Comment communiquent vos objets connectés ?

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Alors que les objets connectés se multiplient, les technologies de communication restent méconnues. Cette article vous permettra de comprendre comment vos objets connectés communiquent avec leur environnement.

La communication courte-portée

Certaines technologies de communication sont à courte portée (faible distance entre émetteur et récepteur). L’échange de données peut d’abord se faire par contact physique entre l’émetteur et le récepteur, par exemple grâce à un port ethernet ou à un port USB.

La technologie NFC (Near Field communication) consiste à transmettre des données sur des ondes haute fréquence (13,56 MHz), permettant l’échange d’informations entre des périphériques jusqu’à une distance d’environ 10 cm. Les débits de transfert autorisés s’échelonnent jusqu’à 424 kbit/s. La technologie principalement est supportée par Sony, Philips,  Nokia, Samsung et Panasonic. Aujourd’hui, la technologie NFC est utilisée dans les paiement carte bancaire par contact ou encore elle est présente sur les pass Navigo de notre métro Parisien.

Souvent, l’émetteur est une puce RFID, un composant passif (qui n’a pas besoin d’énergie externe pour fonctionner) qui comporte une antenne et une puce électronique associée à un identifiant unique. Lorsque le lecteur (pensez aux bornes de RATP) va demander à recevoir des données, il va transmettre le message de demande par des ondes qui vont également alimenter l’émetteur (pensez à votre carte NAVIGO) qui, en retour, va transmettre les informations désirées et stockées sur la puce électronique.

NFC-N-Mark-Logo

Logo compatibilité NFC

La connexion à internet via un Hub

Les technologies de courte portée vues précédemment sont adaptées dans le cas où la distance entre émetteur et récepteur est réduite (moins de 10cm). Pour connecter vos objets à l’internet dans le cas d’une distance de communication modérée, vous pouvez utiliser un Hub qui fera office d’interface entre l’internet virtuel et vos objets connectés. Les objets communiqueront au Hub, directement connecté à internet, via les technologies Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Z-wave.

hub

Ce processus de connexion à l’internet via un Hub est adapté lorsque ce dernier rôle est assuré par le smartphone de l’utilisateur, qui inclut donc les technologies Bluetooth et Wi-Fi. Par exemple, les drones Parrot fonctionnent sur ce principe (avec la technologie Wi-Fi), tout comme les capteurs de plante Parrot (avec la technologie Bluetooth), les montres connectées,…

Le Bluetooth autorise l’échange bidirectionnel de données à courte distance en utilisant des ondes radio ultra haute fréquence (2400–2483.5 MHz). Le picoréseau  (mini-réseau qui se crée de manière instantanée et automatique quand plusieurs périphériques Bluetooth sont dans un même rayon) s’organise selon une topologie en étoile : il y a un « maître » (pensez au smartphone) et plusieurs « esclaves » (pensez au drone Parrot). Un périphérique « maître » peut administrer jusqu’à 7 esclaves « actifs » (la liaison est active) et 255 esclaves en mode « parked ». La technologie Bluetooth est réputée pour être très faible consommatrice d’énergie, de très faible portée (sur un rayon de l’ordre d’une dizaine de mètres), de faible débit, très bon marché et peu encombrante.

Le Wi-fi (contraction de Wireless Fidelity)est un ensemble de protocoles de communication sans fil qui permettent de créer des réseaux locaux sans fil à haut débit (54 Mbit/s théoriques, 27 Mbit/s réels) sur une portée de plusieurs dizaines de mètres (entre 20 et 50m en intérieur). Les réseaux locaux s’appuient sur des ondes ultra haute fréquence (2.4 GHz ou 5 GHz). 

greenwave

Exemple de processus de communication dans le cas d’un Hub (=gateway) fourni par le concepteur de l’objet connecté

Le processus peut également s’appuyer sur un Hub qui peut ne pas être le smartphone de l’utilisateur mais un composant physique conçu par le concepteur de l’objet connecté. Par exemple, les ampoules Hue de Philips sont livrés avec un Hub qui se branche à la box internet de l’utilisateur. De même, la Mother de Sen.se, constitue le Hub des capteurs appelés les Cookies. Le concepteur du Hub choisi la technologie par laquelle il veut que son hub communique avec les objets connectés l’environnant. Les principales technologies choisies sont la Wi-Fi, le Zigbee, les Z-wave.

Les réseaux cellulaires longues portées

Dans le cas d’objets qui ont besoin de pouvoir communiquer de longue distance, ou de zones difficilement accessibles, la solution de la communication courte portée et la solution de la communication par Hub sont inefficientes. Il est donc dans ce cas nécessaire de s’appuyer sur un réseau cellulaire qui permet une connexion en tout lieu couvert par les antennes.

Les objets connectés peuvent d’abord s’appuyer sur les réseaux cellulaires couverts par les opérateurs de téléphonie (2G,3G, 4G, LTE) pour transmettre leurs données. Ces réseaux permettent un transfert d’information en très haut débit mais consomment en contrepartie beaucoup trop d’énergie pour pouvoir être supportés par des objets connectés autonomes en énergie.

C’est pour ces raisons qu’un réseau dédié aux objets connectés a été développé par la start-up toulousaine Sigfox, qui repose sur des transmissions de données sur des basses fréquences qui consomment beaucoup moins d’énergie. Sous forme d’un abonnement annuel variant entre 1 et 9 €, les objets connectés peuvent transmettre entre 0 et 140 messages par jour sur la bande 868MHz, chaque message pouvant contenir jusqu’à 12 octets de données réelles de charge utile.

fonctionnement_reseau_sigfox

Exemple de fonctionnement du réseau Sigfox

La communication MESH

Certains objets connectés communiquent non pas vers un récepteur unique, ni vers un Hub, mais vers leurs pairs. Ainsi, chaque objet connecté est capable de recevoir et d’émettre des données, ce qui forme un réseau maillé qui atteint le Hub, connecté à l’internet. L’avantage de ce type de communication est la redondance du message qui est transféré à chaque fois à tous les pairs de l’objet connecté qui émet le message.

Mais cette communication nécessite d’être programmée de manière précise : tous les objets communicants doivent émettre leurs messages de manière synchronisée pour éviter les interférences entre les émissions et réceptions des données. Ce type de communication est par exemple utilisé pour les capteurs de parking des villes intelligentes et s’appuie sur l’architecture suivante :

mesh-network

mesh-network

Les technologies de communication de demain

Toutes les technologies et processus de communication vus ci-dessus utilisent des standards différents et adressent des usages différents. A l’heure des objets connectés, de nouveaux usages et besoins émergent (besoin de transmettre de courts messages, sans consommer beaucoup d’énergie…). La 5G, annoncée pour les années 2020, entend regrouper et intégrer toutes les technologies évoquées pour une utilisation plus efficiente des bandes de fréquences disponibles. Affaire à suivre…

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image : shutterstock

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5 commentaires

  1. Article sympa, pour lequel il manque quelques précisions. Le crédit image est pas contre mauvais car plusieurs erreurs
    BT Class 1 et 2 sont en dessous de des fréquence courtes à meilleurs propagation. Donc les fréquences RF 433 868 sont au dessus, les bandes ISM à 500mv sont au dessus voir égale aux ondes gsm & 2/3/4G, le Wimax est au même niveau.
    Enfin le schéma est pas bon, puisque de toutes façons sans connaitre la puissance d’émission cela veut pas dire grand chose.

  2. Super article. Cependant quelques précisions: le wifi à 54Mbps (802.11g) a tendance à disparaître au profit du 802.11n (72Mbps en 20MHz de bande passante avec 1 antenne) & du 802.11ac (433 Mbps en 80 MHz avec une antenne), à noter aussi les normes 802.11ah dans les fréquences plus faibles.
    Au niveau du LTE, pas besoin d’attendre la 5G, le LTE release 13 catégorie 0 est une techno qui devrait sortir bien avant 2020.

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