Stephen Hawking a dit un jour: «Pendant des millions d'années, l'humanité a vécu comme des animaux. Puis quelque chose s'est produit qui a libéré la puissance de notre imagination. Nous avons appris à parler. »
Un saut révolutionnaire similaire est actuellement observé dans le domaine de la technologie. La technologie apprend à communiquer. En conséquence, de nouvelles capacités analytiques, processus et solutions sont apparus. Le développement des technologies de communication est très rapide, répondant constamment aux dernières exigences. L'un des moteurs de ces innovations est l'Internet des objets (IoT), une plate-forme pour échanger des valeurs mesurées et transmettre des commandes à distance entre des technologies qui fonctionnaient auparavant indépendamment.
Nous voyons maintenant des voitures communiquer avec des parkings, des humidimètres de sol avec des systèmes experts qui transmettent des données à des moissonneuses-batteuses, ou un réfrigérateur dans la cuisine qui communique avec une liste de courses sur un téléphone mobile.
Dans les villes modernes, la technologie IoT peut trébucher dans presque tous les coins. Cependant, la question suivante se pose: comment assurer un transfert de données de haute qualité dans un environnement aussi ouvert, dans lequel les villes sont incontestablement situées, où le transfert de données sans fil est souvent nécessaire?
Une station météorologique installée sur un lampadaire, une caméra de suivi de la circulation ou un bracelet d'alarme médicale avec un bouton «Aide» sur le poignet d'un retraité - tout cela nécessite des communications différentes.
Actuellement, nous pouvons choisir l'une des technologies de communication suivantes.
Wifi
La technologie la plus utilisée aujourd'hui dans les ménages et les lieux publics est sans aucun doute le Wi-Fi. Cette technologie éprouvée et en constante amélioration convient au transfert de grandes quantités de données à partir de divers appareils, tels que l'électronique grand public, tels que les téléphones portables ou les tablettes. Cependant, ses inconvénients sont une puissance d'émission élevée, une surcharge du terminal et une gamme limitée de signaux (généralement pas plus de centaines de mètres dans les zones ouvertes). C'est pourquoi nous choisissons rarement des appareils simples ou à usage unique qui utilisent le Wi-Fi. D'un autre côté, le fait que le Wi-Fi ne soit pas suffisant en portée, c'est en vitesse et en flux de données. Aujourd'hui, nous assistons aux premiers déploiements de réseaux maillés Wi-Fi qui pourraient conduire à de nouvelles applications et à une adoption plus large à l'avenir. Un exemple intéressant de couverture de l'ensemble du territoire du pays avec un accès Internet sans fil peut être vu à Barcelone.
Réseaux GSM G / 4G
Ce sont les premières technologies sans fil déployées en masse. Dans les villes, leur avantage absolu réside dans la fiabilité de la transmission, la couverture et une large gamme d'appareils. Par exemple, les dispositifs de communication via GSM / GPRS deviennent une source précieuse d'informations pour les systèmes d'estimation du trafic. Sans le savoir, les téléphones mobiles échangent des informations sur le trafic avec des services tels que Google Maps ou Yandex.Maps. Les lacunes que beaucoup espèrent et attendent seront bientôt éliminées.
En effet, les réseaux nécessitent une carte SIM, ce qui exclut certaines applications où il n'est pas possible d'utiliser des cartes SIM, par exemple par manque d'espace.
Sigfox
SigFox était à l'origine une technologie française, mais c'est aujourd'hui l'opération IdO à la croissance la plus rapide au monde avec des opérations dans 60 pays. Il a été conçu principalement pour fournir une communication rapide et facile entre les appareils tactiles au sein de leur réseau sans fil.
LoRa / LoRaWAN
Outre SigFox, il s'agit probablement du WAN (réseau étendu) le plus utilisé. Cependant, contrairement à SigFox, il n'a pas qu'un seul opérateur, ce qui signifie que chacun peut non seulement construire son propre réseau LoRaWAN en fonction de ses besoins, mais aussi le servir indépendamment. Cette technologie est souvent le choix préféré pour les compteurs d'eau, de gaz ou d'électricité dans le même bâtiment ou dans des bâtiments plus grands. LoRaWAN fournit également une communication bidirectionnelle économe en énergie, de sorte qu'un simple capteur équipé d'une petite batterie peut transmettre des données jusqu'à 10 ans. Comme SigFox, LoRaWAN a également une bonne gamme de signaux, c'est pourquoi il est souvent utilisé dans les zones difficiles à atteindre sans signal GSM.
NB-IoT
NB-IoT est souvent considéré comme une technologie qui comblera la plupart des lacunes dont souffrent ses concurrents actuels. Cependant, le plus gros problème à ce jour est son déploiement limité, ce qui signifie que nous n'avons pas suffisamment d'informations sur son application. Cette technologie dépend de la couverture du réseau 4G et sera principalement utilisée par les entreprises de télécommunications existantes qui disposent déjà d'une infrastructure. Par conséquent, nous pouvons nous attendre à une bonne couverture intérieure et extérieure. Selon ses spécifications, NB-IoT devrait fonctionner plus rapidement que LoRa (WAN) et offrir la meilleure qualité de service (QoS). Dans un avenir proche, le développement de cette technologie mérite certainement attention.
Bluetooth / Bluetooth faible consommation
Comme le Wi-Fi, c'est une technologie largement utilisée. Aujourd'hui, chaque smartphone est équipé d'une puce Bluetooth. Il a été spécialement conçu pour la communication à courte distance. Cependant, Bluetooth ne doit pas être confondu avec BLE (Bluetooth Low Energy). Alors que le Bluetooth traditionnel a été conçu principalement pour le transfert de données en continu, par exemple, pour la transmission du son à l'aide d'un casque sans fil, BLE se concentre sur le transfert de données à faible énergie dans des appareils conçus pour fonctionner sur batterie pendant plusieurs années. Il est généralement utilisé dans les soi-disant balises, c'est-à-dire dans de petits émetteurs qui transmettent en continu des messages. Après avoir installé l'application mobile nécessaire, BLE peut vous aider à naviguer dans le centre commercial, surveiller le nombre de visiteurs, mesurer la température dans la pièce ou le niveau de dioxyde de carbone. Le BLE est également utilisé dans les vêtements dits portables, tels que les bracelets de fitness. Ils sont équipés de batteries miniatures et peuvent fonctionner pendant plusieurs jours ou semaines sur une seule charge.
Enocean
Cette technologie sans fil mérite une attention particulière car elle est très différente des autres. Elle utilise les technologies dites de récupération d'énergie qui lui permettent de travailler sans câble, batterie ou autre source d'alimentation. Il tire l'énergie de son environnement à l'aide de panneaux solaires (lumière), de panneaux thermoélectriques (chaleur) ou d'interrupteurs mécaniques (énergie cinétique). Ainsi, il ne souffre pas de l'inconvénient présent chez ses rivaux: la nécessité d'un remplacement régulier de la batterie. La technologie EnOcean est particulièrement bien adaptée à une utilisation dans les bâtiments pour lesquels elle propose la plus large gamme de produits. Les plus intéressants d'entre eux sont les têtes thermostatiques, qui consomment l'énergie des radiateurs, ou les poignées de fenêtre qui, après avoir tourné, chargent les appareils électroniques et envoient un signal au système de contrôle que la fenêtre est ouverte.
Zigbee
ZigBee est sans aucun doute l'une des technologies sans fil les plus populaires pour une utilisation en intérieur. De nombreux fabricants ont adapté cette technologie, notamment Philips avec son système d'éclairage HUE ou IKEA avec ses appareils TRÅDFRI. Il a également des applications industrielles, par exemple dans les compteurs intelligents. Cette technologie utilise du treillis métallique et a une faible consommation d'énergie en raison de son mode veille, dans lequel l'appareil peut entrer dans certaines circonstances et ainsi économiser la batterie.
Propre RF
Les sociétés de mise en œuvre proposent parfois des solutions basées sur leurs propres protocoles, c'est-à-dire protocoles qui sont généralement développés par le même fabricant et sont incompatibles entre eux, ou nécessitent des convertisseurs de protocole pour réaliser l'interopérabilité. Bien qu'il s'agisse d'une fonctionnalité bienvenue dans les systèmes de sécurité à domicile sans fil, les appareils IoT évitent généralement d'utiliser de telles technologies car elles sont difficiles ou presque impossibles.
Combinaison de plusieurs protocoles de communication
Certains domaines d'application peuvent bénéficier de l'utilisation de plusieurs protocoles de communication. Prenons, par exemple, des capteurs de niveau de remplissage installés dans des conteneurs à déchets. En règle générale, chaque capteur de la trémie envoie ses données de mesure au module maître, qui sert de concentrateur de données. Les capteurs utilisent le protocole d'économie d'énergie Bluetooth Low Energy pour établir des communications. Ensuite, le module maître collecte ces données et les transmet via un autre protocole de communication, par exemple GSM ou SigFox. Le principal avantage de cette méthode est l'optimisation des coûts de communication en sortie.
Consommation d'énergie sans fil
Il y a des moments où les capteurs sont installés dans des endroits difficiles d'accès, ou quand un changement fréquent de batterie semble indésirable, car cela augmente les coûts de maintenance. Par conséquent, lors de la recherche de la bonne technologie, il est important de considérer comment les facteurs suivants affectent la durée de vie de la batterie:
- Débit de données;
- Le niveau d'atténuation du signal de transmission;
- La force du signal du dispositif de transmission.
Un taux de transfert de données différent est nécessaire qu'avec un compteur d'eau intelligent ou lors de la mesure, par exemple, de la consommation électrique maximale pendant 15 minutes. En revanche, une station météo située en centre ville et équipée de capteurs de poussières ou de capteurs d'émission NOx ou Sox ne peut transmettre des données que si elle dépasse les valeurs limites. Les fabricants de capteurs universels ajoutent une fonction de veille à leurs appareils, ce qui maintient le capteur en mode basse consommation, le réveille une fois, par exemple 4 heures, puis transmet les données récemment mesurées. Certaines technologies sans fil vous permettent de modifier le niveau de performance de transmission, ce qui a un impact direct sur la consommation d'énergie.
Les réseaux de communication utilisent généralement une topologie stellaire, c'est-à-dire ils ont un émetteur / récepteur principal, qui agit comme un canal et transmet des messages entre tous les composants du réseau (par exemple, Wi-Fi, GSM, SigFox, etc.). Cependant, dans certaines zones de déploiement, les réseaux maillés sont de plus en plus présents. Il s'agit d'un réseau dont les participants - les soi-disant nœuds - échangent directement des données, tandis qu'ils peuvent également transmettre des messages à partir de leurs nœuds "voisins". Par conséquent, avec une augmentation du nombre de nœuds de réseau qui y participent, sa portée et souvent sa fiabilité augmentent également. Cependant, le réseau peut ne pas être le choix idéal pour les communications à longue distance, car il peut nécessiter l'utilisation d'un grand nombre de nœuds, ce qui entraînera automatiquement un ralentissement du transfert de données. Pour assurer un canal de communication optimal, le placement correct du nœud est un autre aspect qui doit être pris en compte lors de la conception et de la construction d'un réseau.