Vue d'ensemble des normes des réseaux cellulaires mobiles

Mobile Radio Tower. Source: Andreas Glöckner, Pixabay

Lorsque l'on parle de connectivité IoT cellulaire, on tombe toujours sur les abréviations 2G, 3G, 4G et même 5G. En outre, les termes NB-IoT ou LTE-M font également leur apparition. Lorsque vous choisissez une norme de réseau cellulaire pour connecter vos appareils à l'internet des objets, que devez-vous viser ? Cet article a pour but de vous donner une vue d'ensemble des normes de réseau mobile cellulaire actuelles.

Dans la première partie de notre série de blogs en trois parties sur le choix d'une technologie radio adéquate pour votre projet IoT, nous avons comparé les normes de réseau sous licence avec les normes de réseau sans licence et mis en évidence les nombreux obstacles auxquels vous pouvez être confronté, lorsque vous choisissez des technologies sans licence telles que LoRa ou SigFox. À première vue, les technologies sans licence permettent à votre projet IoT de rester indépendant des opérateurs de réseau tiers, mais elles s'accompagnent d'une complexité beaucoup plus grande en termes de mise en œuvre et de réglementation, en particulier lorsque vous envisagez de distribuer votre produit dans diverses régions du monde. Nous avons conclu que les normes sous licence permettent une mise en œuvre plus rapide et plus facile, car elles présentent moins de difficultés en termes d'adaptation régionale et de certification et sont globalement plus fiables et donc mieux adaptées aux applications critiques.

Bien que toutes les normes de communication cellulaire n'aient pas été conçues à l'origine uniquement pour les communications entre machines, elles peuvent toutes être utilisées pour les appareils de l'internet des objets. Selon la norme utilisée, les avantages sont différents. Voici un aperçu des normes de réseaux mobiles cellulaires du passé, du présent et de l'avenir proche.

Aperçu des normes cellulaires disponibles

Le G de 2G, 3G, 4G ou 5G signifie "génération". La toute première génération d'un réseau cellulaire commercial, la 1G, a été développée depuis la fin des années 1970 et introduite en 1987 par Telstra, un opérateur australien. Avec une fréquence de 30 kHz et une bande passante de 2 kilobits par seconde (kbps), cette technologie s'accompagnait d'une très faible autonomie, d'une qualité vocale médiocre et d'un manque de sécurité. Elle n'a pas survécu longtemps.

2G - La première norme numérique

La 2G, établie en 1991, est la première norme numérique. Elle offrait des communications plus fiables et plus sûres. La norme 2G mettait en œuvre les concepts CDMA et GSM :

• Le CDMA (Codedivision multiple access) permet à plusieurs émetteurs d'envoyer des informations simultanément. En fait, il permet à plusieurs utilisateurs de partager une bande de fréquences.

• Le GSM (Global System for Mobile Communications) est une norme décrivant les protocoles des réseaux cellulaires numériques de deuxième génération. Développée au début des années 1990 en Europe, elle est devenue une norme mondiale au milieu des années 2010.

Les réseaux 2G ont introduit un grand nombre des services mobiles fondamentaux que nous utilisons encore aujourd'hui. L'un d'entre eux : Le service de messages courts SMS. Le SMS assurait la communication de machine à machine (M2M) bien avant que l'expression "internet des objets" ne fasse son apparition. Avec le "General Packet Radio Service" (GPRS) et le "Enhanced Data Rates for GSM Evolution" (EDGE), la norme 2G a été mise à jour à deux reprises, passant à 2,5G et 2,75G, ce qui a permis d'augmenter la vitesse maximale à 171 kbps et 384 kbps.

La connectivité 2G est jusqu'à présent une norme fiable pour connecter des appareils à faible bande passante à l'internet des objets. Cependant, les jours de la 2G sont comptés. Depuis l'apparition de nouvelles normes, Telstra a été l'un des premiers opérateurs à abandonner la 2G en décembre 2016. En Europe, l'abandon progressif de la 2G commencera d'ici la fin de l'année 2020.

3G - Introduction des capacités multimédias mobiles

La 3G a été introduite en 2003. Son réseau central utilise une nouvelle architecture appelée "Universal Mobile Telecommunications System" (UMTS). Sa principale avancée par rapport à son prédécesseur, la 2G, est une largeur de bande nettement plus élevée. Cela a fait de la 3G la première "norme multimédia" mobile. Pour la première fois, des flux vidéo ont pu être transmis via des réseaux cellulaires mobiles. En 2006, la 3G a été mise à jour en 3,5G par l'introduction du protocole de communication HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), qui a permis d'augmenter encore la bande passante des données de la 3G jusqu'à 42 Mbps.

Une autre mise à jour a introduit la norme "Long Term Evolution" (LTE) qui a encore augmenté la capacité et la vitesse des communications mobiles. Bien que le LTE ait été commercialisé sous le nom de "4G" ou "4G LTE", il ne répond pas aux critères techniques d'un "véritable" service sans fil 4G. Techniquement, le LTE est un "3.9G".

Toutefois, les jours de la 3G sont comptés. L'abandon progressif a déjà commencé. D'ici à la mi-2021, Vodafone prévoit de fermer ses dernières stations 3G en Allemagne. Telefónica et Deutsche Telekom ont également commencé à supprimer les stations 3G au profit de technologies plus récentes.

4G -Grande vitesse et informatique omniprésente

La quatrième génération 4G a été introduite en 2012. Son principal objectif est de fournir des communications à haut débit avec une sécurité renforcée pour permettre la télévision mobile à haute définition, les vidéoconférences et l'informatique omniprésente avec des largeurs de bande allant jusqu'à 150 Mbps. Alors que la 4G fixe les normes et les conditions générales, la LTE fournit les bases technologiques pour satisfaire à ces normes. Mais seule la technologie LTE. Mais seule la version améliorée LTE+ ou LTE Advanced répond aux exigences de la 4G.

NB-IoT et LTE-M

Dans le cadre de la 4G, deux autres technologies sont apparues : NB-IoT et LTE-M. Toutes deux sont spécialement conçues pour la communication entre machines, comme indiqué dans la première partie de cet article. Le NB dans NB-IoT signifie Narrow Band (bande étroite) et utilise des ondes radio, qui permettent une couverture de zone particulièrement étendue. Dans le même temps, elles peuvent traverser d'épais murs en béton et ainsi atteindre même les coins les plus reculés d'un bâtiment. NB-IoT est parfaitement conçu pour les appareils contraints qui ne transmettent généralement de petits paquets de données qu'une fois par heure ou par jour , ce qui les rend parfaits pour fonctionner sur batterie pendant une très longue période. Le LTE-M offre toutefois des bandes passantes plus élevées avec des latences plus faibles que le NB-IoT, mais s'accompagne d'une consommation d'énergie légèrement plus élevée.

5G - La future norme

La 5G est la dernière norme en matière de communication cellulaire. Son déploiement à l'échelle mondiale vient de commencer. On estime que d'ici 2023, jusqu'à 32 % des connexions mobiles en Amérique du Nord fonctionneront sur un réseau 5G. En Europe, le déploiement de la 5G est également en cours. Avec des largeurs de bande allant jusqu'à 1 Gbps, la 5G est conçue pour permettre des communications à grande vitesse avec des capacités élevées et une très faible latence, ce qui en fait la technologie de communication idéale pour les applications de réalité augmentée, les jeux, les communications de machine à machine et les appareils intelligents lorsque la rapidité de réaction joue un rôle vital. Pour l'instant, la 5G n'est pas conçue pour remplacer son prédécesseur, la 4G. Le fonctionnement en parallèle des deux technologies permettra à l'avenir d'offrir des capacités plus importantes et des vitesses de réseau plus élevées.

Troisième partie

Dans la troisième partie de notre série de blogs en trois parties sur les normes de connectivité IoT, nous parlerons du choix de la norme de réseau cellulaire optimale pour votre cas d'utilisation et de la façon dont la compatibilité multimode garantit la fiabilité future.