Comment le NB-IoT influencera l'avenir de l'Internet des objets
La 5G devrait arriver en 2020. Cet article aborde la technologie NB- IoT et ses aspects techniques qui en font un outil essentiel pour l'Internet des objets. La IoT , également connue sous le nom de LTE Cat NB1, est sur le point de connecter des milliards d'appareils de manière plus intelligente. Économique, elle prend en charge une faible consommation d'énergie pour l'utilisation d'appareils à bas coût et offre une large couverture. Cette technologie LPWA (Low Power Wide Area) permet de réaliser des économies d'échelle concrètes pour le IoT ; elle connecte quasiment partout et fonctionne avec les réseaux mobiles existants.
L'une des principales conditions pour le déploiement de nouvelles applications MTC est la mise en place d'un réseau d'accès radio capable de réduire la consommation des batteries, de couvrir une vaste zone, d'alimenter efficacement des appareils à bas coût et de s'adapter aux différentes attributions de spectre des opérateurs. Parmi les applications MTC, on trouve le comptage intelligent, la surveillance des propriétés, l'agriculture, ainsi que la gestion de flottes et la logistique. Les dispositifs MTC de grande taille traitent généralement de faibles volumes de données et sont souvent installés dans des zones difficiles d'accès pour la couverture du signal, comme les forêts, les exploitations agricoles ou les sous-sols.
L'utilisation d'un spectre de fréquences sous licence facilite la couverture et les performances. Les technologies fonctionnant sur des spectres sans licence présentent un risque d'interférences incontrôlées, affectant les performances globales de nombreux appareils du réseau.
Autonomie et performances de la batterie
La densité de sites et le bilan de liaison sont les principaux facteurs influençant la couverture des réseaux mobiles. Comparé à d'autres technologies comme le GPRS, le WCDMA et la LTE, le bilan de liaison du NB-IoT présente une marge de 20 dB et fonctionne avec des débits de données inférieurs.
Concernant les détails techniques relatifs au bilan de liaison, on peut souligner :
| NB-IoT | 164 dB |
| GPRS | 144 dB |
| LTE | 142,7 dB |
Cette amélioration de 20 dB pourrait laisser penser à des compromis sur d'autres facteurs, comme les exigences des applications MTC, mais ce n'est pas le cas. Le NB-IoT répond aux exigences de débit, de latence et d'autonomie. La longévité dépend de la capacité des appareils à basculer efficacement en « modes veille », qui permettent de réduire la consommation de la batterie lorsque celle-ci n'est pas nécessaire.
NB-IoT utilise deux états principaux du protocole RRC, tout comme LTE :
| RRC_inactif | Permet d'économiser l'énergie et les ressources utilisées pour l'envoi des rapports de mesure |
| RRC_connecté | Les appareils reçoivent et envoient des données directement |
Flexibilité de conception NB-IoT
La technologie NB-IoT , en particulier, prend en charge différents débits de données. Ces débits dépendent de la qualité du canal, du rapport signal/bruit et de la disponibilité des ressources (bande passante). De plus, chaque appareil dispose d'une consommation énergétique spécifique, ce qui permet de mutualiser la puissance de plusieurs appareils.
Dans certains cas, les appareils NB-IoT sont sensibles à la puissance du signal plutôt qu'à la bande passante. Ces appareils peuvent concentrer leur énergie de transmission sans perte de performance sur une bande passante plus étroite. Cette efficacité libère de la bande passante pour d'autres appareils. Le NB-IoT utilise des tonalités ou des sous-porteuses plutôt que des blocs de ressources. Sa bande passante est de 15 kHz, une différence significative par rapport à un bloc de ressources dont la bande passante effective est de 180 kHz.
Dans différentes situations, que la couverture soit bonne ou mauvaise, il est possible d'augmenter les débits de données en augmentant la bande passante. Les débits pourraient être multipliés par 12 en allouant plusieurs tonalités ou sous-porteuses aux appareils. Cette approche améliore les capacités. Ce scénario est valable lorsque les appareils bénéficient d'une bonne couverture et que le transfert de données est rapide. Généralement, une bonne couverture est obtenue lorsque les appareils NB-IoT sont déployés sur des réseaux denses ou lorsque la plupart des appareils se trouvent dans la zone de couverture LTE d'origine.
Il est remarquable que le NB-IoT ait été conçu avec un multiplexage performant et des débits de données adaptables. La capacité cible fixée par le 3GPP est de 40 appareils par foyer, soit environ 52 200 par cellule (dans des villes comme Londres). Des simulations ont été réalisées avec 200 000 appareils par cellule, soit quatre fois plus que l'objectif initial. Le NB-IoT répondra sans aucun doute aux exigences de débit de données lors de son lancement.
À propos des appareils
Des modems abordables sont indispensables au déploiement de capteurs à grande échelle. Les processus de détection et de transmission de différentes variables, telles que la température et l'humidité, doivent être optimisés. Pour les applications nécessitant un grand nombre de capteurs, le débit de données et la latence doivent être réduits. La technologie NB-IoT répond à ces exigences, confirmant ainsi son potentiel d'amélioration de l'efficacité. Les dispositifs NB-IoT ont démontré leur capacité à supporter des débits de données de pointe plus faibles au niveau de la couche physique, de l'ordre de 100 à 200 kbit/s, voire nettement inférieurs avec les dispositifs à fréquence unique.
Il existe d'autres aspects d'optimisation des appareils à examiner. Par exemple, la LTE MBB nécessite deux antennes, tandis que les appareils NB-IoT n'en requièrent qu'une seule. Ainsi, le convertisseur de rapport et le démodulateur de bande de base ne nécessitent qu'une seule chaîne de réception.
L'un des avantages de la bande passante étroite (200 kHz pour le NB-IoT contre 1,4 MHz à 20 MHz pour d'autres technologies) est la complexité de la conversion analogique-numérique et numérique-analogique, de l'estimation du canal et de la mise en mémoire tampon réduite.
NB-IoT rend les industries plus intelligentes
| Villes | La surveillance d'une ville nécessite la prise en compte de nombreux aspects et donc une optimisation des coûts. Les technologies NB-IoT et LTE permettent de contrôler l'éclairage public, les places de stationnement gratuites, les conditions environnementales, etc. Comme indiqué précédemment, les modems NB-IoT devraient être proposés à un prix très compétitif. Le coût des modules, par exemple, est estimé à 5 $. |
| Bâtiments | IoT NB peut servir de support à la connexion haut débit du bâtiment. La sécurité sera également assurée par la connexion directe des capteurs au système de surveillance via des réseaux LPWA. |
| Mesure | La principale condition requise pour le comptage intelligent est probablement la couverture réseau. Les compteurs sont parfois installés dans des endroits difficiles d'accès, comme des zones rurales isolées ou sous terre. L'Internet des objets NB-IoT est parfaitement adapté à la surveillance des compteurs de gaz et d'eau grâce à la transmission régulière et en faible volume de données. Cela permet une couverture nettement améliorée. |
| Les consommateurs | Cat M1 (parfois appelée alternative NB-IoT ). Ces deux technologies peuvent gérer un grand nombre de capteurs, quelle que soit la fréquence d'utilisation des données (faible ou élevée). Pour les consommateurs, les objets connectés sont la pierre angulaire de IoT. L'un des principaux défis pour les fabricants IoT est de trouver des modèles économiques viables. À terme, la maintenance des capteurs et des appareils pourrait s'avérer plus coûteuse que leur production. |
Conclure
Maintenant que vous comprenez ce qu'est le NB-IoT , comment il fonctionne et ce qui le différencie des autres technologies LPWAN, les nouvelles initiatives IoT pourront s'appuyer sur des réseaux et des appareils plus performants, contribuant ainsi à la création d'entreprises très attractives. Créez et développez votre propre projet d'Internet des objets avec Ubidots.
Sources et informations complémentaires :
NB-IoT: une technologie durable pour connecter des milliards d’appareils