Choisissez un protocole IoT parfaitement adapté à vos besoins de conception

Que vous optiez plutôt pour un système open source ou propriétaire, l'interopérabilité est généralement une priorité.
 

 

Concevoir un produit IoT, c'est un peu comme acheter un nouvel ordinateur portable. Vous vous retrouvez avec de nombreux éléments à prendre en compte, comme la vitesse, le coût, les fonctionnalités et l’interopérabilité. Un ou deux critères paraîtront probablement plus importants ; pour le reste, vous l'optimiserez de votre mieux. En ce qui me concerne, j’ai utilisé exclusivement des terminaux sous Linux pendant quelques années, mais l’interopérabilité limitée lorsque je devais partager des fichiers Microsoft était sans pitié. J’ai fini par abandonner et j'ai configuré mes ordinateurs en dual-boot avec Windows.

 

Pour les produits de l’IoT, l’interopérabilité dépend du protocole de communication que vous utilisez, étant donné que la plupart des produits ne peuvent pas communiquer avec les systèmes utilisant un protocole différent. Le protocole que vous choisissez affectera également votre matériel. Par exemple, la distance de transmission déterminera les modules IoT disponibles, les besoins en énergie et la configuration du réseau nécessaire pour votre système.

Comment choisir un protocole

Il existe un vaste choix de protocoles. De nouvelles versions sortent chaque année, et certains groupes tentent de rassembler les options qui existent déjà. Comment choisir le bon pour votre produit ?

 

 

La quête d’une norme universelle engendre le chaos - même pour les emoji !

 

 

Tandis que vous commencez à stresser en pensant à toutes les possibilités que vous allez devoir étudier, j'aimerais vous donner un conseil. J'aurais aimé lire ceci avant de commencer ma première conception IoT : « Au fond, il n'existe aucune norme tellement productive ou efficace que vous feriez une erreur si vous ne l'utilisiez pas. » (Le texte en gras est de moi.)

1. Identifier vos priorités

Une enquête de 2017, réalisée par l'IoT Central et portant sur les tendances des développeurs, a révélé que les principales préoccupations au sujet de l'IoT étaient la sécurité et l'interopérabilité. Vous devez résoudre les problèmes de sécurité à tous les niveaux de conception de votre produit, du circuit imprimé physique au stockage des données utilisateur. Le problème de l'interopérabilité est un peu plus simple. En choisissant le bon protocole, vous optimiserez les écosystèmes IoT dans lesquels évoluera votre produit.

2. Bien connaître le jargon

Le domaine de l'IoT comporte tellement d'acteurs que la terminologie n'est pas claire. Même la distinction entre protocole de données et protocole de communications varie d'un secteur à l'autre, et parfois même d'une entreprise à l'autre. Vous trouverez une belle présentation ici, mais vérifiez à deux fois la terminologie avant de vous engager dans quoi que ce soit.

Les protocoles les plus couramment utilisés

Les protocoles que l'on peut considérer comme le « Windows » ou le « Mac » de l'IoT existaient généralement avant que l’IoT se développe vraiment. Par exemple, le Bluetooth, le Wi-fi, le réseau cellulaire et le NFC (near field communication). Le fait qu'ils nous soient familiers est un véritable atout pour l’interopérabilité, mais l'inconvénient, c'est qu'ils ne sont pas optimisés pour l'IoT.

Le Bluetooth

Fréquence : 2,4 GHz, saut de fréquence.

Portée : Moyenne (≤100 mètres)

Accès au cloud : Facile (Bluetooth 4.2 avec routage IPv6, ce qui permet à certains modules d'accéder directement à Internet.)

Le Bluetooth est généralement utilisé comme « réseau en zone confidentielle ». Son utilisation a augmenté au cours de ces trois dernières années, en comptant ses nouvelles versions et nouveaux formats de messages.

Le Bluetooth basse consommation (BLE - Bluetooth Low Energy) est spécialement optimisé pour l'IoT et s'adapte à l'amélioration des besoins énergétiques nécessaires à l'optimisation du format et de la taille du message, ainsi que du temps de transmission, en revanche sa portée est plus courte (jusqu'à 50 m). La mise en réseau est également optimisée grâce à l’ajout de CSR Mesh.

Le cellulaire

Fréquence : GPRS , 2G, 3G , 4G varie en fonction des régions et des opérateurs

Portée : Longue portée (15-35 km)

Accès au cloud : Facile

La communication cellulaire offre une transmission longue portée avec un accès direct au cloud, mais consomme beaucoup d'énergie. J’ai aussi rencontré des problèmes dus à la mauvaise qualité du matériel et du réseau, c'est pourquoi je vous recommande vivement de bien vous renseigner sur vos fournisseurs.

Le Near field communications (NFC - ou Communication dans un champ proche)

Fréquence : 13,56 MHz

Portée : Très courte (de quelques centimètres à quelques mètres)

Accès au cloud : Moyen - Il vous faudra un pont pour connecter vos balises ou modules à Internet.

Le NFC correspond en réalité à une autre catégorie de technologies de communication. Il se présente sous forme de systèmes actifs, passifs ou passifs sur batterie. Les périphériques actifs peuvent atteindre de très longues portées tandis que les systèmes passifs ont des portées très courtes.

Cette technologie est considérée comme une alternative au Bluetooth qui utilise moins d'énergie et ne nécessite aucun jumelage d'appareils. Certaines technologies NFC sont compatibles avec la technologie RFID, ce qui explique qu'elles soient souvent choisies pour les produits de gestion des stocks.

Le Wi-Fi

Fréquence : 2,4 GHz

Portée : Moyenne (40-90 m, en fonction de l'environnement et du protocole)

Accès au cloud : Facile, vous pouvez vous connecter à Internet puisque c'est un protocole Internet.

Le Wi-Fi est le protocole le plus populaire utilisant les normes IEEE 802.11 Il est facile à utiliser, très compatible avec d’autres produits et sa bande passante est élevée. Le Wi-Fi consomme beaucoup d’énergie, mais la nouvelle norme IEEE 802.11 AH a été conçue pour réduire la consommation énergétique et augmenter la portée. C'est donc le réseau idéal pour l'IoT.

Il existe aussi des options comme WeMo, qui ne sont pas des protocoles, mais qui se greffent sur les réseaux Wi-Fi existants.

Les futurs leaders dans les luttes entre protocoles

Certains nouveaux protocoles commencent à empiéter sur les réseaux déjà en place. Spécialement conçus pour l'IoT, ces protocoles ont l'avantage d'offrir de meilleures performances, et seront probablement de plus en plus utilisés au cours des prochaines années.

Thread

Fréquence : 2,4 GHz

Portée : Courte (10-30 m)

Accès au cloud : Moyen - Il vous faudra un pont, mais le 6LoWPAN facilite l'utilisation des protocoles Internet IPv6.

Thread est le dernier né de Google, concocté par Nest. Son utilisation ne s'est pas répandue aussi vite que ce que l'on prévoyait, mais Thread est généralement considéré comme l'un des meilleurs prétendants au développement des maisons intelligentes. Thread peut également être utilisé sur les radios Zigbee pour leur donner accès au cloud grâce au protocole IPv6.

Zigbee

Fréquence : 915 MHz, 2,4 GHz

Portée : Courte (10-20 m)

Accès au cloud : Moyen - nécessite un pont

Protocole à basse consommation centré sur l'IoT, Zigbee peut utiliser le cryptage AES 128 bits.

ZigBee est utilisé par un certain nombre de fabricants, principalement parce qu’il existe de multiples sources. ZigBee est également un bon réseau maillé, bien que j’ai entendu quelques tristes histoires de maillages mal conçus et d'échecs d'intégration de produits. Assurez-vous que vos profils Zigbee concordent et que votre maillage est conçu pour être robuste.

Z-Wave

Fréquence : 908/916 MHz (aux États-Unis). Z-Wave utilise une bande ISM, ce qui explique que la fréquence varie d'un pays à l'autre.

Portée : Moyenne (100 m)

Accès au cloud : Moyen - nécessite un pont

Z-Wave et Zigbee se valent. Z-Wave est souvent choisi parce que la bande ISM qu’il utilise est moins fréquentée que la bande de 2,4 GHz, et est donc moins sujette aux interférences. L’inconvénient, c'est que Z-Wave a un débit plus lent, et que les appareils ne peuvent pas être utilisés en dehors de leur « résidence ». Z-Wave dispose également de l’option de cryptage AES 128 bits.

Les radios sont une source unique et coûtent généralement plus cher.

De nouveaux protocoles intéressants

Les nouveaux protocoles qui tentent de s’établir sont très nombreux. En ce qui concerne l’interopérabilité, la plupart d'entre eux ne sont pas soit assez mûrs, soit pas assez déployés pour que l'on puisse envisager de les utiliser. Cependant, certains commencent à faire quelques progrès.

AllJoyn

Fréquence : Variable - AllJoyn utilise les réseaux Wi-Fi, ethernet et série.

Portée : Variable - AllJoyn fonctionne sur diverses plateformes, la portée dépend donc du matériel.

Accès au cloud : Moyen - nécessite un pont, ou peut fonctionner comme un réseau autonome.

Lancé par Qualcomm, AllJoyn est maintenant en open source et fonctionne sous Windows, iOS, OSx, Ubuntu, et Android. Le réseau n'est pas très utilisé, mais c'est à mon avis l'une des approches les plus intéressantes.

EnOcean

Fréquence : 902 MHz (États-Unis et Canada), 2,4 GHz

Portée : Moyenne (30 m à l'intérieur, jusqu'à 300 m à l'extérieur)

Accès au cloud : Moyen - nécessite un pont

EnOcean est un protocole de récupération d'énergie permettant aux interfaces sans fil de s'auto-alimenter. C'est un système basse fréquence et à faible bande passante, mais fournit un cas d’utilisation vraiment unique, également compatible avec les protocoles Zigbee et BLE.

ANT

Fréquence : 2,4 GHz

Portée : Courte (100 m)

Accès au cloud : Nécessite un pont

Souvent comparée au protocole BLE, la technologie ANT est constituée de réseaux de capteurs dans lequel chaque nœud peut émettre et recevoir des messages.

 

 

L’interopérabilité entre tous les composants d’un système IoT nécessite une gestion attentive aux exigences.
 

 

Les options disponibles concernant les protocoles de communication pour l'IoT sont tellement nombreuses qu'il est important de commencer par identifier les besoins propres à votre produit. Je vous conseille vivement de réfléchir à l’interopérabilité de votre système avec d’autres systèmes dans l’écosystème de l'IoT. C’est un paramètre particulièrement frustrant car le paysage évolue rapidement, et c’est un facteur essentiel pour de nombreux appareils IoT. De la même manière que vous devez savoir quelles caractéristiques rechercher dans un nouvel ordinateur portable, comprendre les besoins de votre système IoT vous permettra de résoudre facilement les problèmes de conception auxquels vous êtes confrontés.

 

Le meilleur moyen de gérer vos besoins de manière cohérente en toute simplicité est d'utiliser de bons outils, tels que la fonctionnalité Design Data Management d'Altium Vault. En surveillant les évolutions et la conformité des composants avec vos exigences, Vault garantit l'interopérabilité au sein de votre système et de l'écosystème de votre produit. Contactez un représentant commercial d'Altium pour commencer dès aujourd'hui !