COMMUNICATION INSTANTANÉE LONGUE PORTÉE EN BANDE ISM (BLUETOOTH ET LORA)

Les bandes ISM (Industrielles, Scientifiques et Médicales)

Définition d’une bande ISM 

Les bandes ISM (industriel, scientifique et médical) sont des bandes de fréquences qui peuvent être utilisées dans un espace réduit pour des applications industrielles, scientifiques, médicales, domestiques ou similaires. Les bandes de fréquences ISM ont été désignées par l’UIT (Union Internationale des Télécommunications). 

Long Range 

 LoRa est un réseau étendu basé sur le protocole LoRaWAN [3] qui permet la communication à bas débit, par radio, d’objets communicants et connectés à l’Internet via des passerelles, participant ainsi à l’Internet des objets, les réseaux machine-à-machine (M2M) et aux villes intelligentes. Parmi ces avantages, on peut citer : – Une technologie bidirectionnelle, à ultra-longue portée et ultra-précise : La technologie LoRa appartient aux solutions sans fil bas débit tournées principalement vers l’internet des objets industriels. Elle se distingue par sa réception et son émission à ultra-longue portée (environ 15 km en moyenne en LOS), dont le spectre autorise la couverture de plusieurs millions d’appareils sans la moindre difficulté. Cet avantage se double d’une excellente pénétration dans les bâtiments (même dans les caves et les sous-sols), avec une liaison 5 à 10 dB plus favorable que les réseaux cellulaires, et d’une géolocalisation précise sans recours au GPS. – Avec le protocole LoRa, fiabilité et économies maximales : Les échanges réguliers mais de durée très réduite de messages courts (quelques dizaines d’octets) qui caractérisent le protocole LoRa permettent de concilier communication distante de qualité et longue durée de vie des équipements. Ils évitent les phénomènes de collision radio et d’interférences tout en ne sollicitant que faiblement les sources d’électricité des capteurs. Ce renforcement de la fiabilité s’accompagne d’économies opérationnelles très importantes. Le coût annuel de l’accès, qui n’intègre plus d’abonnement ou de consommation data, se voit divisé par 10 à 12 en comparaison d’un système M2M associant carte SIM et réseau GSM. – Une architecture réseau totalement ouverte : Relayée par plus d’une centaine de partenaires dans le monde, l’architecture LoRaWAN met l’accent sur son ouverture. Face à des concurrents comme Sigfox privilégiant une gestion intégrée de leurs réseaux, elle permet à toute entreprise de déployer rapidement ses propres installations et de les exploiter. La compatibilité étendue de ses passerelles offre en complément une intégration facile et immédiate des données collectées dans les systèmes d’information existants. Par contre la technologie possède des inconvénients. On peut citer : – Son faible débit qui fait que la technologie LoRa n’est pas adaptée aux applications multimédia. – Son temps de latence qui est important. En effet la technologie ne peut envoyer qu’un octet à un instant précis. Donc si le paquet est important alors l’envoie peut prendre du temps. 

Bluetooth : définition

Le Bluetooth est un standard de communication permettant l’échange bidirectionnel de données à très courte distance en utilisant des ondes radio UHF (Ultra Haute Fréquence) sur une bande de fréquence libre de 2.4GHz. Son objectif est de simplifier les connexions entre les appareils électroniques en supprimant des liaisons filaires. Parmi ces avantages, on peut citer : – La technologie Bluetooth est issue d’un consortium de géants de l’industrie informatique : (Ericsson, IBM, Intel, Nokia, 3Com, Lucent, Microsoft, Motorola) ce qui lui confère un fort crédit et une stabilité économique sans faille. Une entreprise peut donc adopter la norme sur ses produits sans risque de se retrouver complètement au dépourvu à cause d’un abandon de la technologie. Ce problème arrive assez fréquemment dans le domaine des nouvelles technologies qui n’ont pas encore pris leur essor. – Côté sécurité, même si on a vu dans la partie du dossier qui lui est consacrée qu’elle n’est pas sans faille, elle est tout de même présente et est suffisante pour la majorité des usages auxquels la technologie Bluetooth est destinée : usage dans un cadre domestique, sans données véritablement sensibles à transférer. – Le franchissement d’obstacles (murs) grâce aux ondes radio est également un avantage important de la technologie Bluetooth sur d’autres technologies. En effet, l’IrDA (technologie infra-rouge) présente deux inconvénients majeurs : un temps de réaction très lent et l’obligation de maintenir l’émetteur dans le faisceau de réception sans obstacle en chemin. Ce problème était très important notamment pour tout ce qui touche des applications audio-vidéos qui ne peuvent pas supporter de coupures dans la transmission, même courtes. – Mais le point positif qui est probablement le plus important de cette technologie est tout simplement son prix bas : en effet, l’ensemble de la technologie Bluetooth est intégré dans une puce qui coûte dans les environs de 20$. De plus, le prix de vente et les coûts de production ne cessent de baisser, si bien qu’Intel envisage une rapide baisse de ce prix à 5$. Par contre, comme inconvénient, on peut citer : – Les contraintes de débit de Bluetooth vont le rendre inutilisable pour les réseaux de machine à machine. En effet, le débit autorisé par la norme Bluetooth est de 1 Mbps, cette vitesse variant suivant le protocole. Dans le cas d’un échange bidirectionnel des données (liaison synchrone) le transfert des données théoriques s’effectuera à 432 Kbps dans les deux sens tandis que lors d’une liaison asynchrone, le débit théorique sera de 720 Kbps dans un sens et de 57,6 Kbps dans l’autre. A savoir que le débit effectif est toujours bien en deçà du débit théorique. Toutes ces valeurs sont relativement faibles par rapport aux 10/100Mbs des cartes réseau actuel. De plus, si les taux de transferts atteints par Bluetooth sont aujourd’hui suffisants pour la plupart des applications qu’elles ciblent, il ne faut pas oublier que dans quelques années, les téléphones portables pourront transférer des informations à 2Mb par seconde. Bluetooth pourrait alors devenir rapidement un « goulot d’étranglement » pour ces futurs appareils. – Outre son débit limité, l’autre inconvénient de cette technologie est sa portée. Si la portée théorique affichée par les constructeurs est de 50 mètres, la portée effective n’est en réalité que de 10 mètres, limitant donc bien son utilisation dans des micros réseaux. Cette portée peut être étendue à 100 mètres si le signal est amplifié, mais cette opération augmente sensiblement le coût final. – De plus, utiliser la norme Bluetooth peut parfois avoir d’autres inconvénients embêtants. En effet il peut arriver que deux appareils produits par des fabricants différents ne puissent communiquer entre eux. Ce problème d’incompatibilité sera cependant résolu avec la norme Bluetooth 1.1 avec une mise à jour du firmware obligatoire pour les appareils en version 1.0 ou 1.0b. – La norme Bluetooth 4 encore en cours de développement devrait résoudre une grande partie de ces inconvénients puisque cette technologie permettra un transfert théorique de 10 Mbps avec une portée de 100 mètres. – Nous pouvons également ajouter à cela tous les problèmes juridiques à propos de l’attribution des bandes de fréquences radio qui ne sont pas homogènes entre tous les pays du monde. La résolution de ces problèmes nécessite une intervention gouvernementale et est donc sujette à toutes les « lourdeurs » que cela implique. 

La géolocalisation 

La géolocalisation ou géo-référencement est un procédé permettant de positionner un objet (une personne, etc.) sur un plan ou une carte à l’aide de ses coordonnées géographiques. A l’origine, la géolocalisation a été conçue pour des besoins de l’armée américaine. En 1993, Bill Clinton décide d’ouvrir cette technique au grand public. Des services sont alors apparus permettant de localiser des objets, des personnes, de gérer des flottes de véhicules sur un plan ou une carte à l’aide de coordonnées géographiques. Depuis quelques années, la géolocalisation s’est démocratisée et est très utilisée notamment pour la navigation routière. Ces positions sont obtenues à l’aide de systèmes de radionavigation par satellites (GNSS), le terminal le plus connu du grand public est le GPS (Global Positioning System). Ce sont ces services de navigation routière qui ont très fortement dynamisé le marché au début de la géolocalisation, et qui continuent de représenter la majorité du marché en valeur. La navigation par GPS permettant de guider un véhicule à l’aide d’un boitier ou aujourd’hui de plus en plus à l’aide d’une application utilisée sur un Smartphone, est un exemple de ce type d’usage. Le récepteur GPS communique avec un réseau de satellites qui lui permettent de connaitre ses coordonnées terrestres. Il connait ainsi à tout moment sa position (longitude, latitude et altitude) avec une précision allant de 5 à 100 mètres. Le GPS a des conditions de réceptions difficiles dans certains milieux urbains ou forestiers, en particulier dans les cas urbains ou à l’intérieur des bâtiments. Le temps mis par le GPS pour se géo-localiser peut aussi être relativement long. Jusqu’ici, ces applications de géolocalisation étaient souvent inutilisables sans connexion. Perdu en pleine campagne, ou en voyage à l’étranger (donc déconnecté, sous peine de subir des frais d’itinérance), difficile d’utiliser un service classique ne faisant appel qu’au réseau mobile. Heureusement, les applications de navigation GPS permettent de plus en plus un usage offline.