Plus que la quantité de capteurs déployés, c’est la qualité de l’architecture réseau qui fait la force d’une smart city », soulignait Mathieu Sibieude, solution manager chez NXO France, lors du salon Smart city+smart grid, à Paris, en novembre. Derrière les nouveaux outils de détection et de mesure, la mise en place de réseaux de communication à l’échelle de la collectivité est essentielle pour remonter et agréger efficacement les informations du terrain. La tâche est loin d’être aisée : avec la massification de l’internet des objets (IoT) et la diversité des appareils, l’organisation des flux de données se complexifie rapidement. Les cas d’usage sont multiples, allant, par exemple, de la maintenance des réseaux d’eau au contrôle intelligent des feux de circulation, en passant par la mesure de la qualité de l’air. Les canaux de transmission des données sont nombreux : Wi-Fi, réseaux cellulaires, haut-débit, courant porteur en ligne (CPL), radiofréquences… S’y ajoutent les différents opérateurs avec lesquelles la collectivité doit traiter.
Adopter une stratégie globale pour faire converger les données vers les serveurs s’impose. Chaque ville intégrant des services intelligents a élaboré la sienne : création d’un réseau urbain privé (Nice, Bordeaux), location des réseaux IoT déployés par les opérateurs télécoms ou délégation à des prestataires de services qui se chargent de fournir les données. La mise en place d’un réseau privé est l’option la plus séduisante, car elle promet des coûts de fonctionnement faibles, passé l’investissement initial, ainsi qu’un contrôle complet sur le type de données collectées et l’évolution du réseau. Dans tous les cas, le principal défi consiste à gérer l’hétérogénéité des protocoles de communication associés aux différents capteurs.
Les technologies LPWAN (low power wide area network) s’imposent dans l’IoT pour couvrir une grande superficie et connecter plusieurs milliers de capteurs. Elles reposent sur des communications simples, permettant de faire transiter quelques kilobits de données sur des distances d’environ 5 à 10 km en milieu urbain. Leur principal atout : une consommation énergétique minimale qui assure aux capteurs une autonomie de plusieurs années. Actuellement, cinq solutions sont privilégiées pour déployer ces réseaux en ville : Sigfox, LoRaWAN, Wize, LTE-M et NB-IOT, son équivalent plus frugal. Les trois premières utilisent des fréquences ouvertes (868 Mhz pour Sigfox et LoRaWAN, 169 Mhz pour Wize), ce qui facilite leur déploiement à moindre coût. En revanche, le LTE-M repose sur le réseau 4G mis en place par les opérateurs télécoms. Il privilégie le débit et la faible latence, au détriment de l’autonomie énergétique des capteurs. À côté des LPWAN, un maillage Wi-Fi, en soutien du réseau de fibre optique, et l’utilisation du courant porteur en ligne (CPL) peuvent également être envisagés pour des applications réclamant davantage de bande passante.
Coordonner les technologies
« Il y aura toujours un mix de technologies réseau au sein de la ville intelligente, car celles-ci dépendent des cas d’usage, estime Johan Tulmets, responsable solution smart city chez Bouygues Énergies et Services. L’enjeu est de les coordonner pour qu’elles communiquent entre elles. » Opérateurs télécoms, intégrateurs et spécialistes des réseaux rationalisent leurs offres pour proposer des solutions clés en mains aux collectivités. Objenious, la marque de Bouygues Telecom dédiée à l’IoT, qui s’est constituée au départ autour du protocole LoRa, rassemble depuis fin septembre les autres offres de l’opérateur en matière d’IoT : LoRA, 3G, LTE-M, et prochainement 5G. « Étant donné la multiplication des cas d’usages, nous ne pouvons plus répondre aux besoins des villes avec une seule solution verticale », explique Bernardo Cabrera, le directeur général d’Objenious, qui reconnaît que « faire coopérer toutes ces technologies sur un même portail n’est pas évident ».
Le décodage des informations issues des capteurs est l’une des principales difficultés. Sigfox ou LoRaWAN ne disposent pas de standard d’interopérabilité pour les données, et chaque constructeur de capteurs développe sa propre solution de codage. Un véritable casse-tête lorsque la ville a choisi de déployer son réseau avec des fournisseurs d’équipements différents. Pour Claire Hugonet, ingénieure conseil spécialisée dans la smart city, « il y a souvent un format de message par fournisseur et capteur. Chacun nécessite d’intégrer le bon codec [codage-décodage, ndlr] pour traduire l’information et la rendre exploitable. Des travaux sont en cours pour mettre en place une forme de codec universel côté serveur, mais rien n’est encore commercialisé. » Ce problème peut être contourné en s’appuyant sur les opérateurs des réseaux Sigfox (SFR) ou de l’Alliance LoRa (Bouygues, Orange), lorsque le maillage le permet. Ceux-ci prennent en charge les codecs et décodent eux-mêmes les données sur des serveurs tiers, puis les retournent à leurs propriétaires via une API (interface de programmation). Mais cela contraint les collectivités à déléguer la gestion d’une part de leur réseau IoT.
Une autre solution consiste à intégrer au niveau du concentrateur télécoms, servant également de passerelle (gateway) vers le protocole internet (IP), une fonctionnalité capable de traduire le message avant son envoi. Elle est portée par des sociétés de l’informatique comme Cisco ou des intégrateurs tels que NXO. « Les réseaux urbains convergent de plus en plus vers le tout-IP, note Emmanuel Schneider, responsable clients Engie et Suez chez Cisco et promoteur du concept de smart city. La nouvelle génération de passerelles IoT peut traiter les données localement. La passerelle ne transmet aux serveurs qu’un jeu de données harmonisé et pertinent. » Ce traitement en « fog computing » (informatique géodistribuée), à un niveau intermédiaire entre l’objet et les serveurs, réduit en outre la quantité de données à transmettre.
Enfin, une approche prometteuse pourrait renforcer la cohérence du réseau. La start-up rennaise Acklio a relevé le défi de faire communiquer directement le protocole IP et les protocoles LPWAN. Elle a conçu le protocole Static context header compression (SCHC), qui permet de regrouper, au niveau de l’objet, les protocoles de l’internet, particulièrement énergivores et lourds, pour les intégrer dans un environnement LPWAN. La solution, conçue par des chercheurs de l’IMT Atlantique, joue ainsi le rôle d’interprète entre les réseaux de façon automatique, sans distinction de la technologie LPWAN utilisée. Selon Alexander Pelov, le cofondateur d’Acklio, ce protocole garantit la longévité des réseaux actuellement déployés. Car, en l’absence de normes, les objets et les réseaux seront « amenés à changer », tandis que les technologies de l’IP resteront « sensiblement les mêmes trente ans après leur création ».
La 5G, solution miracle ?
Son déploiement est attendu de pied ferme dans l’internet des objets (IoT). Des débits presque 100 fois supérieurs à la 4G, la possibilité de connecter davantage d’objets sur une même antenne, une latence d’une milliseconde… Les avantages de la 5G ont tout pour séduire la smart city. D’autant plus que sa version IoT, fondée sur une évolution du LTE-M, promet des consommations énergétiques très basses, en conservant une architecture reposant sur l’IP. Elle dispose d’autres atouts, comme le « network slicing » qui sert à créer des réseaux virtuels pouvant être dédiés à différents cas d’usage. Cette virtualisation permet en outre d’adapter en temps réel les capacités des réseaux en fonction des besoins. Les attentes sont immenses. Reste à évaluer le coût d’un déploiement de la 5G à l’échelle d’une ville, qui semble difficilement pouvoir rivaliser avec celui des protocoles radio ouverts.
