De la machine à vapeur à la chaîne de production en usine, les premières vagues de la révolution industrielle ont fondamentalement remodelé la civilisation humaine. Aujourd'hui, nous sommes à l’aube du prochain changement qui marquera notre époque – l'essor de l'Internet des objets (IoT). toutefois, pour que la révolution IoT s’installe réellement, un tissu de connectivité fiable est requis – celui qui peut fournir de vastes, couverture fiable pour les milliards de capteurs et de points finaux prévus. C'est là que l'IoT à bande étroite (NB-IoT) entre dans le cadre.
Alors, qu’est-ce que le NB-IoT exactement ?, et quelles capacités uniques cette norme cellulaire à bande étroite offre-t-elle? Et quel est le rapport avec les options de connectivité IoT existantes? Plongeons-nous.
Qu'est-ce que l'IoT à bande étroite?
Internet des objets à bande étroite (NB-IoT) est un protocole LPWAN standardisé par 3GPP pour permettre une large gamme de nouveaux appareils et services IoT connectés au réseau cellulaire.
Il offre une voie sans fil dédiée optimisée pour l'IoT. Comme le nom le suggère, L'IoT à bande étroite utilise une bande passante très étroite, permettant une excellente couverture étendue tout en maximisant la durée de vie de la batterie des appareils – Les appareils NB-IoT peuvent réaliser plus de 10 années d'autonomie de la batterie.
Utiliser des bandes de spectre sous licence telles que les bandes 4G LTE, NB-IoT les optimise exclusivement pour la connectivité IoT. En réaménageant les bandes cellulaires existantes pour une utilisation NB-IoT plutôt que d'exiger de nouvelles allocations de spectre, cette technologie peut être rapidement déployée par les opérateurs de réseaux mobiles.
Avec une excellente extension de couverture et une efficacité énergétique extrême, NB-IoT permet à une large gamme de nouveaux appareils IoT de fournir des données riches avec un coût de maintenance minimal, surmonter deux obstacles majeurs à l’adoption massive de l’IoT. Un déploiement mondial rapide est déjà en cours, surtout en Asie, Europe et Amérique du Nord.
Architecture IoT à bande étroite et comment elle fonctionne
NB-IoT a été standardisé en 2016 par le 3GPP en version 13 pour l'exploitation dans les bandes de spectre sous licence appartenant aux opérateurs de téléphonie mobile. La communication entre les appareils NB-IoT et le réseau s'effectue dans une bande étroite désignée de 200 kHz., par rapport aux bandes beaucoup plus larges utilisées par la connectivité cellulaire standard.
L'architecture NB-IoT se compose de périphériques finaux (capteurs), stations de base ou points d'accès, le réseau central et les serveurs/plateformes d'applications. Des composants facultatifs tels que des passerelles peuvent être utilisés pour connecter des nœuds à l'intérieur des bâtiments ou sous terre lorsqu'un accès direct n'est pas possible..
NB-IoT dispose de trois modes de déploiement distincts pour maximiser la couverture sur diverses infrastructures:
- En bande – Utilise des blocs de ressources au sein d'un opérateur LTE normal
- Bande de garde – Utilise des blocs de ressources inutilisés au sein d'un opérateur LTE normal
- Autonome – Utilise un opérateur autonome dans un spectre dédié
En tirant parti de l’infrastructure cellulaire et du spectre existants, NB-IoT fournit une solution IoT efficace prise en charge par les principaux fournisseurs de matériel et de chipsets du monde entier. Il peut coexister avec d'autres technologies cellulaires comme la 2G, 3g, 4g, LTE-M et 5G grâce à ses modèles de déploiement flexibles.
Quels sont les avantages et les limites du NB-IoT
L'IoT à bande étroite apporte d'immenses capacités de connectivité mais s'accompagne également de certaines contraintes techniques. Comprendre à la fois les avantages et les inconvénients actuels permet de définir correctement les attentes et de prendre une décision éclairée quant au moment où le NB-IoT est le mieux adapté à une application..
Avantages de l'IoT à bande étroite
- Faible consommation d'énergie– Une consommation ultra faible est obtenue grâce à une faible bande passante de transmission et à des fonctionnalités d'économie d'énergie pendant les périodes de transmission inactives telles que PSM et eDRX.. Cela permet de prolonger la durée de vie de la batterie, essentiel pour les appareils distants avec un accès limité à l'alimentation.
- Couverture et portée améliorées– Utilisation d'un signal à bande étroite et de retransmissions de paquets, NB-IoT permet une connectivité fiable en intérieur et sous terre. Sa portée atteint ~1km en milieu urbain, ~10 km en campagne – idéal pour les appareils distants.
- Un nombre massif de connexions– Une station de base NB-IoT peut prendre en charge plus de 50,000 appareils simultanément grâce à une planification efficace des fenêtres de transmission et de veille. Cette évolutivité prend en charge des déploiements massifs – vital pour les réseaux IoT à grande échelle à travers l’infrastructure.
- Faible coût de périphérique et de déploiement– En minimisant la complexité des appareils à la seule connectivité essentielle, Le matériel NB-IoT coûte une fraction des modems 4G/5G. Les petits forfaits de données coûtent également moins cher. Sans passerelle requise et en tirant parti des bandes existantes, les déploiements sont bien moins chers que la construction de réseaux LPWAN dédiés.
Limites de l'IoT à bande étroite
- Transmission de données réduite– Le NB-IoT a une bande passante et une vitesse inférieures à celles du LTE-M, manque de capacité pour des transferts de données élevés. Il ne peut pas prendre en charge les applications voix/vidéo exigeant un débit important.
- Latence plus élevée– Comparer à la 4G et à la 5G, Le NB-IoT connaît plus de décalage entre les paquets de données transmis et reçus. Ce n'est pas optimal pour les cas d'utilisation nécessitant du temps réel, communication à faible latence.
- Mobilité limitée des appareils– Avec une faible bande passante et des débits de liaison montante/descendante lents, NB-IoT est idéal pour les appareils fixes ou à très faible mobilité. Les transferts rapides entre les cellules du réseau comme la 4G-LTE et la 5G ne sont pas pris en charge efficacement.
- Moins de couverture mondiale– Le déploiement du NB-IoT continue de s'accélérer dans de nombreuses régions du monde. Le nombre réduit d'accords d'itinérance pour les réseaux NB-IoT par rapport aux réseaux mobiles limite actuellement une couverture mondiale transparente..
Le NB-IoT est-il sécurisé ou peut-il être piraté
NB-IoT utilise le cadre de sécurité éprouvé défini par 3GPP pour les réseaux LTE. Cela inclut l'authentification mutuelle entre l'appareil et le réseau, cryptage en direct des données via des clés de session, et mises à jour du firmware signées. Des stratégies supplémentaires au niveau des appareils, telles que la protection contre les falsifications et la détection des anomalies, renforcent encore la sécurité..
Un autre avantage de la conformité aux normes 3GPP est que le NB-IoT prend en charge à la fois les protocoles de sécurité actuels utilisés sur les réseaux cellulaires ainsi que toutes les nouvelles fonctionnalités ajoutées à l'avenir..
Même si aucune technologie n’est totalement à l’abri de la falsification ou du piratage, NB-IoT offre des mesures de sécurité robustes et standardisées, comparables à celles des réseaux mobiles actuels, pour se protéger contre une gamme de cybermenaces qui s'étendent jusqu'aux appareils de pointe IoT..
Cas d'utilisation et applications clés du NB-IoT
Avec sa longue durée de vie de la batterie, gamme étendue, petits transferts de paquets de données, et une sécurité renforcée – NB-IoT est une technologie idéale pour connecter des capteurs, moniteurs, et des actionneurs dans les systèmes d'infrastructure pour permettre:
Les compteurs intelligents
Relevé à distance du gaz en temps réel, consommation d'électricité et d'eau sans nécessité de vérifications manuelles. Les informations permettent d’améliorer les économies d’énergie et la détection des fuites. La faible consommation et la portée améliorée du NB-IoT conviennent même aux endroits difficiles.
Villes intelligentes
Capteurs environnementaux pour la qualité de l'air/de l'eau, surveillance du son, débordement de poubelle, suivi des places de stationnement, surveillance des infrastructures, et un éclairage intelligent qui s'ajuste en fonction des conditions ambiantes et du flux de personnes.
Surveillance de l'environnement
Champs agricoles, rivières, région sauvage, et les zones de conservation protégées peuvent être surveillées pour les conditions, opérations sur l'équipement, intrusions, etc.. sans infrastructure électrique ou de communication étendue.
Agriculture intelligente
Capteurs d'humidité bon marché, moniteurs d'équipement, les testeurs de nutriments du sol connectés via NB-IoT offrent une meilleure visibilité pour optimiser l'arrosage, les engrais, et suivre les cultures.
Suivi et gestion des actifs
Des balises NB-IoT abordables, alimentées par batterie, surveillent l’emplacement et l’état des véhicules, machinerie lourde, articles de transport consignés (palettes, conteneurs), et infrastructure d'actifs distants.
Maisons intelligentes
Des capteurs surveillent l’occupation de la pièce, Température, humidité, bruit, niveaux de lumière pendant que les contrôleurs ajustent le CVC, éclairage, et les appareils automatiquement en fonction des conditions et des modèles d'utilisation pour améliorer le confort, sécurité et efficacité énergétique.
Santé intelligente
Les faibles besoins en énergie et la connectivité étendue du NB-IoT sont idéaux pour améliorer les soins aux patients grâce à la surveillance à distance pendant le traitement.. Un système de localisation par chute basé sur NB-IoT permet une notification précoce si des patients à risque tentent de se lever ou de se déplacer seuls.. Le personnel soignant peut être alerté pour aider le patient rapidement.
Les applications s'étendent dans presque tous les secteurs, du transport, à l'énergie, éducation, vente au détail, entre autres. Presque tout ce qui nécessite une connectivité à long terme pour les transmissions de données à faible bande passante est potentiellement adapté au NB-IoT..
Comparaisons entre NB-IoT et d'autres LPWAN
Bien qu'il existe d'autres options de mise en réseau IoT économes en énergie, NB-IoT combine des atouts qui en font le principal concurrent pour une grande variété de déploiements. Nous comparons ici le NB-IoT à trois autres technologies de réseau étendu à faible consommation largement utilisées. – LTE-M, Sigfox et LoRaWAN:
NB-IoT et LTE-M
NB-IoT et LTE-M sont deux technologies cellulaires LPWAN standardisées par 3GPP pour l'IoT.. toutefois, LTE-M prend en charge une bande passante plus élevée à 1,4 MHz avec des débits de données de pointe plus rapides jusqu'à 1 Mbps. LTE-M permet également une mobilité totale et une prise en charge vocale contrairement au NB-IoT. Mais le compromis est que le LTE-M consomme plus d'énergie malgré des optimisations comme PSM et eDRX..
Global, LTE-M convient aux applications sensibles à la latence nécessitant une bande passante plus élevée, tandis que le NB-IoT est idéal pour les appareils statiques ou lents qui envoient de petites quantités de données non critiques.. LTE-M exige le paiement de redevances aux titulaires de brevets, mais le NB-IoT évite les coûts de passerelle en exploitant le spectre cellulaire existant. Les normes sont complémentaires pour différents cas d’usage de l’IoT – LTE-M pour une communication robuste et NB-IoT pour une ultra conservation d'énergie.
NB-IoT contre LoRa
Les principales différences sont que le NB-IoT fonctionne dans un spectre cellulaire sous licence comme la 4G LTE., tandis que LoRa utilise un spectre sans licence dans les bandes ISM. Cela signifie que le NB-IoT bénéficie de la sécurité et de la fiabilité des réseaux cellulaires., tandis que LoRa offre plus de flexibilité puisque n'importe qui peut déployer son propre réseau LoRa.
NB-IoT a également une latence plus faible et un débit plus élevé que LoRa. toutefois, LoRa a une portée plus longue, consommation d'énergie réduite, et des coûts de modules réduits. LoRaWAN donne la priorité à la minimisation de la consommation d'énergie, atteindre jusqu'à 15+ années d'autonomie de la batterie.
NB-IoT et Sigfox
Sigfox est une autre technologie LPWAN concurrente qui utilise un spectre sans licence dans les bandes radio ISM.. Il utilise une modulation à bande ultra étroite pour fournir des communications à longue portée tout en utilisant très peu d'énergie..
Une différence clé entre NB-IoT et Sigfox est que NB-IoT a une plus grande bande passante., débits de données plus élevés, et une latence plus faible par rapport à Sigfox. NB-IoT peut offrir un débit allant jusqu'à 250 kbps avec une latence inférieure à 10 s. Sigfox a un débit maximum de 100 bps et une latence typique de 1 à 30 s.. Le transfert de données n'a pas non plus de canal de retour vers les appareils.
toutefois, Sigfox présente certains avantages en termes de simplicité et de couverture mondiale. Les réseaux Sigfox sont plus faciles à déployer et ont déjà atteint une large couverture mondiale. La couverture NB-IoT dépend des déploiements cellulaires LTE et peut donc être plus limitée.
| NB-IoT | LTE-M | LoRa | Sigfox | |
| Standardisation | 3MPE | 3MPE | Alliance LoRa | ETSI |
| Bande passante | 200 KHz | 1.4 MHz | 250 KHz | 100 Hz |
| La fréquence | Autorisé | Autorisé | Sans licence | Sans licence |
| Débit de données | ＜ 250 kbit/s | ＜ 1Mbps | ＜ 10 kbit/s | ＜ 100 points de base |
| Latence | Moyen | Faible | Moyen | Moyen |
| Gestion de la mobilité | ❌ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Couverture étendue | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Consommation d'énergie | Faible à moyen (Supérieur à LoRa) | Moyen (Supérieur à NB-IoT) | Très lent | Faible |
| Réseaux privés possibles | Non | Non | Oui | Non |
| Coût du module | $7-12 | $10-15 | $9-12 | $5-10 |
| Coût de la radio | $ | $$$ | $ | $ |
FAQ sur le NB-IoT
Y a-t-il des frais pour l'utilisation de Narrowband-IoT?
Oui – les forfaits de données sont achetés auprès d'opérateurs de téléphonie mobile similaires aux smartphones. toutefois, étant donné la petite taille des paquets, les coûts peuvent être bien inférieurs $1 par appareil mensuellement. Les frais varient selon les opérateurs en fonction de facteurs tels que le nombre d'appareils et l'utilisation des données..
Le NB-IoT est-il axé sur l'efficacité énergétique?
Absolument – 10+ La durée de vie de la batterie peut être d'un an, ce qui permet d'utiliser des points finaux entièrement alimentés par batterie.. Combiné avec une couverture améliorée, cela permet des applications qui n'étaient pas possibles auparavant.
Quel est le taux de latence des transmissions IoT à bande étroite?
La plupart des transferts de données se terminent dans 1-10 secondes. Pour les besoins sensibles aux délais sous 1 seconde, LTE-M est probablement la meilleure solution.
