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Qu'est-ce que le protocole IoT à bande étroite

 L'Internet des objets à bande étroite (NB-IoT) est une technologie de communication qui offre une faible consommation d'énergie, une large couverture et une connectivité élevée pour les appareils IoT. Le protocole NB-IoT est une spécification de protocole de communication qui prend en charge la technologie NB-IoT. Il définit les règles de communication et les formats de message entre les appareils et les réseaux pour garantir que les appareils peuvent communiquer efficacement avec le réseau.


Table des matières

Explication du concept NB-IoT

Commentaire sur NB-IoT

Les questions sont-elles les avantages du NB-IoT ?
Similitudes et différences, NB-IoT et certains protocoles, courants IoT

    
NB-IoT VS Cat-M1
    
NB-IoT VS LTE-M
    
NB-IoT contre LoRa
Obstacles au NB-IoT

Explication du concept NB-IoT

NB-IoT, nom complet de Narrowband Internet of Things, est une technologie de communication qui offre une faible consommation d'énergie, une large couverture, une connectivité élevée et une sécurité pour les appareils Internet des objets (IoT). NB-IoT est standardisé par le 3rd Generation Partnership Project (3GPP) et est conçu pour fournir la connectivité des appareils IoT sur l'infrastructure de réseau cellulaire.

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Comment fonctionne le NB-IoT

Voici les principales étapes du fonctionnement du NB-IoT :


Initialisation de la connexion de l'appareil IoT : lorsque l'appareil NB-IoT démarre ou doit établir une connexion, il initialise d'abord la connexion avec le réseau. L'appareil obtient les droits d'accès au réseau en établissant une liaison et en s'authentifiant auprès de la station de base NB-IoT (eNodeB) du réseau.


IoT à bande étroite

Recherche de cellules : les appareils NB-IoT recherchent des cellules NB-IoT à proximité pour trouver des cellules avec une meilleure qualité de signal. Une cellule est une unité de service de base dans le réseau et est couverte par un eNodeB.

Établissement de la connexion : une fois que l'appareil a sélectionné la cellule optimale, il commence à établir une connexion avec la cellule. L'appareil envoie une demande de connexion à l'eNodeB. Après avoir accepté la demande, l'eNodeB alloue des ressources et établit une connexion avec l'appareil.

Transmission de données : Une fois la connexion établie, l'appareil peut envoyer des données au réseau ou recevoir des données transmises par le réseau. NB-IoT utilise une technologie de communication à bande étroite, la quantité de données transmises est relativement faible et convient à une faible consommation d'énergie et à une communication longue distance.

Mode faible consommation : lorsque l'appareil n'a aucune donnée à transmettre, les appareils NB-IoT peuvent passer en mode faible consommation pour économiser de l'énergie. L'appareil peut se réveiller périodiquement pour vérifier les nouvelles tâches de transfert de données.

Sécurité : Le protocole NB-IoT contient une série de mécanismes de sécurité pour garantir la confidentialité et l'intégrité des communications. Ces mécanismes de sécurité incluent l'authentification de l'identité, le cryptage et les contrôles de l'intégrité des données.

Couverture : L’une des caractéristiques du NB-IoT est sa large couverture. Il offre une connectivité fiable dans une variété d’environnements, notamment intérieurs et extérieurs, urbains et ruraux.

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Dans l’ensemble, le NB-IoT offre des solutions de communication à faible consommation d’énergie, à large couverture, à haute connectivité et de sécurité adaptées aux appareils IoT en optimisant les réseaux de communication mobile. Cela rend le NB-IoT idéal pour connecter un grand nombre d’appareils, en particulier pour les applications nécessitant une fiabilité à long terme.

Quels sont les avantages du NB-IoT ?

Faible consommation d'énergie : NB-IoT est conçu comme une technologie de communication à faible consommation pour prolonger la durée de vie de la batterie de l'appareil. Les appareils peuvent rester connectés pendant de longues périodes et se réveiller pour communiquer en cas de besoin.

Large couverture : le NB-IoT offre une large couverture, ce qui le rend adapté à un large éventail d'applications IoT, notamment les environnements urbains, ruraux et intérieurs.

Communications à bande étroite : le NB-IoT utilise une bande passante plus petite pour communiquer, ce qui signifie qu'il peut fonctionner avec une efficacité spectrale moindre. Cela permet d’augmenter la densité de connexion des appareils et la capacité du réseau. Connectivité : le protocole NB-IoT est conçu pour fournir une connectivité fiable, maintenant une communication stable même dans les zones de couverture périphérique ou dans les endroits avec des signaux faibles.

Sécurité : Le protocole NB-IoT comprend des mécanismes de sécurité pour garantir la confidentialité et l'intégrité des communications. Ceci est crucial pour les scénarios dans lesquels les appareils IoT traitent des informations sensibles.

Prise en charge multi-opérateurs : NB-IoT est standardisé par 3GPP (3rd Generation Partnership Project), il peut donc être pris en charge par plusieurs opérateurs, améliorant ainsi l'interopérabilité des appareils.

Le NB-IoT est largement utilisé dans divers scénarios IoT, tels que les villes intelligentes, l'agriculture intelligente, la santé intelligente et l'automatisation industrielle. Les caractéristiques de cette technologie de communication la rendent idéale pour connecter un grand nombre d'appareils, en particulier les applications qui nécessitent une faible consommation d'énergie, une large couverture et une fiabilité à long terme.

Similitudes et différences entre NB-IoT et certains autres protocoles IoT courants

fonctionnalitéNB-IoTMQTTCoAPLoRaWAN
technologie de communicationréseau mobileProtocole de contrôle de transmissionLéger pour InternetRéseau étendu à faible consommation
Consommation d'énergieFaibleFaibleFaibleFaible
CouverturelargementDépend de la couverture réseauzone plus petitezone plus grande
bande passantebande étroitehaut débitbande étroitebande étroite
densité de connexionhauthauten généralmoyen
sécuritéhauthautmoyenmoyen
standardisationNormes 3GPPNorme OASISNormes IETFNorme de l'Alliance LoRa
InteropérabilitéPrise en charge multi-opérateursLargement pris en chargeLargement pris en chargeCertification LoRa Alliance
Scène applicableLargement utilisé dans divers domainesInternet des objets et messagerie instantanéeLimiter les applications sur les appareils et les réseauxLongue distance, faible consommation d'énergie, clairsemé

NB-IoT VS Cat-M1

NB-IoT et Catégorie M1 (Cat-M1) sont les deux principales technologies prenant en charge les déploiements IoT à grande échelle. Bien qu'il s'agisse toutes de technologies standardisées 3GPP, elles répondent à différents types de cas d'utilisation en fonction de leurs avantages fonctionnels.

 

NB-IoT prend en charge les appareils à très faible complexité avec une bande passante étroite de 200 kHz. En raison de sa bande passante étroite, les débits de données culminent à environ 250 kilobits par seconde (Kbps).

 

Cat-M1, quant à lui, fonctionne sur une bande passante de 1,4 mégahertz (MHz) et présente une complexité et un coût de périphérique plus élevés que ceux du NB-IoT. Cependant, avec une bande passante plus large, Cat-M1 permet une latence plus faible, des débits de données allant jusqu'à 1 mégabit par seconde (Mbps) et des capacités de localisation des appareils plus précises.

 

Les appareils NB-IoT et Cat-M1 peuvent prolonger le temps de veille grâce à la réception discontinue étendue, une méthode utilisée dans les communications mobiles pour prolonger la durée de vie de la batterie des appareils mobiles. NB-IoT et Cat-M1 prennent également en charge une couverture de signal améliorée pour chaque station de base.

NB-IoT VS LTE-M

NB-IoT et LTE-M sont tous deux des standards technologiques LPWAN lancés par 3GPP. LTE-M, ou LTE Machine Type Communications, prend en charge une bande passante de 1,4 MHz et des débits de données maximaux de 1 Mbps.

 

LTE-M prend en charge une complexité simplifiée des appareils, une faible consommation d'énergie, une densité de connexion massive et une faible latence. LTE-M offre également une couverture étendue et permet la réutilisation de la base installée LTE.

 

Le déploiement LTE-M peut être effectué en bande avec un opérateur LTE standard ou indépendamment dans un spectre dédié. Il utilise la technologie gratuite LTE à spectre étalé. LTE-M peut être utilisé par les fabricants d'appareils qui souhaitent se déployer sur les réseaux cellulaires actuels. D'autre part, le NB-IoT utilise la technologie de modulation à spectre étalé par séquence directe pour la connectivité par rapport à la technologie à spectre étalé LTE. Le NB-IoT peut également être implémenté dans les bandes de garde des opérateurs LTE.

 

Parce que le NB-IoT est si flexible, il peut fonctionner sur les bandes de fréquences 2G, 3G, 4G et 5G et ne nécessite pas de passerelle, ce qui permet finalement de réaliser des économies.

 

NB-IoT améliore la couverture intérieure, prend en charge d'énormes appareils à faible débit, présente une faible sensibilité à la latence, une faible consommation d'énergie des appareils, une architecture réseau optimisée et des performances élevées.

 

Cependant, le LTE-M est plus cher car plusieurs grands opérateurs possèdent des brevets sur la technologie sous-jacente et les utilisateurs du LTE-M paient des redevances à ces sociétés pour les droits de propriété intellectuelle.

NB-IoT vs LoRa

La longue portée (LoRa) utilisée comme technologie de réseau étendu est une technologie de modulation non cellulaire de LoRaWAN, le protocole standard pour les communications sur réseau étendu.

LoRa est un protocole de communication sans fil longue portée et faible consommation développé par LoRa Alliance, une organisation à but non lucratif dédiée à la normalisation de la technologie LPWAN en tant que norme IoT sécurisée et économe en énergie.

 

LoRa est une technologie de modulation pour LoRaWAN, une spécification LPWAN pour les communications longue portée. LoRa et NB-IoT fonctionnent tous deux sur la technologie LPWAN.

 

Bien que NB-IoT et LoRa soient des technologies LPWAN créées pour les appareils à faible consommation, le NB-IoT a une latence plus faible que LoRa en raison de la puissance de sortie plus élevée des appareils, permettant des débits de données plus élevés.

 

NB-IoT fonctionne dans un spectre sous licence. Cependant, il peut être déployé dans la bande d'un opérateur LTE classique ou indépendamment dans un spectre dédié. Étant donné que la largeur du canal est plus petite, les signaux NB-IoT peuvent être cachés dans des canaux LTE plus grands, remplaçant les canaux GSM ou existant dans les canaux de garde des signaux LTE classiques.


LoRaWAN est une technologie de modulation à spectre étalé conçue pour faciliter la communication entre les appareils basse consommation et les applications IoT. Les systèmes sans fil LoRa communiquent avec les réseaux en utilisant des fréquences sans licence disponibles dans le monde entier. LoRaWAN utilise également la bande de fréquence radio comprise entre 433 et 923 MHz. Il a un débit de données maximal de 50 Kbps par canal et des bandes passantes de 125, 250 et 500 kHz.

Obstacles au NB-IoT

Bien que le NB-IoT ait de larges perspectives d’application dans le domaine de l’IoT, il est également confronté à certains obstacles et défis possibles :


Coût : Le coût du déploiement et de l’équipement NB-IoT peut constituer un obstacle. Bien que l'objectif du NB-IoT soit de fournir une connectivité IoT à faible coût, dans certains cas, notamment pour les réseaux d'appareils à grande échelle, le coût du matériel, du déploiement du réseau et de la maintenance peut toujours être pris en considération.


Vitesse de déploiement : bien que le NB-IoT repose sur une infrastructure de réseau mobile existante, sa vitesse de déploiement peut être limitée par un certain nombre de facteurs, notamment la volonté des opérateurs de réseau à investir, l'état de préparation technologique, ainsi que le développement et la promotion de normes industrielles.


Problèmes de consommation d'énergie : bien que le NB-IoT soit conçu pour se concentrer sur une faible consommation d'énergie, certains scénarios d'application spécifiques peuvent néanmoins nécessiter des niveaux de consommation d'énergie inférieurs. Pour certains appareils nécessitant une autonomie de batterie extrêmement élevée, tels que les nœuds de capteurs, la durée de vie de la batterie peut toujours être prise en compte.

 Concurrence pour les ressources spectrales : avec l’utilisation d’un plus grand nombre d’appareils et de technologies, notamment la promotion de la 5G, les ressources spectrales pourraient devenir plus limitées. Dans certains domaines, le NB-IoT peut devoir rivaliser avec d’autres technologies de communication sans fil pour des ressources spectrales limitées, ce qui peut affecter ses performances et sa disponibilité.


Standardisation et interopérabilité : bien que le NB-IoT soit normalisé par l'Union internationale des télécommunications (UIT) et le projet de partenariat de 3e génération (3GPP), le degré de normalisation peut varier à l'échelle mondiale. Cela peut entraîner des problèmes d'interopérabilité dans différentes régions, en particulier dans des environnements réseau complexes impliquant plusieurs opérateurs et fabricants d'appareils.

 

Sécurité : à mesure que le nombre d'appareils connectés augmente, les réseaux IoT peuvent devenir des cibles d'attaques. Par conséquent, la sécurité des systèmes NB-IoT devient critique. La sécurité au niveau de la couche application, de la couche réseau et de la couche périphérique doit être pleinement prise en compte pour prévenir les attaques réseau potentielles et les fuites de données.

 

Technologies concurrentes : NB-IoT n’est pas la seule technologie de connexion IoT, d’autres technologies comme LoRa, Sigfox, etc. sont également en compétition pour les parts de marché. Différentes technologies ont leurs propres avantages et scénarios applicables, de sorte que la concurrence peut affecter la part de marché et le taux d'adoption du NB-IoT.