11 idées reçues sur l’IoT cellulaire

L’IoT cellulaire a évolué rapidement au cours de ces dix dernières années, jusqu’à devenir aujourd’hui la technologie incontournable des appareils connectés sans fil à longue portée. Le présent article reprend point par point les 11 préjugés les plus répandus à propos de l’IoT cellulaire.

Selon une étude du cabinet IoT Analytics, il y avait près d’1,3 milliard de connexions IoT LPWAN dans le monde à la fin de 2023, les technologies NB-IoT (58 %) et LTE-M (15 %) représentant 73 % des installations. Néanmoins, certains préjugés demeurent bien ancrés concernant la portée, la consommation énergétique, la complexité et la robustesse de cette technologie. Voici la réalité.

1. La conception IoT cellulaire est compliquée 
Dans le passé, la conception cellulaire nécessitait une combinaison complexe de composants : un modem issu d’un fabricant, un microcontrôleur vendu par un autre, en plus d’éléments individuels comme un CI de gestion de l’alimentation, un module RF frontal et éventuellement un module GNSS. Cette fragmentation était synonyme de véritables cauchemars pour l’adaptation d’impédance, la gestion des domaines d’alimentation et le débogage. En réalité, les conceptions modernes utilisent aujourd’hui des SiP (System-in-Package). Des composants comme le nRF9151 de Nordic intègrent un processeur d’application, un modem multimode, un CI de gestion de l’alimentation et un module RF frontal dans un seul et unique boîtier pré-certifié. De cette façon, la complexité matérielle de l’étage RF disparaît, et les développeurs peuvent écrire le code de l’application directement sur le microcontrôleur intégré à l’aide d’un SDK unifié, ce qui simplifie le parcours entre le prototypage et la production de masse.

2.  Les appareils IoT nécessitent une carte SIM physique
Même s’il est vrai que tous les appareils cellulaires nécessitent un module SIM (Subscriber Identity Module) pour leur authentification sur le réseau, l’époque des cartes physiques en plastique à glisser dans l’appareil est révolue. Les solutions modernes comme le nRF9151 de Nordic Semiconductor fonctionnent parfaitement avec le standard 4FF/Nano de cartes SIM et MFF2 (cartes eSIM soudées), mais aussi, ce qui est bien mieux, acceptent les modules SoftSIM et nuSIM. Les modules nuSIM mettent en œuvre la fonctionnalité SIM au sein de l’environnement de calcul sécurisé des applications (ARM TrustZone), ce qui permet de se passer complètement de carte SIM physique. La nomenclature est réduite, il y a moins d’encombrement sur la carte électronique, et il n’y a plus besoin d’emplacement pour carte SIM (qui était souvent à l’origine de pannes mécaniques en environnement sujets aux vibrations ou à la corrosion).

3.  L’IoT cellulaire est trop gourmand en énergie 
Cette idée préconçue vient des anciens modems M2M. Les modems LPWA (Low Power Wide Area) modernes LTE-M et NB-IoT (en particulier le nRF9151) sont conçus pour avoir des états différents de veille et d’activité. En utilisant le mode économie d’énergie (PSM, Power Saving Mode), la série des nRF91 peut rester en veille à 2,7 µA environ, en maintenant l’enregistrement sur le réseau sans communication. Pour les applications nécessitant une plus faible latence, la fonctionnalité de réception discontinue (eDRX) permet à l'appareil d’écouter les messages radio à intervalles réguliers, tout en maintenant un faible courant moyen (par exemple environ 18 µA, selon la longueur du cycle). Cela permet d’atteindre une autonomie de plusieurs années, comparable (voire supérieure, pour certains cas avec un trafic élevé) à celle des technologies LPWAN non cellulaires.

4.  L’ioT cellulaire est trop cher pour un déploiement à grande échelle 
 L’idée que le cellulaire est une option « de luxe » est dépassée. La baisse du coût de fabrication des SiP, associée à l’élimination de nombreux composants (quartz, commutateurs de charge, emplacements pour SIM), ont largement diminué le prix du matériel d’entrée de gamme. De plus, le nRF9151 permet des classes de puissance de sortie inférieures (Power Class 5), ce qui réduit les exigences en termes de courants de crête. Les systèmes peuvent ainsi utiliser des technologies de batterie moins onéreuses ou des batteries compactes, qui auparavant n’étaient pas compatibles avec les courants de crête des appareils cellulaires. Associé à un forfait data récent très économique pour les faibles quantités de données, l’IoT cellulaire s’avère très compétitif pour les déploiements à grande échelle de type compteurs intelligents ou suivi d’actifs.

5. L’IoT cellulaire n’est valable que pour les appareils non nomades 
Cette idée préconçue vient des premiers déploiements NB-IoT, qui étaient conçus pour des capteurs fixes et n'offraient pas de possibilités d’itinérance.  Cependant, le standard LTE-M a été spécialement conçu pour la mobilité. Il prend en charge le changement de réseau et la reprise à faible latence tout comme un smartphone, ce qui le rend idéal pour le suivi d’actifs, la gestion de flotte et les objets portés sur soi. Même le standard NB-IoT a évolué : s’il reste le meilleur standard pour une utilisation statique, les dernières versions prennent en charge les mécanismes de resélection qui permettent des cas d’utilisation « nomades », dans lesquels l’appareil se déplace puis s’installe à un nouvel endroit.

6. L’IoT cellulaire ne fonctionne pas sous terre 
Contrairement aux idées reçues, les standards NB-IoT et LTE-M intègrent des modes « couverture avancée » (modes CE, Coverage Enhancement) qui utilisent des techniques comme la répétition pour décoder les signaux situés bien en dessous du plancher de bruit. En particulier, le NB-IoT offre une fonctionnalité MVL (Maximum Coupling Loss) allant jusqu’à 164 dB, offrant un gain supérieur d’environ 20 dB par rapport au standard LTE. Les signaux peuvent ainsi pénétrer profondément dans les caves, sous-sols, parkings sous-terrains et tunnels d’accès techniques, permettant des applications comme des compteurs d’eau intelligents ou la surveillance des égouts, dans des lieux où d’autres technologies radio seraient impossibles.

7. L’IoT cellulaire n’offre pas une couverture suffisante 
Dès 2024, les rapports de la GSMA (GSM Association) comptabilisent dans le monde 115 réseaux LTE-M et 137 réseaux NB-IoT. En utilisant un SiP qui prend en charge ces deux types de réseaux, il est possible de couvrir la grande majorité des zones économiques du globe. De plus, les déploiements modernes s’appuient rarement sur un seul réseau. L'utilisation de la technologie iSIM/eSIM ou de cartes SIM à itinérance internationale (global roaming) permet aux appareils de se connecter au réseau le plus fort disponible dans la région, offrant la redondance que les réseaux propriétaires locaux ne peuvent apporter. Enfin, grâce au lancement récent des réseaux non terrestres NB-NTN (Non-Terrestrial Networks), vous pouvez dorénavant disposer de la compatibilité avec les communications satellite, ce qui élargit la couverture mondiale à n’importe quel endroit visible depuis le ciel.

8. L’IoT cellulaire ne fonctionne pas dans les endroits isolés 
Le lancement du SiP nRF9151 apporte la prise en charge des réseaux non terrestres NB-IoT NTN, conformément à la Release 17 3GPP. Il est ainsi possible que le même appareil communique avec des satellites en orbite terrestre basse (LEO, Low Earth Orbit) et en orbite géostationnaire (GEO), comblant les inégalités d’accès pour les déserts, les océans et les endroits difficiles d’accès où il n’y a pas de tours cellulaires. En combinant les réseaux terrestres LTE-M/NB-IoT pour les zones urbaines et les réseaux NTN pour les zones isolées, les développeurs peuvent créer des solutions de suivi réellement globales qui commutent de façon dynamique entre les profils en fonction de la couverture.

9. L’IoT cellulaire n’est pas assez sécurisé 
En réalité l’IoT cellulaire utilise de solides standards d’authentification et de chiffrement. La sécurité est également renforcée au niveau de l’appareil lui-même. La série nRF91, par exemple, intègre la technologie ARM TrustZone et la technologie CryptoCell. Elles permettent d’avoir une « racine de confiance » dans laquelle les clés et les certificats sont stockés dans un environnement sûr, inaccessible pour le logiciel de l’application. Utilisé en association avec des services Cloud pour l’octroi de clé sécurisé, l’IoT cellulaire offre une base de sécurité plus élevée que les alternatives sur bande ISM.

10. L’IoT cellulaire n’offre pas un débit de données suffisant 
Bien qu’il ne soit pas conçu pour la vidéo 4K, le LTE-M a des capacités surprenantes. Il offre des vitesses d’environ 300-375 kbits/s en liaison ascendante/descendante. En termes d’IoT, il s’agit d’un canal « à large bande ». C’est plus que suffisant pour les mises à jour de firmware OTA (Over-The-Air), le transfert d’extraits vocaux isolés, ou l’envoi d’un journal d’évènements depuis une machine industrielle. Le NB-IoT est plus lent et conçu pour les charges plus petites, mais le LTE-M permet de rapprocher de façon plus que convaincante le monde des capteurs faible consommation et celui des applications gourmandes en données.

11. Les alternatives LPWAN sont moins chères et plus faciles à mettre en œuvre que l’IoT cellulaire 
Les LPWAN propriétaires, comme LoRaWAN ou Sigfox, ont souvent l’air moins cher sur le papier, mais cachent des « frais d'infrastructure ». Leur déploiement nécessite souvent de créer, alimenter et maintenir ses propres passerelles, ou bien dépend d’opérateurs tiers offrant des garanties du niveau de service variables (SLA, Service Level Agreements). L’IoT cellulaire fonctionne sur un spectre réglementé, dont l’infrastructure est maintenue par des entreprises de télécommunication multimilliardaires. C’est pourquoi il n’est pas nécessaire de planifier le spectre, d’installer de passerelles ou de s’inquiéter des interférences produites par les autres appareils non soumis à règlementation. Lorsqu’on calcule le coût total de possession (TCO), incluant la maintenance, la fiabilité et la garantie de couverture, l’IoT cellulaire s’avère souvent le choix le plus économique pour les déploiements professionnels évolutifs.