Protocoles sans fil, WiFi et technologies à faible portée

• L'aperçu porte sur les technologies à faible portée utilisées dans divers réseaux et protocoles sans fil.

Technologies à Faible Portée

• Ces technologies opèrent sur de courtes distances et consomment relativement peu d'énergie.
• Elles incluent des standards comme Bluetooth, Zigbee, NFC, et RFID.
• Elles sont généralement utilisées dans des réseaux personnels (PAN).

WiFi

• Il est standardisé par IEEE 802.11 et utilise les bandes ISM de 2,4 GHz et 5 GHz.
• Les premières versions (802.11a et 802.11b) peuvent atteindre jusqu'à 11 Mbits/s.
• Les versions plus récentes (802.11ac et 802.11ax) atteignent respectivement 1,3 Gbits/s et 10 Gbp/s.
• Un réseau sans fil fonctionne en étoile, connectant une station à un point d'accès internet et l'étendue de couverture est de 30m à 100m.
• Son principal inconvénient est sa consommation d'énergie élevée nécessitant une batterie conséquente.
• La norme 802.11ah (Wi-Fi HaLow) a été optimisée pour réduire la consommation d'énergie des applications IoT.
• Il est utile pour les applications IoT qui n'ont pas de contraintes strictes en matière d'énergie et de durée de vie.

Bluetooth

• Son développement a commencé en 1998 par le consortium Bluetooth SIG(Special Interest Group).
• Son but initial était de connecter des périphériques à un ordinateur ou un téléphone.
• La première version (1.0) est sortie en 1999.
• Le protocol utilise la bande ISM de 2,4 GHz.
• Sa faible consommation d'énergie lui permet d'etre fonctionnel jusqu'à 100m de portée.
• La plupart des téléphones intelligents utilisent la technologie Bluetooth Low Energy pour communiquer avec d'autres appareils.

RFID

• Le RFID (Radio Frequency Identification) est une technologie d'identification par radiofréquence.
• Un système RFID est constitué d'un lecteur (interrogateur) et d'un tag (transpondeur) qui est attaché à l'object.
• La portée radio est entre 10 cm et 100m.
• Le tag peut avoir plusieurs modes passif, semi-actif ou actif, et utilise les bandes de fréquences de 100 kHz à 10 GHz.
• Sa principale application est le suivi, la localization et l'antivol.

NFC

• Le NFC (Near Field Communication) fait partie de la famille RFID.
• Le NFC fonctionne à une fréquence de 13,56 MHz (fréquence inductive).
• Autorise la communication en moins d'une seconde sur des courtes distances de moins de 10 cm, de façon sécurisée.
• Les appareils avec et sans batterie opèrent comme un Tag ou lecteur selon le type de transfert, jusqu'à 424 kbits/s.
• Le NFC est utilisé pour le paiement sans contact ou identifier des passeports biométriques.

Zigbee

• Créé par l'Alliance ZigBee, il facilite la communication d'appareils sans fil en consommant peu d'énergie.
• Offre un débit de 250 Kbit/s et une portée de 10 à 100 m.
• Supporte des topologies en étoile, hiérarchiques et maillées et une bande fréquentielle ISM.
• Il fonctionne sur differentes fréquences selon les regions: Europe (868 MHz), USA et Australie (915 MHz) et mondialement (2.4 GHz).
• Il est basée sur la norme IEEE 802.15.4 et est généralement utilisé dans des applications domotiques.

Z-Wave

• Il s'agit d'un protocole propriétaire développé par Silicon Labs, qui nécessite une licence pour développer des appareils compatibles Z-Wave.
• Il est utilisé pour des applications de domotique comme l'éclairage et le chauffage.
• Permet une communication de petits dispositifs sans fil à faible consommation à 100 kbps avec une portée de couverture allant jusqu'à 100m.
• Il fonctionne sur la bande ISM - 868 MHz (Europe) et 915 MHz (Amérique).
• La topologie peut être en étoile ou maillée.

6LoWPAN

• Il s'agit d'une pile IP pour l'IoT.
• Il définit un ensemble de mécanismes: d'encapsulation et de compression d'entêtes
• IPv6 Low power Wireless Personal Area Networks
• Permet aux paquets IPv6 d'être envoyés ou reçus via le protocole de communication IEEE 802.15.4.

Aperçu sur les technologies à longue portée

• Ces technologies LPWAN (Low-Power Wide Area Network) permettent une longue portée de couverture.
• Celles libres incluent Sigfox, LoRA.
• Celles sous licence : LTE, 4G, 5G, NB-IoT (3GPP).

Objectifs LPWAN

• Longue durée de vie de la batterie
• Prise en charge d'un nombre élevé d'appareils
• Faible coût de l'appareil et de son deployment
• Étendue de la couverture (10-15 km dans les zones rurales, 2-5 km dans les zones urbaines)

Technologies IoT cellulaires

• Visent à réduire le coût et la consommation d'énergie des technologies cellulaires traditionnelles.
• L'atout majeurs est l'étendue de la couverture.

LTE-M et NB-IoT

• L'organisme 3GPP définit la norme 4G ou LTE (Long Term Evolution)
• L'obiettivo est d'offrir une efficacité spectrale élevée.
• En parallèle, le 3GPP définit la technologie NB-IoT (Narrowband IoT), pour des appareils IoT connectés.
• Déploiement et adoption de la LTE-M et du NB-IoT a débuté en 2018-2020

Pourquoi deux technologies distinctes?

• Introduites par la 3GPP, mais optimisée pour des exigences différentes.
• Latence, mobilité, consommation d'énergie et des scénarios de déploiement.

Comparaison

• LTE-M (Enhanced Machine Type Communication) qui est plus rapide, prend en charge la mobilité et utilise l'infrastructure du réseau LTE existante, avec un débit allant jusqu'à 1Mbps
• NB-IoT ou Internet des objets à bande étroite a un débit faible d'une dizaine de Kbit/s, consomme moins d'énergie, se déploie même sans le réseau LTE et ne prend pas en charge la mobilité.

Technologies LPWAN sans licences

• Peuvent atteindre une longue portée (2 km en ville, 20 km sans obstacles) et ont une faible puissance.
• Le débit diminue à quelques centaines de bits par seconde.
• Fréquences autour de 868 MHz qui ne nécessitent acune license.
• Mais le régulateur impose une contrainte sur la durée d'émission appelée duty-cycle.

Duty cycling

• L'émetteur ne transmette qu'une petite fraction du temps (1% ou 0.1%).
• Adaptés pour un relevé périodique d'une consommation électrique.

Architecture générale

• Elle comprend des équipements terminaux, des passerelles LPWAN, un réseau serveur, un serveur applicatif, un cloud et des réseaux existants.
• Le backhaul est réalisé par les réseaux Ethernet, 2G/3G/4G ou WiFi.

Sigfox

• Sigfox est un opérateur mondial basé en France.
• Offre un réseau avec une couverture internationale (infrastructure + protocole de communication).
• Fonctionne avec la technologie propriétaire (Protocole fermé - Accès restreint aux spécifications).
• Limite de 140 messages par jour avec la portée jusqu'à 50 km.
• La couche MAC est de type ALOHA.

LoRa

• LoRa (Low Range - Longue Portée) développe le protocole LoRaWAN avec Modulation (CSS)
• LoRaWAN définie la couche MAC.et est Ouvert (standard LoRa Alliance)
• Bandwidth: 125KHz
• Couverture : jusqu'à 15 Km et Debit: jusqu'à 50kbps

Classes LoRaWAN

• Classe A : module qui écoute seulement après une transmission de l'équipement terminal.
• Classe B : module qui écoute à une fréquence ajustable avec des contraintes de latence.
• Classe C : module qui écoute toujours constamment avec de fortes conditions de réception avec une latence de très courte durée.

LoRa vs Sigfox

• LoRa et Sigfox utilisent tous deux la bande de fréquence 868/915 MHz.
• LoRa utilise CSS - Chirp Spread Spectrum
• SigFox: UNB – Ultra Narrow Band

Cet aperçu traite des technologies à courte portée utilisées dans divers réseaux et protocoles sans fil, y compris Bluetooth, Zigbee, NFC et RFID. Il aborde également le WiFi, normalisé par IEEE 802.11, en mettant en évidence ses différentes versions et leurs débits de données respectifs.