Comparaison des Protocoles IOT

Catégorie (fr-fr)

: Fatima Zahra Fagroud; Affichages : 11509

Vote utilisateur: 5 / 5

Le développement d'un système où les objets sont identifiables de manière unique, communiquant entre eux et capables de collecter des données sans aucune intervention humaine n'est possible que par l'intégration de technologies différentes. Parmi ces technologies les protocoles de communication, nous présentons dans ces articles quelque protocole de communication utilise par l’IOT, en plus d’un comparatif de ces protocoles.

NFC :

Near Field Communication (NFC) est extension de la norme ISO/CEI 14443.C’est une technologie de communication sans filà courte portée et à haute fréquence, permettant l'échange d'informations entre des périphériques jusqu'à une distance d'environ 10 cm dans le cas général2.

Modes de fonctionnements pour les équipements NFC :

Le mode lecture/écriture, un équipement NFC agit à proximité d’un autre appareil pouvant se coupler. On appelle cela le PCD (il s’agit du mode le plus utilisé). L’équipement peut dans ce cas lire et écrire les données stockées sur des transpondeurs passifs compatibles NFC.
Un mode basé sur une carte d’émulation qui peut s’insérer dans un appareil supportant le protocole NFC et réagissant à proximité par induction à une autre carte du même type. On appelle ce mode PICC.
Le mode peer-to-peer où les deux dispositifs NFC peuvent réaliser une communication bidirectionnelle pour transférer des données arbitraires.[1]

Bluetooth :

Inventé par Ericsson en 1994, Bluetooth est une technologie de réseaux sans fil à courte portée. Elle est base sur les ondes radio sur la bande de fréquences de 2,4 GHz pour connecter des équipements entre eux (smartphone, enceinte, oreillette, objets connectés…) afin de leur permettre d’échanger des données ou des fichiers (documents, photos, musique…).

Son fonctionnement est simple: il relie différents périphériques à un hôte (ou plusieurs hôtes entre eux) créant ainsi ce qu’on appelle un piconet (Réseau ad-hoc ultra local, aussi appelé BT-WPAN (pour Bluetooth Wireless Personal Area Network))[1]

Les protocoles Bluetooth peuvent être divisés en différentes catégories :

Les protocoles du noyau Bluetooth : regroupant la baseband (qui permet la formation d’un piconet), le protocole de gestion de liaison (qui établit la connexion entre les éléments Bluetooth et fournit une couche de sécurité), le L2CAP (qui segmente et réassemble les paquets), le SDP et le RFCOMM, ainsi que le HCI.
Le protocole de téléphonie : TCS Binary, qui définit les signaux de contrôle d’appel.
Des protocoles adoptés, comme TCP/IP.[1]

Zigbee :

Zigbee est une technologie similaire a Bluetooth en terme de communication à courte distance mais étant moins chère et plus simple. Elle est base sur la norme IEEE 802.15.4 pour les réseaux personnels sans fis, n’utilise que quatre couches sur les sept du modèle OSI :

Couche Physique (PHY) : contient la fréquence radio (RF) de l’émetteur-récepteur ainsi que son mécanisme de contrôle de bas niveau
Couche MAC (Medium Access Control) : donne accès au canal physique pour tous les types de transfert.
Couche réseau NWK (Network Layer) : fournit la conguration du réseau, la manipulation et le routage des messages
Couche application APL (Application Layer) : dotée de 2 sous couches APS (Application support sub-layer), qui lui est chargé de gérer la table de correspondance permettant d’associer les équipements entre eux et l’entité ZDO (ZigbeeDevice Object) qui est chargée de définir le rôle d’un objet dans le réseau et de sécuriser les relations entre les équipements.

Wifi :

Le terme Wifi (Wireless Fidelity) est apparu en 1997.Il s’agit d’un réseau local sans fils qui est géré par les normes IEEE 802.11, le Wi-Fi est principalement utilisé pour relier des appareils (ordinateurs portables, PDA, etc.) à des liaisons haut débit

La norme IEEE 802.11 définit les couches basses du modèle OSI :

La couche physique, qui repose sur les principes radioélectriques. Située en dessous de la couche MAC, elle est divisée en deux sous-couches :
- La sous-couche PMD qui gère l’encodage des données et effectue la modulation
- La sous-couche PLCP qui s’occupe de l’écoute du support indique à la couche MAC que le canal est libre.
La couche liaison, elle aussi divisée en deux sous-couches distinctes :
- La sous-couche LLC, la même que celle utilisée par Ethernet, pour simplifier les relations entre liaisons filaires et Wifi
- La sous-couche MAC assure la gestion d’écoute et d’émission ainsi que le contrôle d’erreur et d’intégrité de la trame [1]

Cellulaire:

Les réseaux cellulaires sont des réseaux de communications destinés spécialement aux équipements mobiles ce qui signifie que chaque antenne arrose un territoire bien défini et que les équipements changent de cellule au gré des déplacements.

Sigfox:

Sigfox est un Réseau LPWAN qui permet aux objets de communiquer sans fil entre eux ou avec un serveur. Il est spécialisé dans le M2M via des réseaux bas débit en plus que son coût d’abonnement dépend du Volume des messages échangé par appareil et Nombre d’appareil.

Fondamentaux de la technologie Sigfox

Bande ultra-étroite (UNB) : Elle permet aux stations de base Sigfox des communications sur de longues distances sans être affectées par le bruit. La bande utilisée varie en fonction des zones géographiques (pays suivant les normes ETSI : entre 868 et 868,2 MHz et dans le reste du monde : entre 902 et 928 MHz)
Accès aléatoire : C’est une fonctionnalité essentielle pour obtenir un service de haute qualité dans l’objet émet un message sur une fréquence aléatoire, puis envoie successivement deux répliques sur des fréquences différentes
Réception coopérative : Le message envoyé est reçu par n’importe quelle station de base à proximité (en moyenne trois de stations de base recevant chaque message
Messages courts : la taille est comprise entre 0 et 12 octets (12 octets est suffisante pour transférer les données produites par un capteur, le statut d’un événement tel qu’une alerte…). Pour la réglementation européenne le nombre de messages a transférer est : six messages de 12 octets par heure ou 140 messages par jour.
Communication bidirectionnelle : Le message descendant est déclenché par l’objet. Une fois qu’il a émis son message, l’objet retourne en veille pendant 20 s puis se réactive pendant 25 s pour recevoir le message descendant émis par la station de base. La fréquence descendante est la fréquence du premier message montant plus un delta défini.

Vue d’ensemble de l’architecture du réseau

Figure 1: Architecture Sigfox

Les deux parties principales de l’architecture Sigfox sont :

Partie équipement réseau : composée des stations de base (et d’autres éléments, notamment les antennes) chargées de la réception des messages provenant des objets et de leur transfert aux systèmes d’assistance Sigfox.
Le système de soutien operationel (OSS) : constitue le cœur du réseau, chargé du traitement des messages et de leur envoi au système du client par le biais de callbacks. Cette partie forme également le point d’entrée pour les différents acteurs de l’écosystème (Sigfox, Opérateurs Sigfox, partenaires commerciaux et clients finaux) pour interagir avec le système par l’intermédiaire d’interfaces Web ou d’API. Elle comprend aussi des modules et des fonctionnalités qui sont essentiels au déploiement, au fonctionnement et à la supervision du réseau, tels que le « Business Support System » (BSS) pour les commandes et la facturation, le « Radio Planning » pour le déploiement du réseau. Elle inclut également les espaces de stockage et les outils pour analyser les données collectées ou générées par le réseau.

LoRa:

LoRa est le nom donné à la technologie de modulation des ondes radios sur laquelle sont basés les réseaux LoRaWAN. Elle ne permet de transiter que de petits paquets de données, comme des mesures prises par un capteur de température, d’humidité, en plus qu’il permet d'envoyer des données en intérieur (indoor) et en sous-sol (deep indoor).

LoRaWAN :

Fait partie de la catégorie des réseaux LPWAN (low power wide area network, ou réseau faible consommation longue portée en français) et signifie réseau étendu à longue portée (long range radio wide area network).

Nombre d’opérateurs et Etats Couvert :

Il existe 100 opérateurs LoRa qui sont présents dans 51 Etats et qui mettent en œuvrent des accords de roaming pour permettre aux données IoT de transiter à l'international.

Consommation d’énergie :

Les appareils qui communiquent en LoRa ne sont pas reliés au réseau en permanence, pour éviter de consommer trop d'énergie. Ils s'allument périodiquement (une fois par semaine, chaque jour ou chaque heure, cela dépend de l'usage). Aucune intervention humaine n’est nécessaire pour changer la pile.

Couverture :

Chaque opérateur LoRa dispose de son propre réseau et donc de sa propre carte de couverture.

Portée :

Ces informations peuvent transiter sur des distances plus longues que sur les réseaux télécoms traditionnels. Un objet connecté en LoRa peut envoyer un message à une borne située à une distance d'environ 1 kilomètre en zone urbaine et à 20 kilomètres dans une zone rurale plane.

Différence entre LORA et SIGFOX :

LoRa est plus précise (de 20 à 100 mètres en fonction du nombre d'antennes) que Sigfox (de 10 à moins de 1 kilomètre) en terme de la géolocalisation sans GPS, même si elle est plus gourmande en énergie.

Comparatif des protocoles:

Protocole	Standard	Portée	fréquence	débits	Consommation d’énergie
NFC	ISO/IEC 18000-3	10 cm	13.56MHz (ISM)	100–420kbps	faible
Zigbee	ZigBee 3.0 based on IEEE802.15.4	10–100 m	2,4 GHz	250 Kbps	faible
Bluetooth	Bluetooth 4.2 core specification	50-150m (Smart/BLE)	2.4GHz (ISM)	1Mbps (Smart/BLE)	faible
Wifi	Based on 802.11n	Environ 50 m	2,4GHz et 5 GHz	600 Mbps maximum	élevé
Sigfox	Sigfox	30-50km (milieu rural) 3-10km (milieu urbain)	900 MHz	10-1000 bps	faible
LoRa	LoRaWAN	15km (milieu rural) 2-5km (milieu urbain)	variante	0,3-50 kbps	faible
Cellulaire	GSM/GPRS/EDGE (2G), UMTS/HSPA (3G), LTE (4G)	35km max for GSM; 200km max for HSPA	900/1800/1900 /2100MHz	35-170kps (GPRS), 120-384kbps (EDGE), 384Kbps-2Mbps (UMTS), 600kbps-10Mbps (HSPA), 3-10Mbps (LTE)	élevé