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Technologies et réseaux de l’Internet des Objets

<p>Technologies et réseaux</p>
<p>de l’Internet des Objets</p>


Le nombre d'utilisateurs de smartphones dans le monde devrait quadrupler dans les 4 prochaines années. Selon la société Ericsson, le nombre d'abonnements souscrits par des possesseurs de smartphones pourrait ainsi atteindre 4,5 milliards d'ici 2018, contre 1,2 milliard en 2012. Le trafic mondial, en termes d'échanges de données sur les réseaux mobiles, devrait de son côté être multiplié par 12 d'ici 2018. Il sera surtout lié à l'usage intensif de la vidéo, dont la croissance annuelle sera d'environ 60 % au cours des cinq prochaines années.

Les objets connectés vont aussi connaître une croissance importante lors des 5 prochaines années, et avec eux les besoins en matière de transmission de données mobiles et la nécessité de faire dialoguer ces appareils entre eux. Qu’il s’agisse d’objets connectés liés à la maîtrise de l’énergie, à la surveillance des domiciles, à la médecine, ces objets devraient constituer une part croissante de la bande passante mobile. Par ailleurs, toutes les applications qui s'appuient sur un usage du Cloud nécessitent un accès aux données, à distance, fiable et rapide. Les réseaux mobiles devront aussi pouvoir répondre de manière fiable et rapide aux attentes de secteurs comme la santé (pour la transmission de dossiers médicaux, la réalisation d'opérations à distance, la surveillance de patients à domicile), l'éducation, le tourisme ou les transports. Les réseaux devraient ainsi supporter un volume de données mobiles mille fois supérieur et connecter de dix à 100 fois plus de terminaux qu’aujourd’hui pour répondre notamment aux besoins de l'internet des objets. Les débits devraient ainsi croître de 10 à 100 fois, de l’ordre d’un giga/seconde voire plus, contre 150 mégabits par seconde actuellement dans une utilisation optimale.

Parallèlement, les fabricants travaillent à l'amélioration des batteries afin de réduire la consommation d’énergie des terminaux ainsi que des infrastructures de transmission comme les antennes-relais.

La montée en puissance du "super Wi-Fi"

Les technilogies Wi-Fi aujourd’hui en plein essor sont aujourd’hui limitées par les fréquences sur lesquelles elles opèrent. Ces fréquences ne leur permettent en effet d’émettre à une distance d’une centaine de mètres. À l’inverse, les fréquences de télévision non utilisées (dites «white spaces» ou «espaces blancs») ont des caractéristiques physiques différentes. Elles peuvent être utilisées sur de distances plus importantes et pénètrent plus facilement les murs des habitations. En théorie, ces fréquences devraient permettent de diffuser un signal à une distance de 160 kilomètres. Cependant pour des raisons pratiques leur portée sera probablement limitée à quelques kilomètres. La technologie "super Wi-Fi", repose sur l’exploitation de ces fréquences, et devrait permettre de diffuser l'Internet mobile dans des régions rurales faiblement peuplées.

Aux États-Unis, l’autorité de régulation des télécommunications (FCC) a libéralisé l’usage de ces fréquences et les technologies Super Wi-fi ont été dans un premier temps testées au Texas et en Caroline du Nord (Source : Technology Review). Le projet AIR.U, soutenu par Google et Microsoft, prévoit de l'installer en 2013 dans les universités éloignées des grands centres urbains (Source : Engadget). En Grande-Bretagne, une expérimentation a été menée à Cambridge par un consortium réunissant Alcatel-Lucent, BBC, BSkyB, BT, Microsoft, Nokia et Samsung.

Outre la couverture Internet mobile des zones moins densément peuplées, le super-wifi pourrait contribuer à soulager les réseaux mobiles actuels, qui sont de plus en plus sollicités par les terminaux mobiles.
 

300 Mbits/s pour la 4G LTE advanced

L’opérateur britannique Everything Everywhere (filiale commune d'Orange et de l'opérateur allemand T-Mobile) expérimente à Londres un service 4G dont la vitesse théorique maximale serait de 300 Mbits/s. Ce service sera disponible dans un premier temps pour des usages professionnels dans le quartier numérique de Londres le « Tech City ».
L'obtention d'un débit aussi élevé est rendue possible par l'utilisation de la nouvelle norme pour réseaux mobiles : 4G LTE advanced. Cette technologie recourt à l'agrégation de plusieurs fréquences, comme les opérateurs mobiles l'ont déjà fait pour proposer des débits plus élevés en 3G (pour un débit maximal théorique de 42 Mbits/s), avec la 3G+. Les premiers terminaux compatibles 4G LTE advanced et accessibles au public devraient faire leur apparition durant l’année 2014 (Source : Ambassade de France en Grande Bretagne/ADIT).

Un nouveau protocole pour démultiplier les performances des réseaux sans fil

Une équipe internationale du MIT et des universités de Californie, Porto et Munich, a mis au point une technologie qui permet d'augmenter les performances des réseaux sans fil sans déployer de nouvelles infrastructures ou recourir à de nouvelles fréquences.
En effet, le protocole fondamental de l’Internet, «TCP» a été conçu initialement pour des réseaux fixes. Dans les réseaux sans fil (Wi-fi, Bluetooth, 3G/4G), près de 2% des paquets IP sont perdus (et ce taux augmente jusqu'à 5 % lorsque l’utilisateur se déplace en train ou en voiture) : ces paquets doivent alors être renvoyés, ce qui altère parfois de manière importante les performances de transmission. De plus, la croissance des usages mobiles et les interférences avec des fréquences proches provoquent l’augmentation des pertes de paquets de données qui entraînent d’importants ralentissements pour les usagers.

La technologie «Coded TCP» élimine le besoin de renvoyer les paquets de données perdus, en transformant les paquets en équations mathématiques. En cas de pertes de paquets, il devient possible aux routeurs ou aux terminaux mobiles de reconstituer les paquets manquants par résolution d’une série d’équations simples. Les capacités de calculs nécessaires à la résolution de ces équations seraient, selon ses concepteurs, négligeables pour un routeur, un ordinateur ou même un smartphone. En améliorant les flux provenant de connexions Wi-Fi et LTE de manière importante, cette technologie pourrait aussi avoir un impact sur le fonctionnement global du réseau Internet (Source : Technology Review).



Bientôt la 5G ?

L’appellation 5G désigne la 5e génération de standards pour la téléphonie mobile. La 5G pourrait voir le jour vers 2020. Au travers de la 5G, les opérateurs anticipent l’explosion des usages mobiles. À fin 2019, il y aura dix fois plus de trafic de données qu'aujourd'hui dans les pays développés sur les terminaux mobiles, mais aussi 50 milliards d'objets connectés présents dans l’environnement des usagers.

En mai 2013, Samsung a ainsi testé pour la première fois les technologies de sa future offre de réseau 5G, avec des débits de données de 1 Gbps et pouvant aller dans le futur jusqu'à 10 Gbps. La firme chinoise Huawei, pour sa part, envisage d’investir 600 millions de dollars dans la R&D autour de la 5G.
La Commission européenne a annoncé en mars 2013 son soutien à six projets liés à la 5G pour un montant total de 50 millions d'euros. Ces projets devraient se concrétiser à l'horizon 2020. La commissaire européenne Neelie Kroes souhaite développer ces nouveaux réseaux pour « ramener l'Europe dans le peloton de tête de l'industrie mondiale de la téléphonie mobile ».

Parmi ces projets, METIS 5G devrait recevoir à lui seul 16 millions d'euros. Dans le cadre de Metis 5G, l’Université de technologie Chalmers en Suède testera prochainement des antennes de réseau sans fil de faible puissance afin de densifier le réseau cellulaire. Ces antennes peuvent être placées par exemple sur des lampadaires, les façades ou bien même les roues des véhicules. Avec l'ajout de petites antennes réseaux, le transfert de données à partir de grandes stations devrait devenir plus efficace. 

L'avantage d'un tel système est d'augmenter la vitesse de transfert de données entre les grandes stations et les antennes réceptrices. De plus, le fait d'avoir plus largement recours à des antennes relais devrait allonger la durée de vie des batteries téléphoniques. En effet, la distance parcourue par les ondes sera moindre. Enfin, le fait de placer des antennes de réseau sur des véhicules peut offrir une plus grande flexibilité et densifier le réseau, ce qui pourrait résoudre le problème des zones dépourvues de réseau. En développant ce type d'antennes réseaux à courte portée, les chercheurs envisagent également de réduire l'intensité du rayonnement électromagnétiques (Source : Ambassade de France en Suède/Adit).

Le projet METIS est soutenu par des opérateurs européens et non-européens (France Télécom-Orange, Deutsche Telekom, Telefonica, Telecom Italia, NTT Docomo), des universités et instituts de recherche publics (dont Institut Mines-Telecom et les instituts Fraunhofer) et des industriels (Huawei, Alcatel-Lucent ou Ericsson, BMW). 

Un réseau de téléphonie mobile décentralisé

Des chercheurs du Centre d'informatique et des technologies de l'information (TZI) de l'Université de Brême travaillent au développement d'un réseau décentralisé. Il s'agirait d'une solution permettant un échange d'une grande quantité de données avec une consommation d'énergie réduite, un réseau de cellules intelligentes, d'une portée inférieure à 50 m, qui communiqueraient entre elles et avec le cloud.
Ce projet européen a été baptisé iJOIN (Interworking and JOINt Design of an Open Access and Backhaul Network Architecture for Small Cells based on Cloud Networks). Il dispose d'un budget de 3,7 millions d'euros, assuré par les acteurs industriels et technologiques impliqués dans ces réseaux : opérateurs, fournisseurs d'infrastructure et de terminaux, fournisseurs de services de cloud computing, universités et centres de recherche (dont le CEA-LETI, en France) (Source : Ambassade de France en Allemagne/Adit).

Vers un partage généralisé de la bande passante pour le «dernier kilomètre» ?

De nombreuses solutions technologiques pour connecter et gérer les objets connectés présents dans l'environnement quotidien des utilisateurs sont désormais développées. La start-up toulousaine Sigfox a ainsi développé un réseau et des technologies à ultra-bas débit pour connecter les capteurs environnementaux auprès des usagers. Le réseau Sigfox couvre maintenant la quasi-totalité du territoire français ainsi que de nombreuses villes européennes et pourrait couvrir l’ensemble du territoire de l’Union dans les mois à venir. Cependant, si certains capteurs environnementaux peuvent reposer sur une infrastructure à bas débit, la montée en puissance des capteurs audio et vidéo devrait générer un surcroît d’information qui pourrait engorger les réseaux existants.

De nombreux acteurs industriels et organisations se penchent désormais sur les technologies permettant le partage de la bande passante entre les usagers. Qu’il s’agisse de la connexion entre les automobiles connecter ou de la possibilité de développer des solutions de connectivité en particulier dans des situations de crise ou d’urgence, de nombreuses solutions technologiques sont désormais envisagées pour que la ressource que représente la bande passante fixe et mobile soit partagée entre les usagers et leurs objets connectés.

 

 
Voir aussi :

Vers un réseau de téléphonie mobile décentralisé

4,5 milliards de smartphones d'ici 2018

15 % du trafic Internet mondial passe par les mobiles

Le trafic mondial de données sur mobiles a doublé en un an 

Un moteur de recherche spécialisé dans les objets connectés

Internet des objets : une technologie pour sélectionner les données issues de capteurs environnementaux

De nouveaux identifiants uniques pour les objets mobiles connectés

Développer l’Internet des Objets avec des étiquettes RFID à coût réduit

Un réseau «Ultra bas débit» et économique pour connecter les objets