Protocoles de communication dans l’Internet des objets

Pour assurer la communication entre les objets de l’IoT, différents technologies de communication peuvent être utilisées en prenant en considération les besoins et les capacités des environnements IoT. Dans ce contexte, une technologie de communication spécifique est utilisée conformément aux caractéristiques des objets IoT et aux exigences des applications IoT

2.5. Protocoles de communication dans l’Internet des objets

20

correspondantes. Les objets sont généralement dotés de peu de ressources mémoires et de capacités de calcul réduites. Par conséquent, les technologies de communication utilisées dans un environnement IoT doivent être conformes aux caractéristiques de ces objets.

Les technologies de communication au sein de l’IoT peuvent correspondre à une adaptation d'une technologie existante ou encore à une nouvelle technologie spécifiquement mise en place pour ce type d’environnement. Dans ce qui suit, nous proposons une classification des technologies et protocoles de communication de l’IoT selon deux groupes (voir Figure 2.7) : le groupe des technologies de communication sans fil cellulaires et celui des technologies de communication sans fil non cellulaires.

Technologies de communication de

l’IoT

Technologies sans fil cellulaire

Technologies sans fil non-cellulaire Mobile Technologies Couche 2 Couche 3+ LTE NB-IoT 4G 5G IEEE 802.15.4 UWB 6LoWPAN ZigBee BLE Z-Wave NB-IoT 4G 5G LoRaWAN DASH7 Couche 1 LoRa SIGFOX Couche 3

Figure 2.7 : Classification des technologies de communication de l’IoT

2.5.1. Technologies sans fil cellulaires

Différentes technologies et variantes de technologies sans fil cellulaires ont été proposées pour une utilisation dans l’Internet des objets. Dans ce qui suit, nous présentons une liste non exhaustive de ces technologies utilisées dans l’IoT. Ainsi, LTE (Long Term Evolution) est une évolution des normes de téléphonie mobile qui peut être adaptée et utilisée dans l’IoT en assurant une bonne couverture étendue arrivant à 5 Km pour un grand nombre d’objets (20000 objets par cellule) et avec un débit théorique entre 50 et 100 Mbit/s [52] [53]. A ce titre, différentes variantes de LTE existent telle que LTE-M qui permet d’économiser de l’énergie, d’optimiser les interférences et de se conformer ainsi aux caractéristiques des objets IoT [52]. D’autre part, LTE-Advanced, connu par l’appellation 4G, permet d’offrir des réseaux plus rapides et plus efficaces avec de meilleures bandes passantes et une meilleure intensité du signal dans un environnement urbain dense. Par conséquent, la 4G assure une fiabilité accrue en termes de perte de paquets et une meilleure sécurité pour une

Chapitre 2 - Internet des objets : Généralités

21 utilisation dans un environnement IoT [52]. Enfin, NB-IoT (Narrowband IoT) est une technologie radio offrant une consommation énergétique minimale pour assurer une longue durée de vie des batteries et s’adapter ainsi aux contraintes des objets IoT. Elle supporte un grand nombre d’objets par cellule (55000 objets par cellule) avec un faible débit, de l’ordre de 200 Kbit/s [52] [54]. La 5G est la 5ème génération de réseaux mobiles, une évolution significative des réseaux 4G LTE Advanced actuels. La 5G est conçue pour répondre à la forte croissance des flux de données échangés sur les réseaux. La 5G fonctionnera initialement avec les réseaux 4G existants avant de devenir des réseaux entièrement autonomes dans les versions ultérieures. Il existe trois grandes catégories de cas

d'utilisation pour la 5G. La première concerne les communications machine à machine (M2M) qui

consistent à connecter des milliards de périphériques sans intervention humaine. La deuxième concerne des communications ultra-fiables à faible temps de latence. La troisième catégorie concerne l’offre de débits de transmission de données considérablement plus importants. Avec la 5G le débit de liaison descendante peut atteindre 20 Gbit/s et celui de la liaison montante 10 Gbit/s avec une latence entre 10 et 20 ms [55].

2.5.2. Technologies sans fil non cellulaires

Des technologies sans fil non cellulaires peuvent être utilisées pour la communication entre les objets dans l’IoT. Ces technologies opèrent à différents niveaux du modèle OSI (Open Systems Interconnection) comme le montre la Figure 2.7. Nous présentons dans cette section une liste non exhaustive des différentes technologies sans fil non cellulaires utilisées dans l’environnement IoT. A ce titre, LoRa (Long Range) [56] est une technologie sans fil offrant une longue durée de vie des batteries et une bonne couverture pouvant atteindre les 15 Km. Cette technologie est utilisée dans l’IoT pour des applications à débit réduit entre 0.3 Kbit/s et 50 Kbit/s. La technologie LoRa se limite à la spécification de la couche 1 du modèle OSI tandis que LoRaWAN étend la spécification à la couche 2 du modèle OSI. Ainsi, LoRaWAN définit le protocole de communication et l'architecture réseau correspondante [56]. D’autre part, IEEE 802.15.4 est un standard de communication adapté aux réseaux à faible débit et à faible portée. Ce standard définit les caractéristiques des couches 1 et 2 du modèle OSI et peut être utilisé comme base par d’autres protocoles et technologies de l’IoT [57]. A titre d’exemple, ZigBee [58] et 6LowPAN [59] sont basées sur les spécifications des couches 1 et 2 du standard IEEE 802.15.4. Ce dernier spécifie les fréquences, puissances, modulation et technique de contrôle d’accès au medium partagée avec un débit pouvant atteindre au maximum 250 Kbit/s. Dans ce groupe de technologies sans fil utilisées dans l’IoT, nous pouvons citer Z-Wave [60] qui est un standard de communication permettant une faible consommation énergétique. Cette technologie assure des débits entre 9.6 Kbit/s et 40 Kbit/s pour une couverture de l’ordre de 30 mètres. De plus, BLE (Bluetooth Low Energy) [61] est une variante du standard Bluetooth adaptée pour les capteurs ayant peu de ressources. Cette technologie assure une couverture allant jusqu’à 60 m avec un débit pouvant atteindre les 305 Kbit/s.

2.5. Protocoles de communication dans l’Internet des objets