L’internet des objets ou IoT couvre un large éventail de secteurs et de cas d’utilisation qui vont d’un simple dispositif à des déploiements multiplate-formes massifs de technologies intégrées et de Cloud Computing se connectant en temps réel.
De nombreux protocoles de communication, anciens et nouveaux, qui permettent aux appareils et aux serveurs de communiquer entre eux de manière nouvelle et plus interconnectée, relient ces éléments. En même temps, des dizaines d’alliances et de coalitions se forment dans l’espoir d’unifier le paysage de l’IoT.
Cet article fournit une liste des réseaux et protocoles les plus couramment utilisés pour alimenter les appareils et les applications IoT.
Les différents réseaux IoT
Un réseau IoT désigne un ensemble de dispositifs interconnectés qui communiquent avec d’autres dispositifs sans intervention humaine.
Réseau cellulaire
Les réseaux cellulaires utilisent les mêmes réseaux mobiles que les Smartphones pour permettre aux appareils connectés à votre réseau de communiquer.
Comme ces réseaux ont été conçus à l’origine pour des appareils gourmands en énergie, ils n’ont pas toujours été considérés comme les mieux adaptés aux applications IIoT.
Finalement, l’industrie cellulaire a développé de nouvelles technologies qui étaient plus appropriées pour les cas d’utilisation IoT.
Aujourd’hui, ce type de réseau sans fil est très populaire et considéré comme une méthode fiable et sûre de connectivité IoT.
Cependant, la connectivité cellulaire n’est souvent pas disponible dans les endroits qui ont le plus besoin de capteurs de surveillance, par exemple, à l’intérieur des armoires de service public, des cages d’ascenseur, des sous-sols, etc. (Une autre classe de technologie sans fil IoT, le LPWAN, pourrait mieux convenir à ces endroits).
Deux protocoles sans fil IoT cellulaires sont en course actuellement pour atteindre la position dominante : le LTE-M et l’IoT à bande étroite (NB-IoT).
- Le LTE-M est une excellente option pour la connectivité IoT si vous êtes prêt à en payer le prix, et si votre cas d’utilisation nécessite une faible puissance.
- Le NB-IoT de l’autre côté est un peu moins coûteux que le LTE-M et utilise moins de puissance de batterie, mais il n’y a pas encore suffisamment de couverture partout pour déployer une solution NB-IoT de manière fiable et efficace.
Réseaux locaux et personnels (LAN/PAN)
Les réseaux qui couvrent des distances assez courtes sont appelés réseaux personnels (PAN) et réseaux locaux (LAN).
Les réseaux PAN et LAN sont considérés comme assez rentables, mais le transfert de données peut parfois être peu fiable.
Les technologies de réseaux personnels et locaux sans fil qui sont généralement intégrées dans les solutions de connectivité IoT sont le WiFi et le Bluetooth. Le WiFi peut être utilisé pour des applications qui fonctionnent dans un environnement local, ou dans un cadre distribué s’il y a plusieurs points d’accès intégrés dans un réseau plus vaste.
L’inconvénient du WiFi est qu’il ne fonctionne que si le signal est fort et que vous êtes proche du point d’accès.
D’autre part, le Bluetooth Low Energy (BLE) est un protocole de réseau sans fil plus économe en énergie : si vous ne recevez pas de données en permanence, une seule batterie fonctionnant avec le BLE peut durer jusqu’à cinq ans. Cependant, par rapport au WiFi, il est plus limité dans la quantité de données qu’il est capable d’envoyer.
Le WiFi et le Bluetooth sont tous deux faciles à connecter dans la plupart des cas, malgré que le WiFi présente quelques problèmes de sécurité qui peuvent être difficiles à surmonter.
Réseaux étendus à faible puissance (LPWAN)
Le réseau LPWAN a été développé en réponse aux premiers défis de la connectivité cellulaire. Les partisans du LPWAN le positionnent comme un réseau à plus longue portée que le WiFi et le Bluetooth, mais consommant moins d’énergie que le cellulaire. Sigfox a construit le premier réseau LPWAN en France et est considéré comme le moteur de sa croissance.
Réseaux maillés
Les réseaux maillés sont mieux décrits par leur configuration de connectivité (comment les composants communiquent entre eux).
Dans les réseaux maillés, tous les nœuds de capteurs coopèrent ensemble pour distribuer les données entre eux afin d’atteindre la passerelle. Contrairement à une topologie en étoile où tous les nœuds de capteurs communiquent avec un concentrateur central. Zigbee est un bon exemple de réseau maillé.
Les réseaux maillés ont une très courte portée et peuvent nécessiter des capteurs supplémentaires dans un bâtiment par exemple ou l’utilisation de répéteurs pour obtenir la couverture dont votre application a besoin.
De plus, la nature de la façon dont ces réseaux communiquent peut entraîner une consommation d’énergie élevée, surtout si vous avez besoin d’une messagerie instantanée, comme pour une application d’éclairage intelligent (Les applications IoT qui ne nécessitent qu’une mise à jour occasionnelle des informations consomment moins d’énergie).
Cependant, les réseaux maillés sont également assez robustes, capables de trouver les chemins les plus rapides et les plus fiables pour envoyer des données, et faciles à installer, ce qui en fait un choix populaire pour une utilisation dans les bâtiments.
Protocoles IoT
Plutôt que d’essayer de faire tenir tous les protocoles IoT sur des modèles d’architecture existants comme le modèle OSI, nous avons divisé les protocoles en plusieurs couches afin d’assurer un certain niveau d’organisation.
l’Open Systems Interconnection d’acronyme OSI est un modèle conceptuel qui caractérise et normalise les fonctions de communication d’un système de télécommunication ou d’informatique sans tenir compte de sa structure interne et de sa technologie sous-jacente. Son objectif est l’interopérabilité de divers systèmes de communication avec des protocoles de communication standard.
Le modèle divise un système de communication en couches d’abstraction.
Les couches d’une infrastructure IoT
IPv6
L’IPv6 est un protocole de la couche Internet pour l’interconnexion de réseaux à commutation de paquets et permet la transmission de bout en bout de datagrammes sur plusieurs réseaux IP.
6LoWPAN
6LoWPAN est l’acronyme de IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks. Il s’agit d’une couche d’adaptation pour IPv6 sur les liaisons IEEE802.15.4. Ce protocole ne fonctionne que dans la gamme de fréquences de 2,4 GHz avec un taux de transfert de 250 kbps.
UDP (User Datagram Protocol)
Il s’agit d’un protocole de couche de transport OSI simple pour les applications de réseau client/serveur basées sur le protocole Internet (IP).
UDP est la principale alternative au TCP et l’un des plus anciens protocoles de réseau existants, introduit en 1980. L’UDP est souvent utilisé dans des applications spécialement conçues pour des performances en temps réel.
uIP
L’uIP est une pile TCP/IP open source pouvant être utilisée avec de microcontrôleurs minuscules de 8 et 16 bits. Elle a été initialement développée par Adam Dunkels du groupe « Networked Embedded Systems » de l’Institut suédois d’informatique, sous une licence de type BSD, et développée par un large groupe de développeur.
DTLS (Datagram Transport)
Le protocole DTLS assure la confidentialité des communications pour les protocoles de datagrammes. Il permet aux applications client/serveur de communiquer d’une manière conçue pour empêcher les écoutes, les manipulations ou la falsification de messages.
Le protocole DTLS est basé sur le protocole TLS (Transport Layer Security) et offre des garanties de sécurité équivalentes.
NanoIP
NanoIP signifie « nano Internet Protocol ». C’est un concept qui a été créé pour apporter des services de mise en réseau de type Internet à des appareils embarqués et à des capteurs, sans les surcharges du TCP/IP. Le NanoIP a été conçu avec un minimum de frais généraux, un réseau sans fil et un adressage local.
Le protocole TSMP (Time Synchronized Mesh Pr)
Un protocole de communication pour les réseaux auto-organisés de dispositifs sans fil appelés Motes. Les dispositifs TSMP restent synchronisés entre eux et communiquent dans des intervalles de temps bien définis, comme les autres systèmes TDM (multiplexage par répartition dans le temps).
Les protocoles de données
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)
Le protocole MQTT permet un modèle de messagerie par publication/abonnement d’une manière extrêmement légère. Il est utile pour les connexions avec des sites distants où une petite empreinte de code est nécessaire et/ou où la bande passante du réseau est très élevée.
CoAP (protocole d’application restreint)
CoAP est un protocole de couche d’application destiné à être utilisé dans les dispositifs Internet à ressources limitées, tels que les nœuds WSN.
CoAP est conçu pour se traduire facilement en HTTP pour une intégration simplifiée avec le web, tout en répondant à des exigences spécialisées telles que la prise en charge de la multidiffusion.
XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol)
Il s’agit d’un ensemble de protocoles standards ouverts pour la communication en temps réel, qui alimente un large éventail d’applications, notamment la messagerie instantanée, le chat multipartite, les appels vocaux et vidéo, la collaboration, la syndication de contenu et le routage généralisé des données XML.
Simple Sensor Interface (SSI) Protocol
Un protocole de communication simple conçu pour le transfert de données entre des ordinateurs ou des terminaux d’utilisateurs et des capteurs intelligents.
Protocole de communication/transport
Ethernet
L’Ethernet est une famille de technologies de réseaux informatiques communément utilisées dans les réseaux locaux (LAN), les réseaux métropolitains (MAN) et les réseaux étendus (WAN).
Modbus
Modbus est un protocole de messagerie de couche application, positionné au niveau 7 du modèle OSI, qui fournit une communication client / serveur entre des équipements connectés sur différents types de bus informatique ou de réseaux.
Modbus TCP
Modbus TCP est une variante de la famille Modbus qui couvre l’utilisation de la messagerie Modbus dans un environnement «Intranet» ou «Internet» utilisant le protocole TCP/IP sur un port fixe 502.
Modbus ASCII / RTU
Modbus ASCII / RTU est un protocole de communication maître-esclave, capable de prendre en charge jusqu’à 247 esclaves connectés dans un bus informatique ou un réseau en étoile.
Profibus
Profibus est un protocole de communication international, open source, indépendant du fournisseur et largement utilisé dans la production, la conversion, l’automatisation des bâtiments et d’autres industries de contrôle d’automatisation.
Profibus est un système multimaître et permet ainsi l’exploitation conjointe de plusieurs systèmes d’automatisation, d’ingénierie ou de visualisation avec leurs périphériques distribués sur un même bus.
Profinet
Profinet est le standard ouvert innovant Industrial Ethernet (CEI 61158) pour l’automation industrielle. Il permet la connexion d’appareils depuis le niveau terrain jusqu’au niveau gestion de l’entreprise.
Profinet offre une communication homogène à l’échelle de l’installation et utilise les standards TIC jusqu’au niveau de terrain.
WiFi
Le WiFi est une technologie de réseau sans fil qui permet à des appareils tels que les ordinateurs, les appareils mobiles et d’autres équipements de s’interfacer avec Internet.
ZigBee
Le protocole ZigBee utilise la norme 802.15.4 et fonctionne dans la gamme de de 2,4 GHz avec 250 kbps.
Le nombre maximum de nœuds dans le réseau est de 1024 avec une portée allant jusqu’à 200 mètres. De plus, le protocole ZigBee peut utiliser le cryptage 128 bits.
WirelessHart
La technologie WirelessHART fournit un protocole sans fil robuste pour toute la gamme d’application de mesure, de contrôle, et de gestion des actifs des processus.
EnOcean
EnOcean est une technologie sans fil de collecte d’énergie qui fonctionne dans les fréquences de 868 MHz pour l’Europe et de 315 MHz pour l’Amérique du Nord. La portée de transmission peut aller jusqu’à 30 mètres à l’intérieur et jusqu’à 300 mètres à l’extérieur.
WiMax
Le WiMax est basé sur la norme IEEE 802.16 et est destiné aux réseaux métropolitains sans fil.
La portée est différente pour les stations fixes, où elle peut aller jusqu’à 50 km et pour les appareils mobiles de 5 à 15 km.
Le WiMAx fonctionne à des fréquences comprises entre 2,5 GHz et 5,8 GHz avec un taux de transfert de 40 Mbps.
Choisir le bon protocole et réseau IoT pour votre application peut sembler assez simple. La plupart des gens pensent que le Wi-Fi est le meilleur pour les déploiements en intérieur, tandis que la connectivité cellulaire est la meilleure pour les déploiements en extérieur.
Cependant, ce n’est pas si simple. Notre équipe constate que les clients sous-estiment les avantages et les inconvénients de certaines technologies radio. Dans certains cas, nous recommandons même les protocoles cellulaires aux entreprises qui prévoient de se déployer en intérieur.
En effet, les protocoles cellulaires de connectivité peuvent être plus faciles à mettre en place, offrant une meilleure fiabilité et vous permettent de contrôler les données.
De nombreuses autres décisions peuvent avoir une incidence sur le type de réseau radio que vous devez choisir, comme la disponibilité de l’infrastructure des réseaux cellulaires et WiFi ou la sensibilité au prix de vos clients.
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