Les projets IoT commencent généralement par une question de base : comment les dispositifs de terrain doivent-ils se connecter au réseau ? Wi-Fi, LoRa, NB-IoT, 4G et 5G peuvent tous être utilisés dans différents scénarios, mais ils ne sont pas conçus pour le même type de dispositif ni pour la même charge de données. Pour le déploiement IoT cellulaire public, le NB-IoT et la 4G/5G sont deux choix courants, mais leurs atouts sont très différents.

Le NB-IoT est conçu pour la communication IoT à faible puissance, faible débit de données et grande étendue. Il convient aux capteurs, aux compteurs intelligents, aux dispositifs d'alarme et à d'autres terminaux qui envoient de petites quantités de données. Les réseaux cellulaires 4G et 5G sont plus adaptés aux dispositifs qui ont besoin d'une bande passante plus élevée, d'une réponse plus rapide, d'une transmission de données plus importante, d'audio, de vidéo, d'applications mobiles ou d'interaction en temps réel. Le choix du bon réseau affecte la durée de vie de la batterie, le coût de communication, la conception de la plateforme, la stabilité du dispositif et la maintenance à long terme.

Commencez par la charge de travail du dispositif

Le premier point de sélection est le type de dispositif et la quantité de données qu'il doit envoyer. De nombreux terminaux IoT ne rapportent que des valeurs simples, telles que la température, l'humidité, le niveau d'eau, la concentration de gaz, les relevés de compteurs, l'état des portes, l'état de la batterie ou les signaux d'alarme. Ces dispositifs n'ont pas besoin d'une bande passante élevée, mais ils ont besoin d'une longue durée de vie de la batterie, d'une couverture stable et d'un faible coût de communication.

Le NB-IoT correspond bien à ce type de charge de travail. Il est conçu pour connecter un grand nombre de dispositifs à faible consommation qui transmettent de petits paquets de données. Pour de nombreux capteurs et terminaux de mesure, le dispositif peut rester en mode basse consommation la plupart du temps et ne se réveiller que périodiquement pour rapporter des données. Dans des conditions appropriées, cette conception peut permettre un fonctionnement sur batterie pendant plusieurs années.

La 4G et la 5G sont mieux adaptées aux dispositifs ayant des exigences de communication plus lourdes. Les terminaux intelligents, les dispositifs d'inspection mobile, les équipements vidéo, les passerelles industrielles, les dispositifs embarqués, les tablettes et les terminaux d'informatique en périphérie peuvent avoir besoin de vitesses de liaison montante et descendante plus rapides. Ces applications consomment généralement plus d'énergie, mais elles peuvent supporter une transmission de données plus riche et des services plus interactifs.

Le débit de données définit ce que le réseau peut transporter

Le NB-IoT a un débit de transmission relativement faible. Dans de nombreuses applications IoT, le débit de données peut varier de quelques centaines de bits par seconde à des centaines de kilobits par seconde. Cela est suffisant pour les rapports périodiques, les alarmes simples, les données de mesure et la surveillance d'état. Il ne convient pas pour les fichiers volumineux, la vidéo en temps réel, l'audio haute définition ou les échanges de données interactifs fréquents.

Les réseaux 4G peuvent supporter des débits de données au niveau du mégabit par seconde, ce qui les rend adaptés aux applications nécessitant un téléchargement et une mise en ligne de données plus rapides. La 5G peut en outre supporter une bande passante plus élevée, une latence plus faible et des capacités de communication mobile plus avancées lorsque l'environnement du projet et les dispositifs terminaux le permettent.

Cette différence est importante dans la conception de la solution. Si le dispositif ne rapporte qu'une petite valeur de capteur toutes les quelques minutes, l'utilisation d'un réseau à haut débit peut augmenter les coûts et la consommation d'énergie sans ajouter beaucoup de valeur. Si le dispositif a besoin de vidéo, de contrôle à distance, de téléchargement de grandes quantités de données ou d'interaction en temps réel, le NB-IoT ne suffira pas.

Les exigences de couverture ne sont pas les mêmes

Le NB-IoT appartient à la catégorie des réseaux étendus à faible consommation. Il est conçu pour fournir une large couverture et une meilleure pénétration pour de nombreux terminaux IoT fixes. Cela le rend utile dans les sous-sols, les salles d'équipement, les regards de compteurs, les couloirs, les espaces de services publics et d'autres endroits où la couverture sans fil ordinaire peut être difficile.

Dans des projets tels que les compteurs d'eau intelligents, les compteurs d'électricité intelligents, la surveillance du gaz, la détection de fumée, la détection environnementale et la surveillance des installations municipales, les dispositifs peuvent être répartis dans des bâtiments, des rues, des espaces souterrains et des coins reculés. Le NB-IoT peut contribuer à réduire le besoin d'installation de passerelles locales ou de câblage complexe dans ces scénarios.

La 4G et la 5G offrent également une couverture étendue via les réseaux cellulaires, mais leurs performances pratiques dépendent de la couverture de l'opérateur, de la densité des stations de base, de la qualité du signal intérieur, de la bande de fréquences, de la conception de l'antenne du terminal et de la charge du réseau local. Dans les zones reculées ou blindées, l'équipe du projet doit encore tester la qualité du signal avant le déploiement.

La consommation d'énergie modifie tout le modèle de maintenance

La durée de vie de la batterie est l'une des plus grandes différences entre le NB-IoT et la communication cellulaire à haut débit. De nombreux terminaux NB-IoT sont conçus pour des rapports à basse fréquence et de longues périodes de veille. Cela permet de réduire la consommation d'énergie et rend la technologie adaptée aux dispositifs difficiles à entretenir fréquemment.

Par exemple, un compteur d'eau, un capteur de fumée, un capteur de regards ou un terminal de surveillance environnementale peut être installé dans un endroit où le remplacement des batteries est peu pratique. Si des milliers de dispositifs sont déployés, le coût de maintenance devient un problème majeur. Un réseau à faible consommation peut améliorer considérablement le modèle d'exploitation à long terme.

Les terminaux 4G et 5G ont généralement besoin de plus d'énergie car ils supportent une transmission plus rapide, des protocoles plus riches et des applications plus complexes. Ce n'est pas un problème pour les dispositifs disposant d'une alimentation électrique stable, tels que les passerelles industrielles, les terminaux vidéo, les dispositifs embarqués et les armoires extérieures. Cependant, pour les petits capteurs alimentés par batterie, la consommation d'énergie doit être soigneusement évaluée.

Le coût doit être jugé sur l'ensemble du cycle de vie

Les dispositifs NB-IoT sont souvent conçus pour un déploiement à faible coût et à grande échelle. Étant donné que les dispositifs cibles ont généralement des fonctions simples et de faibles besoins en données, le matériel du terminal, le module de communication et le modèle de service peuvent être optimisés pour les projets IoT massifs.

Les dispositifs 4G et 5G nécessitent généralement une plus grande capacité de traitement, des modules de communication plus puissants, une capacité d'alimentation électrique plus élevée et un support d'applications plus complexe. Le coût du terminal peut être plus élevé, mais le réseau peut transporter des services plus riches tels que la transmission vidéo, le téléchargement de données en temps réel, le contrôle à distance, les applications mobiles et la communication à haut débit avec les passerelles.

Le meilleur choix ne doit pas être basé uniquement sur le prix du module. Les équipes de projet doivent également prendre en compte le coût de la carte SIM ou du forfait de données, le coût de remplacement de la batterie, le coût d'installation, le coût de maintenance, le volume de données, le coût d'intégration de la plateforme et la valeur du service fourni. Un dispositif à faible bande passante ne doit pas être surdimensionné, tandis qu'une application à haut débit ne doit pas être forcée sur un réseau à faible débit.

Une comparaison pour la planification de projet

Les scénarios d'application doivent guider le choix

Le NB-IoT convient aux projets où les dispositifs sont nombreux, fixes, à faible puissance et à faible débit de données. Les exemples typiques incluent les compteurs d'eau intelligents, les compteurs d'électricité intelligents, les compteurs de gaz, les détecteurs de fumée, les capteurs environnementaux, les capteurs de stationnement, la surveillance des regards, la surveillance des pipelines et les rapports d'état des installations.

Ces applications n'ont généralement pas besoin d'une transmission de données à haut débit continue. Elles ont besoin d'une livraison fiable de petits paquets, d'une large couverture, d'une longue durée de vie de la batterie et d'un coût maîtrisable. La plateforme reçoit principalement des données, stocke des enregistrements, déclenche des alarmes et affiche des tendances ou l'état des dispositifs.

La 4G et la 5G conviennent aux applications qui ont besoin d'une vitesse plus élevée ou d'une interaction plus riche. Les exemples typiques incluent le transport en retour de la vidéosurveillance, les terminaux mobiles des forces de l'ordre, les routeurs industriels, les équipements embarqués, les terminaux d'inspection à distance, les passerelles de communication extérieures, les dispositifs de commandement d'urgence, les robots mobiles et les terminaux intelligents dotés de fonctions multimédias.

La conception de la plateforme doit correspondre au mode de communication

Le réseau de communication affecte également l'architecture de la plateforme IoT. Les systèmes NB-IoT se concentrent souvent sur l'enregistrement des dispositifs, l'analyse des petits paquets de données, les règles d'alarme, la surveillance de l'état de la batterie, le jugement de déconnexion et la gestion des dispositifs à grande échelle. Étant donné que de nombreux terminaux peuvent rapporter des données périodiquement, la plateforme doit gérer l'accès massif des dispositifs et le traitement des données basé sur les événements.

Les applications 4G et 5G peuvent nécessiter une communication plus en temps réel, un stockage de données plus important, une configuration à distance, une gestion des flux vidéo, l'informatique en périphérie ou une gestion continue des connexions. La plateforme peut avoir besoin d'une planification de bande passante plus solide, d'une sécurité des données, d'une authentification des dispositifs, d'une capacité de mise à niveau à distance et d'une intégration de services au niveau de l'application.

Une solution IoT mature ne doit pas simplement choisir un réseau, puis connecter des dispositifs. Elle doit concevoir le terminal, le module de communication, la stratégie de rapport de données, l'interface de la plateforme, le processus d'alarme, le flux de travail de maintenance et la politique de sécurité comme un système complet.

Le réseautage hybride est souvent plus pratique

De nombreux projets IoT n'ont pas besoin de choisir un seul réseau. Un parc intelligent, un site industriel, un campus, un système de services publics ou une plateforme à l'échelle d'une ville peuvent utiliser différentes méthodes de communication en même temps. Le NB-IoT peut être utilisé pour les capteurs et compteurs à faible consommation, tandis que la 4G ou la 5G peuvent être utilisées pour les passerelles, les dispositifs mobiles, les terminaux vidéo et les équipements de terrain à haut débit.

Cette approche hybride permet à chaque dispositif d'utiliser le réseau le plus approprié. Les terminaux à faible volume de données peuvent réduire les coûts et prolonger la durée de vie de la batterie, tandis que les dispositifs à haut volume de données peuvent conserver la vitesse et la réactivité nécessaires aux applications avancées. La plateforme intègre ensuite les données de différents réseaux dans une seule interface de gestion.

Pour les propriétaires de projets, c'est généralement plus pratique que de forcer tous les dispositifs à utiliser un seul standard de communication. L'objectif n'est pas de choisir le réseau le plus avancé, mais de choisir le réseau le plus adapté à chaque dispositif et à chaque processus métier.

Points de planification avant le déploiement

Avant de sélectionner le NB-IoT, la 4G ou la 5G, les équipes de projet doivent définir le type de dispositif, l'environnement d'installation, la fréquence de rapport, la taille des données, l'exigence de latence, la condition d'alimentation électrique, la durée de vie attendue de la batterie, la zone de couverture et le coût d'exploitation. Ces facteurs affecteront directement le choix de la communication.

Les tests de signal sont également importants. Bien que les réseaux cellulaires offrent une large couverture, les performances réelles au point d'installation peuvent être affectées par les murs, les structures souterraines, les armoires métalliques, le terrain, la distance de la station de base et la congestion du réseau. Pour les applications critiques, les tests sur le terrain doivent être effectués avant le déploiement à grande échelle.

La sécurité et la maintenance doivent être planifiées en même temps. La plateforme doit prendre en charge la gestion des identités des dispositifs, la protection des données, la configuration à distance, le suivi des alarmes, la surveillance hors ligne et la maintenance du cycle de vie. Cela garantit que le réseau de communication peut supporter un fonctionnement stable après la livraison du projet.

Conclusion

Le NB-IoT et la 4G/5G sont toutes deux des technologies de communication IoT cellulaires importantes, mais elles servent des objectifs différents. Le NB-IoT est plus adapté aux applications à faible consommation, à faible débit de données et à large couverture telles que les capteurs, les compteurs et les dispositifs d'alarme. La 4G et la 5G sont plus adaptées aux applications IoT à plus grande vitesse, plus grande bande passante et plus interactives telles que les terminaux vidéo, les dispositifs mobiles, les passerelles industrielles et les équipements de terrain intelligents.

Une solution de communication IoT réussie doit être basée sur les besoins réels de l'application plutôt que sur une simple étiquette technologique. En faisant correspondre la charge de travail du dispositif, la consommation d'énergie, la couverture, le débit de données, le coût et les exigences de la plateforme, les équipes de projet peuvent construire un réseau IoT plus stable, évolutif et rentable.