IoT : quel protocole de communication choisir pour ses objets connectés ?

Portée, consommation d'énergie : les réseaux qui permettent aux appareils intelligents de faire transiter leurs données ont des caractéristiques différentes. Voici les principales solutions existantes.

Pour les entreprises qui se lancent dans l'IoT, choisir le réseau de communication le plus adapté pour relier leurs objets connectés au Net peut devenir un casse-tête chinois. Il existe des dizaines de technologies différentes, qui ont chacune leurs particularités en termes de consommation d'énergie, de prix… Pour aider les décideurs à ne pas se perdre dans cette jungle, le JDN propose un panorama des principales solutions et présente leurs avantages et inconvénients.

Réseau court ou réseau long ?

Deux grandes catégories de réseaux existent sur le marché :

  • "Les réseaux longue portée, comme Sigfox, LoRa ou encore les technologies cellulaires (GSM, 2G, 3G…) sont capables de faire transiter des data d'un appareil à l'autre sur de vastes distances", explique Olivier Ezratty, consultant qui fouille régulièrement des thématiques liées à l'IoT sur son blog. Ils sont utilisés par les entreprises qui veulent connecter des kilomètres d'infrastructures à Internet ou dans des projets de smart cities par exemple.
  • "Les réseaux à courte portée comme le Wifi, le Z-Wave, le ZigBee, ou encore le Bluetooth Low Energy, permettent de transférer des données sur de faibles distances. Ils sont beaucoup utilisés dans la domotique ou sur le marché des wearables grand public", poursuit-il. Un bracelet connecté n'est jamais très loin du téléphone auquel il transfère ses data.

Avant de se pencher dans le détail sur les fonctionnalités techniques de chaque réseau, il faut donc déterminer si ses objets connectés seront ou non situés loin du portail de réception de leurs données.

Les réseaux longue portée

Sigfox

  • En ville, Sigfox a une portée qui peut être supérieure à 10 km. Elle peut atteindre les 30 voire les 50 kilomètres à la campagne. Les appareils ne consomment que très peu d'énergie pour envoyer leurs données sur ce réseau, même s'il est difficile de le confronter à d'autres technologies, faute de tests comparatifs réalisés par un organisme indépendant. Sigfox, qui ne coûte en moyenne que 3 euros par an et par objet, couvrait fin 2015 91% de la population hexagonale et était en cours de déploiement dans 19 pays mi-2016. Pratique pour les entreprises internationales.
  • En contrepartie de sa faible consommation d'énergie, Sigfox ne permet de transporter que de très faibles quantités de données, entre 10 et 100 bits par seconde maximum (bps). Monodirectionnel au départ, il permet désormais d'envoyer des informations à ses objets connectés, même s'il est impossible de réaliser rapidement d'importantes mises à jour.

LoRa

  • Le protocole très basse consommation LoRa est déployé par différentes entreprises, comme Bouygues Telecom ou encore Orange. Bidirectionnel et à faible coût (de 1 euro par an et par objet à 12 euros pour Bouygues Telecom), il permet de transmettre des données à des distances de 2 à 5 kilomètres en milieu urbain et jusqu'à 45 kilomètres en milieu rural.
  • Seuls 0,3 à 50 kilobits par seconde (kbps) peuvent transiter sur ce réseau, qui est (tout comme Sigfox) idéal pour des capteurs émettant périodiquement une faible quantité de données de température, de géolocalisation, ou de pression par exemple. Bouygues Telecom prévoit de couvrir la France d'ici fin 2016. A l'international, l'opérateur prévoit de tisser des accords de roaming.

Les réseaux cellulaires (GSM, 2G, 3G, 4G) 

  • Le principal avantage des réseaux cellulaires, fournis par les opérateurs télécoms traditionnels, est qu'ils permettent de transférer d'importantes quantités de données (pour faire transiter 83 mégabits, il faut 22 secondes en 3G et 1 seconde en 4G, selon l'opérateur Virgin Mobile).
  • Très gourmands en énergie ces réseaux sont à réserver à des appareils branchés au secteur. Le prix des abonnements (qui dépend de l'opérateur choisi) est nettement plus élevé que ceux de Sigfox et LoRa. Par ailleurs, il faut prévoir un espace sur l'objet connecté pour insérer une carte SIM.

Les réseaux propriétaires

Installer un réseau type LoRa ou Sigfox ne coûte pas très cher, comparé à un réseau cellulaire, car le nombre d'antennes à installer est plus faible (Bouygues Telecom a déboursé plusieurs dizaines de millions d'euros pour installer le réseau LoRa en France, soit 10 fois moins que pour déployer ses antennes 4G). Certains grands groupes, qui ont les épaules assez larges pour supporter ce type d'investissement, et qui veulent déployer à grande échelle des appareils communicants, choisissent d'installer un réseau privé. La filiale de Veolia m2ocity a par exemple installé un réseau pour connecter ses compteurs d'eau intelligents. Ces firmes peuvent ensuite louer un droit de passage sur leurs antennes à des sociétés tierces.

Les réseaux courte portée

Le Wifi

  • Universel, le Wifi permet de transférer un grand nombre de données rapidement, jusqu'à 600 mégabits par seconde (mbps). Ce protocole de communication peut être utilisé pour connecter des caméras de surveillance qui filment des images lourdes 24 heures sur 24. Il est bidirectionnel, ce qui permet de mettre facilement à jour les appareils.
  • Problème, il est très énergivore et ne peut être utilisé que pour des appareils branchés au secteur, dans la maison par exemple.

Le Z-Wave

  • Le Z-Wave est un protocole de communication dédié à la domotique. Sans fil, il est facile à installer dans la maison. Il a à la base une portée de 30 mètres. C'est un réseau maillé, c'est-à-dire que chaque appareil connecté au système est émetteur de données mais peut aussi relayer celles qui sont émises par ses voisins. Cela permet d'élargir sa portée.
  • Un bémol toutefois : les clients qui créent dans leur logement un réseau Z-Wave doivent veiller à installer régulièrement dans l'espace des appareils reliés au secteur, faute de quoi ils risquent de créer des zones blanches. Ce sont les seuls qui restent en activité 100% du temps, pour éventuellement transmettre les données de leurs comparses. Ceux qui fonctionnent sur batterie sont la plupart du temps en sommeil pour ne pas consommer trop (le Z-Wave brûle tout de même deux fois plus d'énergie que le Bluetooth Low Energy). Ils ne relaient donc les données que lorsqu'ils s'allument. Le Z-Wave n'est par ailleurs pas aussi universel que le Wifi. Tous les appareils de la maison ne pourront pas forcément communiquer avec un objet connecté via cette technologie.

Le ZigBee

  • Le ZigBee permet de faire circuler plus de données que le Z-Wave (jusqu'à 250 kbps, contre 100 maximum). Il est également moins cher et plus facile à implémenter pour les fabricants d'objets connectés que le Z-Wave ou le Bluetooth (dans sa version 4, dite Low Energy comme dans sa version 5, qui vient d'être standardisée).
  • Mais ce réseau n'a que 10 mètres de portée en moyenne soit 20 de moins que le Z-Wave et 50 de moins que le Bluetooth Low Energy.

Le Bluetooth Low Energy

  • Le Bluetooth Low Energy est très largement utilisé dans le monde. Quasiment tous les smartphones sont équipés de cette techno, fréquemment utilisée pour faire communiquer les wearables. Il a une portée de 60 mètres en terrain dégagé et "consomme environ 20 fois moins d'énergie que le Wifi", selon Thomas Gauthier, le CEO de l'entreprise de domotique NodOn. La dernière version de cette techno, le Bluetooth 5, est plus adaptée à l'IoT et dispose d'une portée deux fois supérieure à celle de son aînée.
  • Ce réseau de courte portée permet de transporter nettement moins d'infos que le Wifi : 1 mbps seulement, même si le nouveau standard permet de transférer quatre fois plus de données.

Le Enocean

  • "Le Enocean est un réseau de communication sans fil et sans pile", explique Thomas Gauthier. Et de poursuivre : "Il consomme deux fois moins que le Bluetooth Low Energy et permet de résoudre le problème de la durée de vie des objets connectés. Il capte l'énergie nécessaire à son fonctionnement dans son environnement grâce à des capteurs de mouvement (énergie mécanique) mais aussi à des capteurs de température (solaire)."
  • Pour l'instant, cette technologie est très loin d'être un standard.

Dans certaines situations, les entreprises peuvent être tiraillées entre plusieurs solutions différentes. Il est possible de croiser différentes technologies sur un même objet connecté, même si cela rend plus complexe la conception de l'appareil.

Enfin, pour vous aider à choisir le bon réseau IoT, le JDN vous propose le guide ci-dessous.

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