | Très Bas | Low |
| Bande de fréquence | 2.4 GHz
|
2.4 GHz, 5 GHz | 2.4 GHz | 3.1-10.6 GHz |
| Avantages | - Faible consommation d'énergie
– Largement soutenu – Facile à mettre en œuvre - Faible coût |
– Débit de données élevé
– Compatibilité universelle – Options de sécurité robustes |
- Faible consommation d'énergie
– Prise en charge d’un large réseau – Maille auto-cicatrisante |
– Positionnement précis
- Haute sécurité – Immunisé contre les interférences |
| Inconvénients | - Gamme limitée
– Nœuds limités – Interférence potentielle |
– Consommation d’énergie élevée
– Autonomie limitée de la batterie - La congestion du réseau |
– Faible débit de données
– Courte portée – Mise en œuvre complexe |
– Portée limitée
– Coût plus élevé – Adoption limitée |
| Applications clés | Objets connectés, Maison intelligente, Positionnement intérieur, Suivi des actifs, Point d'intérêt | Domotique, Streaming vidéo, Applications haut débit | Domotique, Contrôle industriel, Réseaux de capteurs | Positionnement intérieur, suivi des actifs, accès sécurisé |
Technologies sans fil IoT longue portée populaires
Nous allons maintenant nous concentrer sur les technologies sans fil longue portée et sur les avantages qu'elles ont apportés à l'IoT. Ces technologies constituent le fondement des réseaux LPWAN, couvrant des distances allant de quelques kilomètres à des milliers de kilomètres. Nous présenterons ici les réseaux LoRa, Sigfox et cellulaires.
LoRa et LoRaWAN
LoRa est un protocole sans fil offrant une transmission de données sécurisée, à longue portée et à faible consommation. Basé sur la modulation à spectre étalé par modulation de fréquence (chirp spread spectrum), il permet de communiquer sur de grandes distances sans consommer trop d'énergie. Il comble le fossé entre la portée limitée des réseaux locaux sans fil (WLAN) comme le Bluetooth et le Wi-Fi, et la portée beaucoup plus étendue des réseaux cellulaires.
LoRa et LoRaWAN Initialement développé par Cycleo, il a ensuite été racheté par Semtech. Aujourd'hui, c'est l'association à but non lucratif LoRa Alliance qui le gère. Il n'est pas surprenant qu'elle soit devenue l'une des plus grandes alliances du secteur technologique. LoRa Alliance soutient non seulement LoRaWAN, mais promeut également les produits LoRaWAN et l'interopérabilité des technologies.
LoRa utilise des bandes RF sub-GHz (433 MHz, 868 MHz pour l'Europe, 923 MHz pour l'Asie, 915 MHz pour l'Amérique du Nord et l'Australie). Ces bandes de fréquences ISM sont libres de droits et accessibles à tous pour les applications IoT. Leur portée est impressionnante, de 2 à 5 km en zone urbaine à 15 km ou plus en zone rurale.
LoRa représente le protocole de couche physique (couche 1 du modèle OSI) qui permet les communications longue portée. Cette couche spécifie comment les bits bruts sont transmis via une liaison de données physique entre les nœuds du réseau. LoRaWAN, protocole réseau fonctionnant à la couche 3 du modèle OSI, repose sur LoRa et gère la communication entre les terminaux et un serveur réseau central.
Pour répondre à divers cas d'utilisation, LoRaWAN définit trois classes d'appareils : les appareils de classe A (puissance la plus faible, toutes les liaisons montantes initiées), les appareils de classe B (emplacements de réception planifiés) et les appareils de classe C (écoute continue).
SIGFOX
Sigfox est une technologie LPWAN pionnière conçue pour les applications IoT nécessitant une communication longue portée avec une consommation énergétique minimale. Elle utilise la technologie Ultra Narrow Band (UNB), chaque message n'occupant qu'une bande passante de 100 Hz.
Le protocole Sigfox fonctionne sur les bandes ISM sans licence (868 MHz en Europe, 915 MHz en Amérique du Nord) et offre des débits de seulement 100 ou 600 bits par seconde. Ce faible débit de transmission, combiné à une bande passante étroite, offre une excellente sensibilité et une très faible consommation d'énergie. Les transmissions classiques consomment environ 20 à 30 mA pendant quelques secondes, ce qui assure une longue autonomie, souvent de plusieurs années avec une seule batterie. Le protocole peut atteindre jusqu'à 40 km en zone rurale et 3 à 10 km en milieu urbain.
Sigfox est un protocole asymétrique, ce qui signifie que les capacités de liaison montante et descendante diffèrent considérablement. Les terminaux peuvent envoyer jusqu'à 140 messages par jour, chaque message étant limité à 12 octets de charge utile. Les messages descendants sont limités à 8 messages par jour, chacun de 8 octets.
Contrairement à LoRaWAN, Sigfox a été conçu dans un souci de simplicité, en transférant l'essentiel de la complexité au réseau plutôt qu'aux terminaux. Cette approche permet une mise en œuvre très simple et économe en énergie des terminaux.
Réseaux cellulaires
Les réseaux cellulaires gèrent une part incroyable de nos communications et constituent l'une des technologies de communication les plus fondamentales de notre monde moderne. De la 2G à la toute dernière 5G, en passant par les technologies spécialisées axées sur l'Internet des objets (IoT) comme la LTE-M et NB-IdOLes réseaux cellulaires représentent environ 20 % des connexions IoT mondiales.
Les réseaux cellulaires fonctionnent selon une architecture cellulaire, où les zones géographiques sont divisées en cellules. Chaque cellule est desservie par au moins un émetteur-récepteur fixe appelé station de base. Ces cellules interagissent en réseau, à la manière d'un nid d'abeilles, pour assurer une couverture continue sur de vastes zones.
La technologie a beaucoup évolué depuis les années 1980, époque à laquelle les réseaux 1G pouvaient à peine gérer les appels vocaux. Nous sommes véritablement entrés dans l'ère de la 5G (98.3 milliards de dollars d'ici 2023) et déployons aujourd'hui le NB-IoT, le LTE-M et la 5G dans le cadre plus large de l'écosystème IoT cellulaire. L'un des principaux avantages de l'IoT cellulaire est de pouvoir exploiter l'infrastructure cellulaire existante tout en l'optimisant pour répondre aux besoins spécifiques de l'IoT. Il est important de noter que les réseaux cellulaires ont un coût.
Comparaison des technologies de réseau IoT longue portée
| Technologie | LoRa/LoRaWAN | SIGFOX | Cellulaire (4G/5G) | NB-IdO |
| Autonomie | 2-15km | Jusqu'à 40km | Plusieurs kilomètres | 1-10km |
| Data Rate | 0.3-50 Kbps | 100 bps | Jusqu'à 1 Gbit/s+ | 250 Kbit/s |
| Consommation d'énergie | Très Bas | Très Bas | Haute | Low |
| Bande de fréquence | Sous-GHz | Sous-GHz | Groupes sous licence | Groupes sous licence |
| Avantages | – Longue portée
– Excellente autonomie de la batterie – Bonne pénétration |
– Ultra longue portée
– Très faible puissance – Déploiement simple |
– Couverture universelle
- Grande fiabilité – Débit de données élevé |
– Bonne pénétration du bâtiment
– Spectre sous licence – Longue durée de vie de la batterie |
| Inconvénients | – Faible débit de données
– Dépendance à la passerelle – Restrictions régionales |
– Débit de données extrêmement faible
– Abonnement requis – Messages limités par jour |
– Consommation d’énergie élevée
- Coûteux – Frais mensuels |
– Dépendance au réseau
– Latence plus élevée – Limitations de couverture |
| Applications clés | Suivi des actifs, gestion du stationnement, surveillance environnementale, détection agricole, compteurs intelligents | Suivi des actifs, surveillance environnementale | Véhicules connectés, Villes intelligentes, Applications mobiles | Compteurs intelligents, suivi des actifs |
Organisateur Ce que IoT nréseautage technologie est bon pour moi?
L'utilisation des réseaux IoT est judicieuse, car ils permettent de connecter et de gérer des appareils dans des scénarios complexes. En particulier, les réseaux IoT se développent dans un monde connecté, prenant en compte des variables telles que l'échelle massive, la diversité des types d'appareils et les exigences de fonctionnement en temps réel.
La technologie de connectivité est l'une des décisions les plus cruciales à prendre lors du développement d'un projet IoT. Ce choix déterminera en partie la réussite, le coût et les performances de votre projet. Avant de vous lancer dans l'étude de technologies spécifiques, posez-vous ces questions essentielles :
– Où les appareils seront-ils utilisés ? Seront-ils utilisés à l'intérieur ou à l'extérieur ?
– Quelle autonomie souhaitez-vous couvrir ? S'agit-il de mètres, de kilomètres ou d'une distance intermédiaire ?
– Quelle quantité de données allez-vous transmettre et à quelle fréquence ?
– Quel est votre budget énergétique ? Fonctionnez-vous sur batterie ou sur secteur ?
– Quelle infrastructure réseau existe sur votre lieu de déploiement ?
– Quelles sont vos exigences en matière de sécurité ?
– Quel est votre budget pour les coûts matériels et de connectivité continue ?
Les technologies que nous avons abordées ci-dessus ne constituent pas une liste exhaustive des types de connexion, mais elles devraient vous permettre de démarrer la plupart des projets IoT.
Court-rAnge ttechnologies en ppratiquer
Pour les technologies de communication sans fil à courte portée, WiFi Il assure une transmission de données à haut débit et domine la couverture des réseaux sans fil dans les habitations et les espaces publics. De nombreux bâtiments étant déjà équipés du Wi-Fi, il est idéal pour les applications IoT telles que les maisons connectées, les caméras de sécurité et les solutions de suivi intégrées.
Dans l’espace de consommation, Bluetooth Low Energy Elle affiche une nette domination. Elle est devenue le choix privilégié pour les services de géolocalisation à courte portée en raison de son coût. Le marché en témoigne : les livraisons d’appareils de géolocalisation Bluetooth ont atteint [montant manquant]. 255 millions de dollars En 2024, le BLE connaît également une forte croissance dans les maisons connectées. Son intégration à la norme Matter devrait permettre l'émergence de nouvelles applications pour la maison connectée.
Zigbee Zigbee est un autre acteur clé incontournable des maisons connectées. Il est actuellement largement utilisé dans l'automatisation industrielle et les applications domotiques. Son réseau maillé permet d'étendre la portée de la connexion et de prendre en charge un plus grand nombre de nœuds.
UWB Cette technologie n'a pas encore atteint le même niveau d'adoption que les trois premières. Son principal atout réside dans sa précision centimétrique. Cependant, son coût de déploiement est relativement plus élevé, ce qui la rend plus adaptée à des cas d'usage spécifiques exigeant un suivi de localisation précis.
Long-rAnge ttechnologies en ppratiquer
Pour les technologies IoT sans fil longue portée, LoRa et LoRaWAN LoRaWAN ouvre la voie à de nombreux déploiements IoT. Cette technologie offre une couverture impressionnante avec une très faible consommation d'énergie. Elle est idéale lorsque vos appareils fonctionnent sur batterie pendant de longues périodes et tolèrent une certaine latence dans la transmission des données. LoRaWAN est couramment utilisée pour le suivi des animaux et des véhicules, la gestion des parkings, la surveillance environnementale, les capteurs agricoles et le comptage des énergies renouvelables.
SIGFOX Sigfox présente une conception plus épurée que LoRaWAN. Il est conçu pour réduire le coût et la complexité des appareils, au détriment toutefois du débit de données. Bien que Sigfox et LoRaWAN puissent parfois répondre à des besoins similaires, il est préférable d'opter pour LoRaWAN si vous avez besoin de réseaux privés ou d'une communication bidirectionnelle.
NB-IoT et LTE-M Elles présentent un avantage majeur : elles peuvent utiliser l’infrastructure cellulaire existante. Ces technologies recoupent certaines applications LoRaWAN et Sigfox, notamment pour le suivi d’actifs sur de vastes zones géographiques. Le secteur de la logistique a particulièrement adopté les solutions de suivi cellulaire. Cependant, ces options sont plus coûteuses en raison des frais d’abonnement.
Obtenez des appareils IoT de MOKOSmart
MOKOSmart propose des solutions matérielles IoT de bout en bout utilisant les technologies BLE, RFID, LoRaWAN, Wi-Fi, NB-IoT et UWB. Notre portefeuille comprend balises, trackers, capteurNous proposons également des passerelles et des modules pour diverses applications. Tous nos produits sont testés et certifiés, et personnalisables. Besoin d'une solution IoT dès aujourd'hui ? Contactez-nous !
