Présentation d'un ingénieur de l'architecture de réseau M2M

La communication de machine à machine (M2M) permet aux machines et aux appareils de transmettre de petites quantités d'informations à d'autres machines. Cela inclut la communication vers et depuis les détecteurs de fumée, les serrures de porte, les alarmes, les compteurs d'eau, les capteurs agricoles, les bâtiments intelligents, l'éclairage intelligent, les capteurs environnementaux, etc.

Chaque application IoT a un ensemble différent de contraintes en termes de portée sans fil et de consommation d'énergie qu'elle doit atteindre. Par conséquent, l'architecture de réseau M2M consiste à utiliser correctement les ressources radio. Chaque réseau répertorié ci-dessous utilise une méthode différente pour gérer ces ressources. Le cellulaire, par exemple, est le seul type de réseau M2M omniprésent qui utilise son propre espace de fréquences sous licence. Le reste coexiste généralement en utilisant des fréquences gratuites et sans licence. En raison de contraintes réglementaires, les entreprises ne sont pas autorisées à concevoir leurs réseaux de manière à avoir un avantage injuste par rapport aux autres réseaux. La question pour ces entreprises lors de la création d'une architecture de réseau est donc de savoir comment utiliser efficacement le spectre sans licence.

Ci-dessous, nous passerons en revue les avantages et les considérations de sept des principales architectures de réseau M2M.

1. Cellulaire

Le cellulaire a longtemps dominé l'espace M2M. Le principal avantage du cellulaire est la couverture omniprésente, mais les principaux inconvénients du cellulaire sont la courte durée de vie de la batterie, les terminaux coûteux et les frais récurrents élevés. Toute application alimentée par batterie aura du mal à utiliser un modem cellulaire. Les réseaux cellulaires sont également en constante évolution. Par exemple, lorsque le M2M a commencé, la majeure partie du monde cellulaire utilisait la technologie GSM (qui est maintenant progressivement abandonnée). Le GSM a été en grande partie remplacé par la 3G et la LTE, et il est question que ces technologies pour les applications M2M soient finalement abandonnées et remplacées par la LTE-M. Ainsi, les entreprises qui ont déployé des modems cellulaires doivent savoir que leur matériel pourrait ne pas être pris en charge dans les années à venir.

2. Wi-Fi

Le WiFi est devenu une option M2M plus répandue au cours des cinq dernières années. Cela est dû en partie aux fabricants de puces WiFi, comme GainSpan, qui ciblent désormais l'espace en fabriquant des ensembles de puces à moindre coût et à faible consommation avec une interface très simple. Avec ces nouvelles puces, vous n'avez pas besoin d'ordinateur ni de pilote WiFi; vous pouvez utiliser à la place un récepteur/émetteur-récepteur asynchrone universel (UART). Mais si la couverture cellulaire est omniprésente, la couverture WiFi ne l'est pas, ce qui est l'un des principaux inconvénients du WiFi sur le marché M2M. Par exemple, si vous construisez une serrure à carte-clé pour chaque appartement d'un gratte-ciel de New York et que vous utilisez le WiFi, l'approvisionnement va être un cauchemar.

3. Bluetooth Low Energy (LE)

Une autre option qui est devenue disponible au cours des quatre dernières années est Bluetooth Low Energy (LE), également appelé Bluetooth 4.0 ou Bluetooth Smart. Bluetooth LE utilise considérablement moins d'énergie que le Bluetooth traditionnel, mais comme son prédécesseur, les utilisateurs sont assez limités par la portée et la taille des paquets. Bluetooth LE est destiné à ne transmettre que de très petits bits d'informations en ligne via un téléphone ou un ordinateur. Cela rend Bluetooth LE idéal pour des applications telles que les moniteurs de fréquence cardiaque ou les trackers de fitness, mais il n'est pas idéal pour tout ce qui a besoin d'une puissance plus élevée ou d'une plage plus large.

4. ZigBee

ZigBee est un protocole de réseau maillé qui tente de résoudre le problème de la portée. Bien qu'il offre une portée considérablement meilleure que quelque chose comme Bluetooth LE, il existe des contraintes de portée et des inconvénients liés au réseau maillé. Par exemple, certains nœuds d'un réseau maillé ne sont là que pour relayer des informations, ce qui entraîne une consommation d'énergie constante (et quelque peu inutile). Cela fait de ZigBee un mauvais candidat pour les appareils alimentés par batterie, mais bon pour quelque chose comme la surveillance du réseau électrique, qui a une source d'alimentation illimitée. En bref, ZigBee continue d'être adopté par certains marchés de niche, mais il ne répondra pas aux besoins de tout le monde dans l'espace M2M.

Voir aussi : Le ZigBee contre. Bataille WiFi pour la communication M2M

5. SIGFOX

L'espace du réseau étendu à faible consommation (LPWAN) est récemment devenu plus saturé et à l'heure actuelle, le leader du groupe est SIGFOX. Ce réseau M2M envoie de petites rafales de données lentes, ce qui le rend idéal pour des choses comme les systèmes d'alarme ou les simples compteurs. En raison de son bilan de liaison asymétrique, le réseau ne permet qu'une bidirectionnalité r limitée, il n'est donc pas en mesure de renvoyer les données de la passerelle vers les nœuds en périphérie du réseau. (C'est un problème que les autres joueurs LPWAN cherchent à résoudre.)

6. LoRaWAN

LoRaWAN est le protocole M2M créé par la LoRa Alliance pour créer un écosystème d'applications M2M utilisant toutes la couche physique LoRa. Comme SIGFOX, LoRaWAN est un réseau axé sur les liaisons montantes et fonctionne donc bien pour les appareils basés sur des capteurs. Cela est en partie dû aux réglementations en Europe, qui maintiennent chaque appareil (y compris la passerelle) à un cycle de service de 1%. En raison des différences réglementaires ici aux États-Unis, un grand segment du marché peut être traité en concevant un protocole qui permet davantage d'applications basées sur le « commandement et le contrôle ». Et c'est là que nous, chez Link Labs, avons essayé de nous concentrer.

7. Lien Symphonie

Symphony Link est le réseau IoT que nous avons développé chez Link Labs dans le but de résoudre certains des défis présentés par d'autres architectures M2M. Par exemple, une seule passerelle Symphony peut être utilisée pour communiquer avec 10 000 nœuds et ainsi couvrir un bâtiment entier. Symphony cible également la durée de vie de la batterie; un nœud sur notre réseau qui envoie un message toutes les 10 minutes pourrait durer entre huit et 10 ans selon l'application.

Conclusion

Comme vous pouvez le voir, il existe de nombreux réseaux IoT disponibles. Chacun d'eux essaie une approche unique pour résoudre un problème d'ingénierie standard :comment trouver un compromis entre les coûts, les performances et la complexité. Chaque ingénieur sait que vous ne pouvez pas avoir le meilleur de toutes ces choses, mais vous pouvez créer un réseau qui répondra à des applications spécifiques. Nous sommes impatients de voir comment ces architectures réseau s'amélioreront, évolueront et se développeront dans les années à venir.