Au cours des dernières années, les analystes ont souligné une croissance rapide de l'IoT cellulaire. En effet, Ericsson indique que d'ici 2023, sur les 20 milliards d'appareils IoT, plus de 3,5 milliards d'entre eux vont fonctionner sur un réseau cellulaire.
L'Internet des objets (IoT) connecte bien plus que des produits de consommation comme les enceintes sans fils et les lumières intelligentes. La majorité de ces objets connectés reposent sur le cellulaire. Mais qu'est-ce que l'IoT cellulaire et en quoi est-il différent de la connectivité grand public ? Découvrez les avantages de ce réseau nomade et les différents types de connexions cellulaires utilisés dans l'IoT.
IoT cellulaire : définition
L'IoT cellulaire utilise des réseaux mobiles pour connecter des appareils physiques à Internet. Cette connexion permet à ces dispositifs de transmettre et de recevoir des données, les intégrant à l'Internet des objets. D'ailleurs, l'IoT cellulaire représente le type de connectivité le plus populaire, principalement parce qu'il :
- Fournit une excellente couverture
- Simplifie le déploiement mondial
- Fonctionne dès la sortie de la boîte
- Établit une connexion plus sécurisée que les autres réseaux partagés
- Fonctionne bien dans les applications mobiles, intérieures et extérieures
- Prend en charge la bande passante faible et élevée.
Comme les smartphones et autres appareils mobiles, l'IoT cellulaire s'appuie sur les technologies LTE-M et NB-IoT 2G, 3G, 4G, 5G et Low Power Wide Area Networks (LPWAN) pour transmettre et recevoir des données.
IoT cellulaire : cas d'utilisation
L'IoT cellulaire est bien adapté à une large gamme d'applications dans des environnements intérieurs et extérieurs. Il est utilisé dans tout, des voitures autonomes aux parkings intelligents, en passant par les équipements agricoles autonomes et les appareils grand public tels que les montres intelligentes.
En fait, l'IoT cellulaire est si répandue que si un appareil est utilisé dans une application B2B, il repose probablement sur la connectivité cellulaire. Plus généralement, il s'avère idéal pour la logistique, la fabrication, le suivi des actifs, la gestion de la chaîne d'approvisionnement, les services d'urgence, les soins de santé et la sécurité.
En effet, la connectivité cellulaire des appareils IoT offre la possibilité de transmettre et de recevoir des signaux de n'importe où dans le monde. Avec les réseaux 5G, les opérateurs de réseaux mobiles (ORM) peuvent effectuer des transferts de données en temps réel tout en se déplaçant à grande vitesse.
La plus grande limitation de la connectivité cellulaire a toujours été la durée de vie de la batterie et la consommation d'énergie. Mais les réseaux étendus à faible consommation (LPWAN) et les progrès technologiques permettent d'économiser de l'énergie lorsqu'ils ne sont pas utilisés. De plus, les capteurs cellulaires modernes peuvent transmettre de petits paquets de données sans consommer beaucoup d'énergie.
IoT cellulaire : comment fonctionne sa connectivité
La connectivité cellulaire dépend de plusieurs composants clés. Pour mieux comprendre ce concept, il faut se familiariser avec les éléments de base. Y compris les cartes SIM, les modems, les bandes de fréquences et les classifications des réseaux mobiles (2G, 3G, 4G, 5G, Nb-IoT, LoRaWAN).
Cartes SIM IoT
Comme les smartphones et autres appareils mobiles, les dispositifs IoT ont besoin d'une carte SIM pour se connecter à un réseau cellulaire. Cependant, à la différence du smartphone, il ne faut pas que le périphérique IoT soit limité à un réseau spécifique d'un fournisseur. Ainsi ce dernier doit prévoir d'utiliser des cartes SIM indépendantes du réseau. Cela permet aux appareils de se connecter à n'importe quel système offrant la meilleure couverture.
Modems
L'utilisation d'un modem simplifie les processus de développement et de certification de l'IoT. La carte SIM choisie détermine les réseaux du fournisseur. De ce fait, le modem sélectionné affecte les bandes de fréquences auxquelles l'appareil peut se connecter.
Bandes de fréquence
Une bande de fréquences est une gamme de fréquences dans le spectre des radiofréquences (RF). Elle va de 30 hertz (Hz) à 300 gigahertz (GHz). Le cellulaire utilise une fraction du spectre entre 800 MHz et 5 GHz pour les connexions 2G, 3G et 4G. La 5G peut utiliser des bandes jusqu'à 35 GHz.
L'avantage de la connectivité cellulaire
Les réseaux cellulaires ont plusieurs facteurs clés qui les rendent si populaires auprès des fabricants d'IoT. En matière de commodité, de couverture et de sécurité, il est difficile pour les autres solutions de connectivité de rivaliser avec le cellulaire.
Couverture mondiale
Pour les déploiements mondiaux à grande échelle, la connectivité cellulaire M2M se présente généralement comme la méthode de connectivité la plus fiable et la plus rentable. En effet, il est inutile de construire une nouvelle infrastructure pour chaque nouveau déploiement. Il suffit de se connecter à un réseau existant.
D'ailleurs, l'IoT cellulaire se présente comme un réseau étendu (WAN). Il permet de se connecter à l'échelle mondiale grâce à des ondes radio envoyées et reçues par des tours cellulaires. En comparaison, la connectivité WiFi exige que le dispositif reste beaucoup plus près du point d'accès/routeur, ce qui empêche la mobilité sur de longues distances.
Authentification intégrée
Les réseaux cellulaires utilisent des cartes SIM pour authentifier les appareils, les associer à un abonné légitime et fournir une connectivité sécurisée. Les pirates peuvent usurper des adresses IP. Cependant, ils ne peuvent pas pirater l'identité d'un abonné, enregistrée sur une carte SIM.
Types de réseaux mobiles utilisés par l'IoT cellulaire
Au fil des années, les réseaux cellulaires ont connu une croissance exponentielle plus rapide et plus puissante. Mais pour les fabricants d'IoT, la puissance et la vitesse ne sont généralement pas les principaux facteurs à prendre en compte.
Les réseaux cellulaires de dernière génération peuvent également signifier une plus grande consommation d'énergie et moins de couvertures. En outre, le système utilisé aura un impact sur la portée, la couverture, la fréquence, la consommation électrique, le coût et la longévité du dispositif.
La plupart des utilisateurs ont au moins entendu les termes de réseaux 2G, 3G, 4G et 5G. Cependant, pour répondre aux besoins de la plupart des appareils IoT cellulaires, les opérateurs ont également développé d'autres types de réseaux qui peuvent sembler moins familiers. Voici certains d'entre eux.
Réseaux 5G
La 5G est l'avenir de l'IoT. Cette technologie a beaucoup de potentiel pour l'IoT. En particulier pour les applications mobiles à forte intensité de données où la vitesse est cruciale. Ceux-ci incluent les voitures autonomes et les services d'urgence.
Les réseaux 5G peuvent offrir une transmission de données presque en temps réel. De plus, ils peuvent maintenir une connexion stable avec des appareils se déplaçant à très grande vitesse.
Et tandis que les protocoles plus avancés ont généralement demandé plus de puissance, les réseaux 5G peuvent prendre en charge la connectivité cellulaire avec une faible consommation d'énergie.
Réseaux étendus à faible consommation (LPWAN)
Pour la grande majorité des applications IoT, les fabricants souhaitent maximiser la couverture tout en réduisant la consommation d'énergie et les coûts. Ces dernières années, ils ont déployé de nouveaux réseaux étendus à faible puissance (LPWAN). Leur but est de répondre aux besoins spécialisés des applications IoT.
Les LPWAN permettent aux appareils IoT de transmettre ou de recevoir des mises à jour à intervalles fixes ou en réponse à un déclencheur externe. Cette approche diminue considérablement la consommation d'énergie.
Il existe deux principaux types de LPWAN que les fabricants IoT doivent connaître pour la connectivité cellulaire.
NB-IoT (IoT à bande étroite)
L'IoT à bande étroite tire parti des lacunes dans le spectre des fréquences radio pour fournir une connectivité plus efficace et éviter les interférences. Ces bandes de fréquences inutilisées sont appelées « bandes de garde ».
Alors que les réseaux cellulaires comme la 4G LTE utilisent des connexions à large bande, les connexions à bande étroite isolent les appareils sur des plages « plus étroites ».
L'IoT à bande étroite introduit deux fonctionnalités majeures d'économie d'énergie :
- le mode d'économie d'énergie (PSM)
- et la réception discontinue (DRX).
Le PSM entraîne la mise en veille de l'appareil lorsqu'il n'est pas utilisé, et le DRX prolonge le temps d'écoute active d'un signal. En conséquence, les appareils qui reposent sur NB-IoT peuvent avoir des années de la vie de la batterie.
LTE-M (Long-Term Evolution for Machines)
LTE-M permet aux appareils IoT de se connecter aux réseaux 4G. Il leur offre plus de bande passante et de mobilité que NB-IoT. De plus, il propose un accès à la voix sur l'évolution à long terme (VoLTE), un service vocal plus avancé. Cependant, cela se fait au prix d'une plus grande consommation d'énergie au ralenti et de modems plus chers.
Malgré la plus grande consommation d'énergie, LTE-M peut toujours tirer parti du PSM et du DRX pour prolonger considérablement la durée de vie de la batterie d'un appareil. Le LTE-M utilise moins d'énergie que le NB-IoT car la bande passante plus élevée lui permet de télécharger des données beaucoup plus rapidement.
L'IoT cellulaire est-il adapté aux entreprises ?
Pour les fabricants d'IoT, la connectivité cellulaire offre plusieurs avantages énormes. Ils peuvent être la solution pour accéder à l'Internet des objets.
L'avantage d'utiliser ces réseaux mobiles pour connecter les appareils tient au fait qu'ils sont partout, il suffit de s'y connecter. Cela permet aux fabricants d'optimiser la couverture, de maintenir des connexions stables en déplacement et, avec LPWAN, d'optimiser la durée de vie de la batterie de leurs appareils IoT.
Pour les fabricants qui construisent des appareils IoT, l'IoT cellulaire constitue l'un des moyens les plus fiables et les plus accessibles d'activer la connectivité Internet.
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