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Revue TELECOM 178 - La 4G "allégée" pour connecter les objets

Articles Revue TELECOM

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15/11/2015


LA 4G " ALLEGEE " POUR

CONNECTER LES OBJETS





Par Ambroise Popper (2000) dans la revue TELECOM n° 178

 
La 4G se décline désormais en de nouvelles versions bas-débit qui permettent de connecter les objets en baissant drastiquement la taille, la consommation et le coût de la connectivité.

Connecter les objets

En permettant de connecter les objets au réseau, l'Internet des Objets a ouvert tout un champs d'applications nouvelles, que ce soit dans le domaine industriel (suivi logistique, améliorations de processus), le domaine de la santé ou du sport (relevé de paramètres vitaux, suivi d'activité), ou bien la gestion des villes. Il existe diverses solutions pour connecter ces objets au réseau, adaptées aux différents besoins. On peut distinguer deux grandes familles :
 
  • Connexion secondaire de l'objet via un point d'agrégation qui lui-même est connecté au réseau. Par exemple, une caméra de surveillance connectée en Wifi au modem DSI, ou bien une montre connectée en bluetooth à un smartphone;
 
  • Connexion directe au réseau. Dans ce cas l'objet est directement relié au réseau via une technologie de type cellulaire, par exemple un terminal de paiement connecté en GPRS, ou bien une voiture connectée en 4G.

Pourquoi une connexion directe

Dans le cadre d'une connexion secondaire, l'objet est muni d'une connectivité locale (" local area network " ou LAN), typiquement WiFi, Bluetooth, ou Zigbee, qui la connecte au point d'agrégation. Ces technologies ont chacune leur spécificité, mais toutes opèrent dans des bandes non licenciées. Bien que ces solutions soient adaptées à un grand nombre d'usage (principalement dans le domaine grand public), elles souffrent de certaines limitations :
 
  • Besoin d'un point d'agrégation. Tous les utilisateurs n'ont pas forcément un smartphone, bien chargé, bien configuré, et à distance de l'objet connecté. Cela limite la notion d'un objet autonome ;
  • Qualité de service difficilement maîtrisable de bout en bout, de par l'utilisation de bandes non licenciées ;
  • Sécurité de bout en bout non contrôlée (le lien LAN est souvent moins sécurisé).

Donc, pout toutes les applications critiques, mais aussi certaines applications grand public comme le suivi de personnes, les applications sportives, où toute application pour laquelle simplicité et transparence sont importantes, une connexion directe est préférable. Pour connecter les objets directement au réseau, il existe deux grandes familles de technologies :
 
  • Les technologies d'accès cellulaire classique issues du monde 3GPP (2G, 3G, 4G) ;
  • Les nouvelles technologies définies spécifiquement pour l'Internet des Objets, appelés généralement LPWA (low-power wide area).

Technologies d'accès celllulaire

La technologie 2G (GPRS ou EDGE) est prédominante est prédominante aujourd'hui pour toutes les applications Machine-to-Machine (M2M), et couvre bien la plupart des applications à faible volume de données. Mais la 2G disparait progressivement au profit de la 3G et la 4G, principalement aux Etats-Unis et en Asie (pour permettre aux opérateurs d'utiliser 

de façon plus efficace leur spectre). Par exemple AT&T a annoncé la fermeture progressive de leur réseau 2G d’ici 2017. Ce mouvement a poussé les fabricants d’équipement M2M à se tourner vers les technologies 3G ou 4G. Par ailleurs, la technologie 4G est en train d’évoluer de façon à se décliner en des versions plus adaptées à l’Internet des Objets. Spécifiquement, le standard 4G a défini de nouvelles catégories de terminaux à plus bas débit, ce qui permet de réduire leur coût, leur consommation, et leur encombrement. Cette évolution de la 4G, qu’on peut qualifier de 4G « allégée », devient une technologie très intéressante pour les opérateurs cellulaires traditionnels afin de servir le marché des objets connectés.
 

  Débit descendant (DL) Débit montant (UL) Date de déploiement
CAT4 150 Mbit/s 50 Mbit/s 2013
CAT1 10 Mbit/s 5 Mbit/s 2015
CAT0 1 Mbit/s 1 Mbit/s 2016
CATM ~500 kbit/s* ~500kbit/s* 2017
NB-IoT ~10-100 kbit/s* ~10-100 kbit/s* 2018

* le standard n’étant pas figé, ces chiffres ne sont pas définitifs

Technologies d’accès LPWA

Il existe plusieurs technologies LPWA, en particulier LoRa (étalement de spectre), celle déployée par l’opérateur Sigfox (ultra-narrowband), par Ingenu (RPMA), ou celle promue par le groupe Weightless (FDMA). Ces technologies opèrent aujourd’hui sur des bandes non licenciées. Cela leur confère un avantage en termes de coût de déploiement, mais rend plus difficile la garantie de qualité de service, en particulier à cause des interférences potentielles d’autres utilisateurs de ces bandes. Ces technologies sont très bien adaptées aux applications simples, principalement pour remonter des informations de type alerte, ou relevé d’informations courtes, et commencent à être déployées dans divers pays.

Les avantages de la 4G « allégée »

Il n’est pas possible ici de faire une comparaison extensive de ces technologies, mais on peut souligner quelques avantages importants de la technologie 4G « allégée » :

• Les terminaux supportant la 4G « allégée » pourront se déployer au sein des réseaux 4G existants (moyennant une mise à jour logicielle des équipements de réseau), c’est-à-dire qu’un objet connecté en CATM par exemple, sera

sur le même réseau que des smart- phones 4G en CAT4. Donc les opérateurs n’ont pas à déployer de nouveaux réseaux. Les technologies LPWA de leur côté demandent le déploiement d’un nouveau réseau ;

  • L’écosystème du monde 3GPP donne une pérennité forte à la technologie 4G « allégée », garantit ses évolutions futures et son intégration ultérieure dans la 5G, et permet des économies d’échelle au niveau du coût des composants ;
  • La technologie 4G « allégée » permet des applications plus riches (débits plus élevés, bidirectionnels, qualité de service garantie), qui sont amenées à se développer avec le développement de nouveaux objets.

Le monde de l’Internet des Objets est tellement divers qu’on peut envisager une cohabitation de ces différentes technologies, chacune ayant ses usages de prédilection. Par ailleurs, l’évolution des technologies et des standards fait qu’avec le temps ces usages peuvent évoluer, pour converger ensuite au sein de la technologie 5G.


Biographie de l'auteur

Ambroise Popper (2000), est un passionné de technologie, en particulier des technologies radio d'accès et des objets connectés. Il est un des cofondateurs en 2003 de Sequans Communications, une start-up Française de composants chipsets 4G qui s'est introduite en bourse au NYSE en 2011. Il a passé quatre ans dans la Silicon Valley de 2005 à 2009, et s'occupe actuellement de mener les efforts de Sequans pour adapter la 4G à l'internet des objets. Ambroise est diplômé de l'Ecole Polytechnique (X95), et ingénieur Télécom ParisTech. 

 

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