M2M, IoT, LoRa, MQTT, … : comment profiter simplement des objets connectés ?

Le M2M (Machine-to-Machine) représente un ensemble de technologies permettant l’échange point à point de données entre machines connectées sur un réseau ayant pour objectif l’exécution d’opérations sans intervention humaine. La télémétrie, au sens général de mesure à distance, qui existe depuis des décennies pour la surveillance des sites distants, est une communication M2M. Ainsi la surveillance d’un barrage par l’envoi des mesures de pression et température vers un système de supervision et d’alarming est une communication M2M.

Aujourd’hui, les données circulent d’un point à un autre au travers de technologies filaires ou non filaires comme le WIFI, les radiofréquences ou encore les réseaux cellulaires. Les données relevées sont automatiquement transmises à un serveur centralisé qui va permettre leur traitement via un une application logicielle dédiée. Dans la logique M2M, très souvent le capteur remonte une information utilisée dans une application unique pour une tâche unique. Le M2M conserve un fonctionnement en silo, ou une même grandeur peut être mesurée par différents capteurs renvoyant la même donnée à des applications distinctes gérant chacune un processus (supervision de la CVC et détection incendie dans un bâtiment par exemple).

Remarque : Si les applications logicielles disposent de technologies d’ouverture, il est envisageable de remonter des données dans une application d’analytique permettant de la croiser avec d’autres informations. On peut ainsi élaborer un modèle prédictif grâce à des traitements statistiques. Par exemple, le capteur de vibration monté sur une machine transmet une donnée permettant de surveiller l’état de la machine, tandis que cette même donnée corrélée à des informations de panne permettra de construire un modèle prédictif utile à la maintenance prévisionnelle. Voir notre article sur le Data Analytics.

L’IoT (Internet of Things ou internet des objets) désigne la matérialisation d’Internet dans le monde réel. Lorsqu’il est appliqué au secteur industriel, l’IoT devient IIoT, pour « Industrial Internet of Things ».

Un objet connecté est un objet auquel est attribuée un identifiant (adresse IP dans le cas d’un objet connecté à une box internet par exemple) et qui transfert des données sur un réseau. Ce peut être un objet naturel, un animal (porteur d’une balise transpondeur par exemple) mais le plus souvent c’est un objet fabriqué par l’humain. Comme le M2M, l’IoT permet des accès distants à des objets (en milieu industriel ce sont souvent des capteurs). Mais dans le cas de l’IoT, l’objet envoie ses données sur internet (une plateforme dans le cloud), et ces données sont mises à disposition des applications en ayant besoin. Ce n’est plus une liaison point à point. Dans l’absolu, l’IoT permettrait techniquement de créer un réseau planétaire regroupant tous les objets de toutes natures.

Ce qui rend l’IoT intéressant, c’est la mise à disposition de données à n’importe quelle application et à n’importe quel utilisateur qui transformera ces données en informations. Avec une même architecture, on peut donc ajouter de nouvelles applications et faire évoluer les usages. Les architectures IoT apportent de la souplesse à la collecte et au traitement de la donnée ; faut-il encore se doter de moyens de data management pour préparer la donnée et de data analytics pour la traiter.

LoRa est le raccourci de LoRaWAN qui signifie Long Range radio Wide Area Network ou réseau radio étendu à longue portée, c’est un réseau à faible consommation (LPWAN, Low Power WAN) basé sur la modulation des ondes radios sur la bande de 868 MHz. Les objets qui émettent sur ce réseau consomment très peu (jusqu’à dix ans sur batterie) mais ne peuvent émettre que de petites quantités de données (entre 0,3 et 50 kilobits par seconde) périodiquement (ils ne sont pas connectés au réseau en permanence). Cela correspond bien à des usages de remontée d’information de température, d’hygrométrie ou encore de comptage d’énergie, mais cela ne permet pas la remontée d’alarmes nécessitant des réactions en temps réel. Pour les échanges de gros volumes, il faut privilégier les réseaux 3G et 4G, qui nécessitent le branchement de l’objet sur le secteur et l’utilisation d’une carte SIM.

LoRa est un réseau open source, la seule obligation est que le capteur soit équipé d’une puce LoRa qui émet le signal alors capté par une antenne radio équipant une passerelle reliée à internet (les données sont ainsi mises à disposition sur une plateforme dans le cloud).
L’alliance LoRa, organisation créée par Semtech (propriétaire de la technologie) et regroupant plus de 500 entreprises, certifie les capteurs et les objets connectés fabriqués par ses membres. Sur le marché français, pour ne nommer que les plus gros acteurs, Bouygues et Orange déploient des réseaux LoRa. La couverture en LoRa est fonction de la présence d’une antenne à proximité et du terrain (relief et présence de bâtiments). Il est nécessaire de se renseigner auprès de l’opérateur avant de souscrire un abonnement, voire de tester la réception radio.
Cependant, il est aussi possible de déployer son propre réseau (avec ses propres antennes) puisque les ondes radios sont publiques. Cela veut dire que n’importe quelle entreprise peut déployer des capteurs et des compteurs communiquant en LoRa, que ce soit en passant par un réseau opéré ou un réseau privé.

Le concurrent principal de LoRa est Sigfox qui est un réseau propriétaire qui fonctionne uniquement avec des antennes déployées par Sigfox et des opérateurs partenaires. Sa force réside dans sa plus grande présence internationale (plus de 30 pays couverts).

Le réseau LoRaWAN opéré : réseau public et payant, utilisable si la couverture réseau est efficace (les capteurs et objets connectés doivent être à proximité d’une antenne de l’opérateur) et qui nécessite que les applications logicielles communiquent vers l’extérieur (Internet). L’avantage est que pour quelques euros par capteur et par an, on dispose d’un réseau d’objets connectés.

Le réseau privé LoRaWAN : l’entreprise déploie et administre son propre réseau (antenne(s) et passerelle) sur son site. Cela est particulièrement intéressant dans le cas d’une mauvaise couverture réseau et essentiel si les applications ne peuvent pas se connecter à internet. Il faut investir sur le matériel (quelques milliers d’euros pour l’antenne et la passerelle), maintenir l’ensemble et maîtriser les règles de l’art de la communication radio. Il est possible de faire appel à des prestataires spécialisés.

Le choix entre réseau opéré et réseau privé dépend donc de la couverture réseau, des logiciels déjà en place et de la politique cyber en matière d’ouverture vers l’extérieur.

Vous entendez de plus en plus parler du MQTT. Le Message Queuing Telemetry Transport est un protocole applicatif qui permet de communiquer les données des objets connectés à votre application logicielle. C’est un des protocoles utilisables entre la plateforme internet et les applications logicielles.

Les protocoles de messageries reposent soit sur une architecture Requête/Réponse, soit une architecture Publication/Abonnement. Le protocole HTTP (Hyper Texte Transfer Protocole) utilisé pour naviguer sur internet est de type Requête/Réponse, le navigateur (client) émet des requêtes à destination du serveur qui héberge le site web et qui répond le contenu.

Le protocole MQTT est de type Publication/Abonnement, des clients éditeurs publient des messages sur des sujets (topic) tandis que d’autres clients s’abonnent à ces sujets pour recevoir les messages. C’est un système central, appelé broker, qui distribue les messages aux clients abonnés.

Le protocole MQTT est intéressant pour les réseaux avec des connexions peu fiables. En cas de perte de connexion entre le broker et le client, les messages sont stockés en mémoire tampon et poussés vers l’abonné après rétablissement de la connexion. Si la connexion entre le client éditeur et le broker est interrompue, le broker peut envoyer aux abonnés un message contenant les instructions du client éditeur. Dans une architecture IoT, le protocole MQTT est privilégié.

Dans un projet de performance énergétique, une étape essentielle et couteuse est le déploiement de compteurs communicants et de capteurs communicants (température, hygrométrie, pression). Certes, l’intérêt de l’IoT est de pouvoir déployer des objets communicants sur un réseau non filaire (réduction du coût de câblage), mais c’est aussi la possibilité de transformer assez simplement des objets non communicants en objets communicants. Ainsi, il est possible de monter un compteur d’impulsions LoRa sur un compteur existant de type analogique et de le transformer en compteur communicant pour quelques centaines d’euros. Il existe aussi des capteurs LoRa détectant le clignotement de la LED d’un compteur.

On peut ensuite soit souscrire à un réseau opéré (quelques euros par an et par capteur), soit déployer un réseau privé pour quelques milliers d’euros préservant la sécurité d’opérer en interne et s’affranchissant des problèmes de couverture. Les données sont alors disponibles dans un cas depuis la plateforme de l’opérateur, dans l’autre cas depuis la passerelle privée.

Les données sont alors transférées ou mises à disposition d’un logiciel de management des énergies. Logiciel qu’il faudra choisir avec soin afin qu’il communique idéalement en protocole MQTT ou à minimum en HTTP (au travers d’une API REST).

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