La 5G pour l'Internet des objets désigne les évolutions apportées par la 5G pour l'Internet des objets. Ces évolutions représentent un enjeu important pour plusieurs secteurs de notre société notamment l'économie. Des organismes sont présents afin de faire en sorte que les opérateurs respectent des normes pour ces évolutions technologiques. Pour faire en sorte que ces enjeux aboutissent et afin de suivre l'évolution croissante des objets connectés présents sur le marché, les réseaux évoluent vers plus de virtualisation. La 5G introduit de nouvelles architectures, de nouvelles fonctionnalités à tous les niveaux. Cela va de l’objet lui-même aux applications hébergées dans le cloud, en passant par les diverses couches réseaux. Les usages que l'on fait de cette technologie sont divers et variés. Par exemple, l'enrichissement de la maison connectée, le véhicule autonome, les vidéos immersives et l’arrivée de la médecine 2.0. L'objectif étant de simplifier la vie des personnes.
Les enjeux
Économique Les années 2015 à 2030 constituent une période de transition vers une société du tout numérique impulsée par l’Internet des objets (IoT)... Le nombre d'objets connectés sur terre est en croissance permanente depuis des années. Même si les estimations de cette croissance restent variables. En effet, certaines sources chiffrent à d'objets connectés à l'horizon 2020.. Ericsson, envisage d'appareils intelligents connectés à travers le monde d'ici 2021..
IoT Analytics prévoit quant à lui 10 à 21 milliards d'objets pour 2020 à 2025 mais dont l'écrasante majorité utiliserait des réseaux internet locaux, et n'annonce qu'une faible part de l'IoT connectée à la 5G ; ils prévoient aussi une évolution de la taille du marché de l'IoT global de 150 milliards de $ en 2018 à 1500 milliards pour 2025..
Pour Nokia, il devrait y avoir d'objets connectés dans le monde en 2025 sur les réseaux mobiles 2G, 3G, 4G et 5G. Et sur des low-power wide-area network (LPWAN) comme Sigfox ou Lora. La 5G doit apporter ce que les réseaux mobiles d'ancienne génération ne permettent pas pour l'IoT, en premier lieu l'augmentation de la durée de vie des batteries, mais aussi une couverture mobile plus étendue qu'avec les réseaux mobiles 4G.. Avec ces évolutions, la technologie 5G devrait permettre le déploiement massif des objets connectés.. En 2030, le nombre total d'appareils en réseau dans le monde pourrait dépasser . L'impact économique est évident pour les acteurs de ce marché qui envisagent un revenu d'environ de dollars.. La 5G devrait aussi permettre aux opérateurs de réseau mobile de supprimer leurs réseaux 2G, comme l'a annoncé Swisscom, ce qui n'est pas prévu pour le moment en France.
Techniques L'Internet des objets (IoT) est utilisé dans des domaines très variés... On peut classer l'IoT en trois catégories : l'IoT bas débit ; l'IoT haut débit ; l'IoT critique. Les usages vont de la collecte d'information sur des objets de la maison à de la surveillance d’infrastructure critique.. Actuellement, les objets connectés communiquent sur des réseaux hétérogènes, le réseau mobile 2G ou des low-power wide-area network (LPWAN) comme LoRaWAN. L'amélioration de débit sur le réseau 5G permettrait de nouvelles fonctionnalités, l'amélioration de la latence permettrait le développement de l'IoT critique.
Un réseau IoT fait face aux défis suivants : la capacité du réseau à supporter le nombre en perpétuelle croissance d'objets connectés.. qui pourrait atteindre en 2030 ; la sécurité du réseau. ; la disponibilité et la qualité du réseau. ; la couverture ou l'étendue du réseau ; l'autonomie des batteries des objets connectés..
IoT Bas débit L'Internet des objets (IoT) bas débit est utilisé dans une multitude de secteurs.. Il s'agit d'objets connectés nécessitant l'envoi de quelques octets de données de façon régulière ou à la suite d'un événement. On attend de ces objets et de la technologie utilisée pour émettre les données principalement qu'ils soient peu énergivores. En effet, certains capteurs sont installés dans des endroits peu accessibles donc remplacer ou recharger les batteries de tels dispositifs est très compliqué. Les technologies cellulaires de dernière génération sont mal adaptées à ce type d'usage, car elles sont énergivores et possèdent encore des zones blanches. La 2G est de ce fait encore utilisée pour certains de ces capteurs. LoRaWAN et Sigfox, sont des exemples de low-power wide-area network (LPWAN) qui ont permis de diminuer l'usage de la 2G dans l'IoT bas débit.. La 5G ne prévoit pas de concurrencer ces réseaux qui présentent une excellente couverture dédié aux faibles débits ponctuels pour une très faible consommation énergétique. Exemples d'objets IoT Bas débit : les capteurs présents dans la maison, la ville intelligente, l'agriculture comme les capteurs d'intrusion, détecteurs de fumée ou capteurs mesurant la consommation d’eau.
IoT Haut débit L'Internet des objets (IoT) haut débit concerne les équipements qui ont besoin d'un débit important pour leurs usages. Dans certains cas, une latence faible est aussi nécessaire pour son bon fonctionnement. Le débit de la 5G doit atteindre 10 Gbit/s et 100 Mbit/s en bordure de cellule.. La 5G répond ainsi aux exigences d'applications IoT haut débit. La 5G est compatible avec les technologies ou Narrowband IoT (NB-IoT) actuellement utilisées en 4G. L'intérêt réside dans un débit ponctuellement important pour une faible consommation énergétique. Ces technologies restent dépendantes de la couverture réseau 5G.
Il faut prendre en considération la quantité massive de données que va générer l'IoT haut débit. Il faut prévoir une solution pour stocker ces données.. En exemple d'utilisation de l'IoT Haut débit, on peut citer les applications de surveillance par images et vidéos (volumes de données importants).
IoT Critique L'Internet des objets (IoT) critique concerne les équipements qui ont besoin de transmettre des informations en temps réel. Pour cela la latence de la technologie utilisée pour transmettre les données doit être très faible. La 5G répond aux exigences de l'IoT critique, avec des temps de latence prévus de 1ms, contre 15ms pour la technologie LTE.. Il s'agit du domaine où l'IoT va pouvoir prendre son envol avec la 5G. En exemple d'IoT critique, on peut citer les communications entre véhicules dans le secteur automobile. Un deuxième exemple dans le secteur médical, la prise en charge de patients en mode automatisé à la suite de la collecte de données médicales récupérées par capteurs et analysé par de l'intelligence artificielle.
Normes et standards Organisation mondiale La standardisation du modèle 5G - Internet des objets (IoT) est extrêmement complexe et couteuse... Des groupes institutionnels ou privés doivent s’entendre sur des standards afin de rendre réaliste le modèle économique de l'IoT avec la 5G. Les acteurs principaux sont : lInstitute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ; le Generation Partnership Project (3GPP) ; l'Union internationale des télécommunications (UIT) ; lInternet Engineering Task Force (IETF).
L'IEEE est constituée d'un ensemble actionnaires de l'industrie, du monde universitaire et des organisations de normalisation. L'IEEE édite des livres blancs dont l'objectif est de co-construire des standards à tous les niveaux (de l'objet connecté au réseau support de l'IOT dans la 5G). Le Livre Blanc publié en fixe le cap pour la 5G-IoT..
3GPP, propose un premier standard (Technical Specifications Groups #72) en . Les exigences techniques ont été fixées. Le groupe 3GPP s'accorde sur un deuxième volet de la norme 5G en . Il s’appuie sur un vrai cœur de réseau 5G prenant en compte les spécificités de l’IoT. Ce deuxième accord consacre la 5G standalone, totalement autonome.. Il ne s’agit plus seulement d’améliorer la vitesse, la latence et la capacité des réseaux mobiles, mais de proposer des solutions concrètes d'application tel que l’usine du futur pilotée à distance, la voiture autonome ou encore la télémédecine... D’un point de vue technique, cette 5G standalone va permettre la virtualisation des réseaux et le network slicing. Cette technique consiste à découper le réseau en tranches logicielles à partir d’une même infrastructure physique.. La standardisation du modèle 5G-IOT est un saut technique considérable et entraine de profondes refontes dans de très nombreux domaines. Les acteurs proposent donc une mise en place progressive, par releases successives (R, R16 fin 2019)..
L'UIT, une agence de l’ONU a défini le cadre et les standards de base de la 5G sous la dénomination IMT-2020 (International Mobile Telecommunication RWS-180023)..
L’IETF est un autre organisme international qui, pour sa part, travaille sur le routage, l’optimisation et la supervision des réseaux 5G. L'IETF propose des Request for Comments (RFC) par exemple, la RFC 3748. et la RFC 5448..
LTE-M ou NB-IOT Afin de répondre à tous les enjeux, il devient impératif de développer une approche technologique holistique en matière de sécurité, d'interopérabilité, de gestion des ressources réseaux et de confidentialité. Il s'agit d'offrir une meilleure couverture, une faible latence, avec un réseau polyvalent et évolutif. Dans le même temps, il faut mettre en place des solutions de sécurité légères, évolutives et adaptables pour sécuriser les informations des utilisateurs et protéger les données..
Une des avancées technologiques se joue au niveau des réseaux bas débit low-power wide-area network (LPWAN) pour l’Internet des objets (IoT). Il s'agit d'une technologie d'accès incontournable pour le développement de l'IoT de faible puissance. Avec l'arrivée de la 5G, et Narrowband IoT (NB-IoT). s'ajoutent à l'offre existante (Sigfox, LoRa...).. Ces deux nouvelles technologies d'infrastructure optimisent la consommation d'énergie et récupèrent l'énergie ambiante. On peut noter qu'en utilisant NB-IOT, on atteint même dix ans d'autonomie avec une batterie de . Les grands opérateurs de télécommunications sont partagés. Certains s'orientent vers NB-IoT, d'autres vers LTE-M...
NB-IoT requiert une bande passante de seulement 180 kHz et peut donc utiliser un canal GSM (200 kHz). Une intégration dans un canal LTE est également possible.. Des géants de la télécommunication tels que Huawei, Qualcomm, Vodafone et T-Mobile ont choisi cette technologie. Elle est adaptée pour des parcs importants de capteurs fixes n’utilisant qu’un faible volume de données. Les applications sont, par exemple, la télémétrie pour les compteurs d’eau ou électriques connectés ainsi que l’agriculture 2.0...
Le LTE-M a été choisi par neuf des plus grands opérateurs dans le monde tels qu’AT&T, Verizon et Orange.. Cette technologie est compatible avec les réseaux de téléphonie mobile existants et ne nécessite pas l’achat de nouveaux modems compatibles comme pour le NB-IoT. LTE-M propose un taux de transfert de données plus rapide que NB-IoT (384 kb/s contre 100 kb/s).. Ce critère est important pour les solutions devant transporter de la vidéo (vidéosurveillance). LTE-M, contrairement à NB-IoT, propose les échanges voix sur le réseau et sait gérer la mobilité des objets. Ce qui est indispensable pour les solutions des véhicules autonomes ou applications pour les travailleurs isolés. et plus généralement pour les objets connectés en mouvement.
Interopérabilité et hétérogénéité Le défi de l’interopérabilité est de pouvoir gérer la connectivité des appareils indépendamment de l’infrastructure matérielle et de l’Interface de programmation (API) dans un environnement constitué de toutes sortes de protocoles, de fabricants et de technologies de communication. Les réseaux 5G peuvent être considérés comme l’outil clé de la technologie Internet des objets.