Quelle technologie radio pour vos objets connectés ? Deuxième partie
Nous avons récemment vu qu’il existe quelques critères importants dans le choix d’une technologie radio. Nous allons les détailler et comparer les performances des différentes normes de communications sans-fil pour chaque critère.
Portée
La distance maximale entre les objets est fortement déterminée par le type de technologie radio. Cette portée maximale est liée à la puissance de sortie, à la sensibilité du récepteur et à la fréquence.
Comme son nom l’indique, la norme NFC ( « Near Field Communication », « communication en champ proche ») est une technologie dédiée aux courtes distances, avec une portée typique d’environ 5cm. Le Zigbee (dans sa version de protocole améliorée Zigbee PRO), grâce à une puissance de sortie élevée (jusqu’à 18dBm) et une bonne immunité aux interférences, réalise la meilleure portée ( jusqu’à 1,5 km en plein air et en visée directe). Ce chiffre reste théorique, d’autant plus qu’en France la norme limite les émissions à une puissance de 10dBm, ce qui réduit la portée maximale à environ 750m.
Si on classe les différentes technologies en fonction de leur portée maximale, aujourd’hui:
NFC < ANT + < Bluetooth < Z-Wave < Wi- Fi < Zigbee.
Dans un futur proche, la norme Wi- Fi 802.11y permettra d’atteindre une portée de 5 km, comme illustré ci-dessous. Cependant, cette évolution est réservée à la bande 3.7GHz qui sera utilisée uniquement aux États-Unis. De plus, c’est une norme qui n’est pas dédiée aux objets communicants en eux-mêmes, mais plutôt à l’interconnexion de réseau locaux (par exemple des réseaux locaux Wi-Fi « classiques » reliés entre eux par Wi-Fi 802.11y).
Bon à savoir
Avec la même puissance de sortie, la même sensibilité du récepteur et pour un même signal, plus la fréquence est élevée, plus la portée est petite. Ainsi, en règle générale, si on double la fréquence, la portée est divisée par deux.
Les performances de l’antenne et de l’environnement auront également un effet déterminant : la portée en visée directe peut être plus de dix fois supérieure à celle à l’intérieur d’un bâtiment !
Débit
Le débit est la quantité de données qui peuvent être transmises par la liaison sans fil par unité de temps. La vitesse maximale de données est un maximum théorique. La valeur réelle est inférieure à la valeur théorique, principalement en raison de l’encapsulation des données utiles dans chaque protocole.
Si on les compare en fonction du débit maximum théorique, on peut classer les standards comme suit:
ANT+ < Z-Wave < Zigbee < NFC < Bluetooth < Wi-Fi
Si nous devons envoyer une grande quantité de données, il nous faut choisir une technologie aux débits élevés, et ce afin de réduire le temps de transmission de ces données et ainsi gagner en consommation d’énergie.
Le graphique ci-dessous présente les caractéristiques des différentes technologies radiofréquences, en termes de portée et de débit :
Topologie
Si un réseau doit utiliser des objets connectés, sa taille (en nombre de ces objets) et sa typologie excluent certaines technologies radio. Les différents types de réseaux sont représentés ci-dessous.
La norme NFC ne peut être utilisée en réseau ( nous sommes plutôt dans un modèle client-serveur). La norme Zigbee, quant à elle, est conçue pour de grands réseaux de capteurs. Les normes Wi-Fi et Bluetooth ne supportent que des réseaux en étoile (« Star » network). Bluetoothv4.1 (la dernière norme Bluetooth) devrait également supporter les réseaux maillés (« Mesh » network)
Autonomie
L’autonomie maximale sera fortement déterminée par la technologie de communication radio choisie. L’autonomie de l’objet dépend de sa consommation de courant (l’énergie qu’il dépense pour transmettre et recevoir des données), mais aussi de sa capacité à ne rien consommer quand il n’y a rien à transmettre ou à recevoir. C’est la notion d’endormissement.
Pour évaluer la consommation, nous tiendrons donc compte du type d’utilisation, et nous calculerons une consommation moyenne dans le temps (je consomme I mA pendant X% du temps et i µA (microampères) le reste du temps, quand je suis endormi).
Lorsque la consommation moyenne de courant augmente, soit l’autonomie se dégrade, soit il es nécessaire d’augmenter la taille de la batterie.
Le débit maximum va aussi impacter la consommation. En effet, si beaucoup de données sont à transmettre, il est nécessaire de pouvoir les transmettre rapidement pour s’endormir ensuite plus longtemps. Ainsi, il vaut mieux consommer un peu d’énergie de temps en temps et ne rien consommer le reste du temps que consommer moins d’énergie, mais tout le temps.
Table de comparaison des principaux standards de communication radio
Un tableau comparatif des différentes technologies radio peut être construit en se basant sur l’étude de leurs spécifications et de leurs impacts au niveau système.
