Ce qu’il faut savoir sur la connectivité NB-IoT

Connectivité NB-IoT : ce que vous devez savoir

Vous avez déjà entendu parler de la connectivité NB-IoT, dans une conversation sur l’Internet des objets ? Mais vous ne savez pas vraiment ce que cette technologie recouvre. Découvrez dans la suite de cet article l’essentiel à savoir sur le NB-IoT.

Petit rappel sur la connectivité des objets connectés

Pourquoi des solutions de connectivité spécifiques aux objets ?

Parce que les objets ont généralement besoin d’une connectivité qui consomme peu d’énergie et parce qu’ils peuvent se contenter d’un faible débit. Ils sont également susceptibles de se situer dans des endroits qui ne sont pas ciblés par les réseaux de communication traditionnels d’opérateurs, comme des sous-sols ou des zones non-couvertes par ces réseaux… Des spécificités qui ont donné lieu au développement de technologies Low Power Wide Area (bas débit, longue portée).

Qu’est-ce que le LPWA ?

LPWA (Low Power Wide Area) est un nom générique pour le segment inférieur du marché IoT nécessitant une connectivité :

Low Power (pour une optimisation de l’autonomie des batteries)
Low Cost (pour un déploiement massif des objets, à bas coût)
Wide Area ou Long Range (pour une utilisation dans les zones difficiles à atteindre)
Low Data (pour des petits paquets traités ensuite par une plateforme Big Data)

Le Low Power Wide Area permet en général de connecter un grand nombre de capteurs, trackers ou balises de géolocalisation des villes connectées, de l’industrie 4.0 ou encore de la logistique. Sa généralisation jouera donc un rôle crucial dans le développement de l’Internet des Objets.

Il n’existe pas une solution de communication universelle unique pour le LPWA, mais deux types de réponses techniques présentant deux grands types d’avantages différents :

Le LPWA sans obligation de licence : des réseaux radio dédiés au LPWA, opérant dans un spectre sans licence ou partagé, comme LoRa®, Sigfox, ou Qovisio.

Le LPWA sur bande de fréquence licenciée ou Mobile IoT : une évolution des réseaux mobiles opérant dans un spectre sous licence et optimisé pour les cas d’utilisation de l’IoT/du LPWA : LTE-M, NB-IoT, EC-GSM-IoT (Catégorie 0 aujourd’hui abandonné par le 3GPP) .

Qu’est-ce que le NB-IoT ?

NB-IoT est l’abréviation de Narrow Band-IoT. Il s’agit d’un type de réseau LPWAN, Le NB-IoT est standardisé par le 3GPP dans la Release 13 du LTE. C’est une technologie, visant à répondre à des cas d’usages, comme la télérelève de compteurs d’eau par exemple.

Comment fonctionne la connectivité NB-IoT ?

Le standard réseau NB-IoT est supporté par des porteuses radio de bande étroite (Narrow Band 180 kHz) dédiées, introduites selon plusieurs scénarios (Inband, Guarband, Standalone) dans des porteuses LTE, ou d’autres bandes de spectre licencié. Une nouvelle catégorie de mode NB1/NB2 a également été introduite indépendamment du LTE.

Lors de la phase de spécification, plusieurs compromis ont généré une complexité sur les choix de déploiement et une incertitude sur la constitution d’un écosystème complétement interopérable au niveau mondial.

Le NB-IoT supporte plusieurs modes de connectivité IP et non IP, avec la possibilité d’envoyer de la donnée via les canaux de contrôle (DoNAS) pour réduire la signalisation nécessaire à l’envoi.

Cette technologie est spécialement adaptée pour les capteurs IoT fixes que l’on utilise au quotidien. Elle convient par exemple aux capteurs agricoles, aux capteurs pour les Smart Home, et bien d’autres encore. De fait, les capteurs qui utilisent cette technologie de communication ne peuvent pas être déplacés en permanence.

LTE-M et NB-IoT : quelles différences ?

comparaison des technologies réseaux IoT by Orange

À la différence de la technologie de communication LTE-M qui repose sur le protocole IP, le NB-IoT repose sur l’échange de messages IP ou Non IP Delivery (message based). En revanche, le LTE-M offre un débit ascendant supérieur (soit 1 Mbit/s contre 16,9 kbit/s pour le NB-IoT en single tone et maximum 63 kbit/s). Ce n’est pas tout, la latence pour le LTE-M est plus faible comparée à celle de la connectivité NB-IoT. En contrepartie NB-IoT tout comme LoRaWAN®, utilise des mécanismes radio pour une meilleure couverture et meilleure économie d’énergie en sacrifiant le débit et latence.

Extension du réseau 4G, le LTE-M permet aux dispositifs et applications IoT de fonctionner partout, que ce soit dans l’Hexagone ou à l’étranger. Ce protocole est très utilisé sur les appareils ou dispositifs où le débit est assez critique. Il est par exemple adapté à l’industrie 4.0, au tracking dans des domaines divers. Le LTE-M permet plutôt de faire communiquer des objets mobiles.

Connectivité NB-IoT : quels sont les avantages ?

Si la connectivité NB-IoT est appréciée, c’est parce qu’elle possède plusieurs points forts : En termes de performance, l’attrait principal de la communication NB-IoT réside dans l’extension de couverture par rapport à du LTE, pour du trafic tolérant le délai imposé par sa forte latence. De plus, les communications LTE-M et NB-IoT peuvent utiliser un mécanisme basé sur des répétitions appelées Coverage Enhancement (EC) pour accroître la couverture.

L’utilisation du spectre étroit (Narrow Band) permet une plus grande résilience contre les interférences avec des mécanismes de répétitions et une augmentation de puissance d’émission. Ceci offre plus de fiabilité pour livrer les messages de façon plus sécurisés.

Plus faible coût des modules ?

Les modules cellulaires les moins chers utilisent la technologie NBIoT. En général, ces modules lorsqu’ils sont uniquement NBIoT, coûtent généralement moins de 5 euros par unité et ce prix varie selon les volumes.

Les modules LTE-M, qui en général offrent aussi la connectivité NBIoT, coûtent généralement entre 8 et 11 euros.

Longue portée mais bas débit

Enfin, la communication NB-IoT est plutôt réservé à des usages très bas débit de 16 à 160 kbps max et longue portée, ne nécessitant pas de support de la mobilité ou de temps de réaction faible.

Faible consommation électrique et moins énergivore

Les performances de consommation sont également liées aux fonctions PSM et eDRX (similaires au LTE-M).

Le NB-IoT consomme moins d’électricité que la 4G LTE cat 1 et est particulièrement adapté quand il est nécessaire d’effectuer une transmission continue de données. De ce fait, il génère également un plus faible coût énergétique pour la connexion et la communication des objets.

Cas d’usages de la connectivité NB-IoT

Aussi, la communication NB-IoT permet l’échange d’un grand nombre d’objets connectés (selon le 3GPP jusqu’à 1 million d’objets au kilomètre-carré), sur une très longue distance, avec une latence élevée. Ce standard de communication qui n’est plus très nouveau est au service des domaines de l’IoT et de l’IoT (Industrial Internet of Things). Aussi, cette technologie est particulièrement adaptée pour les capteurs fixes avec des localisations qui nécessitent un fort taux de pénétration comme les sous-sols. Elle est par exemple au service de :

la télémétrie, pour les compteurs d’eau ou compteurs électriques connectés ;
les parkings dans les smart cities
les systèmes de surveillance comme les alarmes incendie ;
la gestion de certaines machines industrielles ;
le suivi de certaines activités pour l’agricole connectée

Que faut-il retenir sur la connectivité NB-IoT ?

Le NB-IoT est un standard de communication basé sur LPWAN (basse fréquence, sur une longue portée). Cette connectivité fonctionne via les réseaux cellulaires GSM et LTE, selon les usages à coût énergétiques moindres, supérieur cependant à la communication LoRaWAN®. Selon les tests réalisés la consommation LoRaWAN® peut-être 10 fois inférieure à celle de LTE ou NB IoT. Cette dernière permet de faire transiter d’importantes quantités de données entre les objets connectés fixes, sur une longue distance, mais avec une latence plus élevée. Cette norme de communication a été pensé pour différentes applications IoT.

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