Internet des objets : un trafic croissant et des scénarios de plus en plus sophistiqués

Le M2M, « Machine to Machine », et « machine communiquant avec une autre machine » en français, encore appelé « Machine Type Communication » (MTC) dans 3GPP, peut être vu comme la première génération d’objets connectés (« Chose » permettant d’échanger des informations avec un autre objet connecté ou un autre élément d’un réseau de communication (M2M)). Par opposition au H2H, Human to Human, ou communication « personne à personne », qui en télécom est associé aux communications des mobiles et smartphones par exemple, le M2M est caractérisé par un nombre de scénarios différents relatifs à la santé, la sécurité, le transport, l’industrie etc. avec potentiellement un grand nombre de machines ou d’objets, des problématiques de coût et de consommation d’énergie peu élevés, et des échanges de données parfois sporadiques et de très faible volume.

Une progression spectaculaire des objets connectés

Certaines estimations évoquent 20 à 100 × 10⁹ objets connectés en 2020 et plus de 5 × 10⁶ nouveaux objets connectés au réseau par jour dans le monde. Avec le nombre croissant de machines connectées, 8 % des 7 milliards de connections cellulaires dans le monde aujourd’hui, et 26 % en 2020 (source : Cisco VNI 2016), ainsi que de nouveaux scénarios avec des objets de plus en plus petits et autonomes sur batterie, communiquant entre eux, la notion d’Internet des objets (IoT : ensemble d’objets physiques ou virtuels communiquant directement ou indirectement (IoT)) est apparue.

Un capteur ou une machine ne se comporte pas comme un téléphone mobile. Tout d’abord, il y a une multitude de capteurs, certains communiquent directement, d’autres via des boîtiers intermédiaires, des passerelles. Ils utilisent différents type de radio pour communiquer avec le réseau (wifi, LoRa, 2,5G, 3G, 4G, etc.), se connectent plus ou moins fréquemment, transmettent plus ou moins de données, utilisent plus ou moins de bande passante. Contrairement au téléphone mobile qui est associé à un abonné via une SIM card et répertorié avec un identifiant constructeur (EMEI), les objets connectés sont associés à un fournisseur de solutions qui vend un produit intégré, par exemple une voiture, inconnu de l’opérateur, qui se connectera un jour, à un endroit de la planète, de manière non prédictible. Initialement, la plupart des opérateurs utilisaient leur réseau traditionnel pour le marché des objets connectés, mais le risque de compromettre la qualité de service ou l’intégrité du réseau est aujourd’hui trop grande. De plus, la flexibilité requise pour anticiper ou réagir par rapport à des pics de trafic ou de nouveaux types de trafic nécessite de nouveaux équipements et nouvelles solutions de gestion de réseau plus dynamiques. Pour cette raison, les opérateurs déploient progressivement des infrastructures dédiées à l’IoT et de nouvelles technologies sont introduites, les standards évoluent, les métiers changent, de nouveaux modèles de business sont envisagés. Au-delà des problèmes technologiques, il faut pallier le problème de coût, de rentabilité et s’adapter à un monde qui change de plus en plus vite : après la 4G, le M2M, maintenant l’IoT, demain la 5G avec de nouveaux usages et un nouveau réseau en préparation.

M2M et IoT : exemples de scénarios de communication

Il existe de nombreux scénarios M2M ou IoT, notamment dans l’agriculture, la ville intelligente, l’automobile et le transport, le commerce, etc. Pour illustrer la problématique de communication, nous prendrons deux exemples caractéristiques : les véhicules connectés et la communication objet à objet.

De manière générale, quatre types de scénarios de communication sont envisagés autour des véhicules :

• communication Véhicule à Véhicule (V2V) qui permet à deux véhicules de communiquer indépendamment de l’infrastructure réseau, par exemple pour éviter une collision ;
• communication Véhicule à Piéton (V2P) qui permet à un véhicule de communiquer avec un piéton, par exemple pour échanger des informations du véhicule au téléphone du piéton pour utiliser ce dernier comme un relais ou une passerelle vers un réseau cellulaire ou wifi ;
• communication de Véhicule à Infrastructure (V2I) qui permet à un véhicule de communiquer avec l’infrastructure, typiquement un module sur le bord de la route (RSU : road side unit) pour communiquer par exemple ces identifiants de paiement à une station de péage ;
• communication de Véhicule au réseau (V2N : Vehicule to Network) qui permet à un véhicule de communiquer avec le réseau, c’est-à-dire une application ou un serveur dans le réseau, pour transférer par exemple des données de capteur vers une passerelle LoRa et un serveur d’application, ou charger une vidéo stockée sur un serveur depuis une station de réseau cellulaire ou un point d’accès wifi.

La communication objet à objet, appelé Device to Device (D2D) permet à deux objets de communiquer entre eux indépendamment de l’infrastructure réseau. Ces divers scénarios peuvent permettre à des drones de communiquer entre eux, ou à des robots, des machines industrielles, différents compteurs, etc. Un objet peut également communiquer avec un téléphone mobile par exemple.

Standardisation : Google, Facebook, Amazon, les grands absents

Le nombre d’objets à connecter est donc grandissant. De nombreuses technologies sont à l’étude ou expérimentées pour absorber un trafic croissant et des cas d’usage de plus en plus sophistiqués. Les institutions telles que 3GPP, ETSI et autres organismes de standardisation sont actifs pour définir un réseau de 5^e génération. Ces organismes regroupent les acteurs principaux du monde des télécommunications tels qu’opérateurs et vendeurs.

Toutefois, les grands absents de ces travaux sont les Google, Facebook, Amazon et autres internet providers. Par ailleurs, il existe peu d’initiative, voire aucune, sur un réseau réellement convergeant fixe-mobile de nouvelle génération pour gérer des milliards d’objets évoluant de manière transparente entre le réseau fixe et mobile. D’autre part, les verticaux, automobile, santé, industriel, villes intelligentes, sont peu associés à ces travaux, soit par manque d’expertise communication pour participer, soit pour des raisons structurelles qui font que les industries continuent à travailler en silo et communiquent peu entre elles.

En parallèle, des solutions propriétaires sont développées pour répondre aux besoins du marché à court et moyen terme. Les exemples de Sigfox et LoRa développés en France sont une illustration de la dynamique des startups pour stimuler l’innovation dans ce domaine.