On prévoit que d’ici trois ans, le nombre d’appareils IoT dans le monde atteindra environ 40 milliards. Chacun de ces appareils aura besoin d’un réseau pour se connecter et communiquer, et les espoirs sont grands que la 5G relèvera le défi et étendra les capacités de l’IoT. Avec l'ajout des réseaux LoRa et SigFox, l'étendue et la portée de l'IoT seront significatives, allant des lectures de données petites et précises aux interactions complexes entre les appareils et le cloud.
Pour avoir une idée plus claire de l’impact de la couverture du réseau 5G sur l’IoT, nous avons contacté un panel d’experts. Composés de chercheurs, d'analystes et de conseillers, nos répondants nous ont fourni des informations détaillées et pertinentes sur l'impact des fréquences et des cadres sur la propagation et la bande passante de la 5G, ainsi que sur les solutions et les nouvelles stratégies émergentes.
Notre panel 5G et IoT comprend Nader Famili, leader MTS chez RFS, Scott Terry, vice-président de l'ingénierie chez Appel sûr, Dr Nikhil Adnani, CTO à Pensez RF, Brad Jolly, ingénieur d'application senior, Barry Scott, responsable du programme IoT, et Roger Nichols, responsable du programme 5G de Keysight, et Dr Esteve Hassan, Ph.D., PEng, chaire de recherche industrielle pour les applications IIOT, Mohawk College.
Outre le haut débit mobile amélioré et les communications ultra-fiables à faible latence, une connectivité massive est l'une des exigences essentielles pour les technologies habilitantes de la 5G. Même si la 5G IoT, LoRa et Sigfox sont souvent présentées comme des technologies concurrentes, la vérité est que chacune joue un rôle important en matière d’IoT. 
En fin de compte, la différence est une question d’échelle. Alors que LoRA et Sigfox reposent principalement sur des fréquences sans licence, ce qui peut limiter leur utilisation aux petites et moyennes entreprises, la 5G IoT est basée sur des fréquences sous licence et peut être utilisée partout où une couverture 5G est disponible. Néanmoins, comme le souligne le Dr Esteve Hassan, Ph.D., PEng, Chaire de recherche industrielle sur les applications IIOT du Mohawk College, « pour l'IoT, une faible consommation d'énergie et une couverture étendue pour les appareils finaux (ED) sont des facteurs de mérite importants », ce qui fait de LoRa et SigFox des technologies dominantes.
Le Dr Nikhil Adnani, CTO chez ThinkRF, ajoute une autre couche, expliquant qu'en raison de ses capacités de couverture plus larges, la 5G IoT est « plus adaptée à des applications plus omniprésentes, à tout moment et en tout lieu ».
« L'écosystème de l'IoT 5G est considérablement plus vaste », explique Nader Famili, responsable MTS chez RFS. « À plus long terme, cela signifie des mises à niveau beaucoup plus fréquentes, des appareils moins chers et une technologie et des applications en constante évolution. »
« D'une manière générale, les trois technologies sont adaptées à différentes tailles d'applications », résument Brad Jolly, ingénieur d'application principal, Barry Scott, responsable du programme IoT et Roger Nichols, responsable du programme 5G chez Keysight.
LoRa fonctionne également dans des bandes sans licence, avec des débits de données allant de 300 bps à 50 kbps, ce qui lui permet d'être utilisé dans des applications où les volumes de données sont tout simplement trop importants pour Sigfox. LoRa est également soutenue par une alliance de premier plan composée de quelque 500 membres.
En 0G, Sigfox est le réseau le plus léger que Brad Jolly décrit comme « l’opposé polaire de la 5g ».
« Il fonctionne sur un spectre sans licence, a des débits de données très faibles, entre 100 et 600 bps, et a une longue durée de vie de la batterie dans les applications avec de petites quantités de données, comme les capteurs environnementaux qui mesurent quelque chose une ou deux fois par jour et dorment le reste du temps. temps », ajoute Jolly.
Contrairement à Sigfox et LoRa, les normes 3GPP pour l'IoT ont été conçues pour un fonctionnement principal dans un spectre sous licence. Les normes IoT 3GPP prennent en charge des débits de données plus élevés et une plus grande échelle de connexion d'appareils, avec 1 Mbps pour LTE Cat M1 et 250 kbps pour NB-IoT (à partir de 2016). En conséquence, des applications beaucoup plus denses sont prises en charge, comme le dit Keysight, « des dizaines de milliers d’appareils IoT par cellule ».
« Les normes 5G, notamment à partir du 3GPP Rel-16, franchiront une nouvelle étape en termes de capacité et de flexibilité », conclut Keysight. «[Permettre] une large gamme de débits de données, une densité et une quantité de connexions beaucoup plus élevées et une compatibilité avec l'infrastructure cellulaire existante.»
L’IoT dans le système 5G va changer la donne pour la génération future. Cela ouvrira la porte à une nouvelle architecture sans fil et à des services intelligents. Les réseaux cellulaires existants, comme le LTE (4G), ne seront ni suffisants ni efficaces pour répondre aux exigences de connectivité de plusieurs appareils, qui nécessiteront des débits de données plus élevés, plus de bande passante, une qualité de service (QoS) à faible latence et de faibles interférences. 
« Pour relever ces défis, nous considérons la 5G comme la technologie la plus prometteuse », déclare le Dr Hassan. « Dans le contexte de la technologie sans fil, la technologie de cinquième génération (5G) est devenue le sujet le plus complexe et le plus intéressant de la recherche sur le sans fil. »
La 5G repose sur un débit considérablement plus élevé (x10), une latence beaucoup plus courte (<1 ms) et l’utilisation d’une concentration d’appareils beaucoup plus élevée.
Comme l'explique Nader Famili, la forte concertation des appareils est « spécifiquement ciblée sur les applications IoT ».
« Un gNodeB 5G sera capable de maintenir des connexions avec des centaines de milliers d’appareils et, en tant que tel, pourra accueillir tout type d’application IoT », dit-il.
La 5G permettra également une expansion des cas d'utilisation de l'IoT, y compris à la fois les types de choses pour lesquelles SigFox ou LoRA ont été conçus (faible débit de données, grande surface, faible consommation), ainsi que les applications qui nécessitent des vitesses plus élevées (par exemple , automobile et industriel), faible latence et très haute fiabilité. La 5G « augmentera également l’empreinte de l’infrastructure disponible pour les applications IoT, en particulier celles nécessitant des transferts en temps réel pour les appareils mobiles », explique Jolly. « Le facteur limitant est cependant que les systèmes IoT 5G ne seront disponibles que là où les réseaux 5G sont déployés. »
Pour Adnani, les principales améliorations et différenciateurs de la 5G sont une faible latence et un débit plus rapide.
« Dans le contexte de l'IoT, une faible latence est essentielle au traitement en temps réel requis dans les usines intelligentes, la robotique et l'automatisation », explique-t-il. "Alors que les données circulent à travers les capteurs IoT du réseau, par exemple, la 5G signifie un débit plus élevé avec la capacité de traiter les données d'un plus grand nombre de capteurs qu'auparavant."
« De plus, une faible latence entraîne des temps de réponse plus rapides lorsque cela est nécessaire. »
"Lorsque vous combinez cela avec la technologie 5G, ces appareils peuvent profiter de ce qu'offre la 5G", ajoute Scott Terry, vice-président de l'ingénierie chez SureCall. "Cela se verra principalement dans les appareils capables de profiter d'un très haut débit et/ou d'une très faible latence, qui sont les deux principaux avantages de la 5G."
« Ce sera très important pour des secteurs comme l’automatisation industrielle, les chantiers de construction et le transport automobile. Mais en fin de compte, chaque secteur bénéficiera de ce que la 5G apporte à l’IoT.
« Lorsque vous pensez à « Internet », vous pensez aux personnes échangeant des informations via les réseaux sociaux, des vidéos, des sites Web, par courrier électronique, etc. L'IoT est similaire, sauf qu'il s'agit d'appareils électroniques qui échangent des informations (au nom de personnes). Si tout le monde disparaissait soudainement, le trafic sur l’Internet traditionnel chuterait rapidement, tandis que l’IoT continuerait comme d’habitude jusqu’à ce que les batteries commencent à s’épuiser. L’IoT permet de connecter des objets « intelligents » à Internet. Ces objets intelligents sont des appareils qui reçoivent, transmettent et éventuellement analysent des données », explique Brad Jolly. Ces objets peuvent être des capteurs, des appareils électroménagers, du mobilier urbain ou tout autre objet.
« L'IoT industriel n'est que ce sous-ensemble de l'IoT utilisé à des fins industrielles, telles que la fabrication et le contrôle des processus et les applications industrielles dans des domaines tels que la fabrication automobile et l'industrie pétrolière et gazière. L'IIoT présente également des caractéristiques de connectivité et d'intelligence. Cependant, l'IIoT fait référence aux applications utilisées à des fins industrielles telles que la fabrication et le transport. Les objectifs d’un déploiement IIOT d’une manière générale sont l’amélioration de la productivité et la réduction des coûts. L'IIoT nécessite une latence plus faible que de nombreux autres segments de l'IoT, ce qui est important pour des activités telles que la surveillance et le contrôle des machines, où les fractions de seconde comptent », explique le Dr Adnani.
« L'IIoT présente deux autres principaux défis », explique Jolly. « La première est une exigence de fiabilité étant donné que l'IIoT impliquera probablement certaines fonctions critiques pour l'industrie en question. La seconde est que l’IIoT aura une majorité d’installations à l’intérieur où les densités de connexion sont élevées et où les problèmes d’interférences radio deviennent plus importants.
« Les considérations importantes pour l'IIOT sont la sécurité, la fiabilité, l'exactitude et la précision », ajoute le Dr Adnani. « L'IoT comprend également les appareils portables et d'autres produits destinés aux applications grand public où l'impact d'une fiabilité ou d'une précision moindre, par exemple, n'est pas aussi élevé. »
« L'Internet industriel des objets (IIoT) joue un rôle indispensable dans l'Industrie 4.0, où les gens s'engagent à mettre en œuvre un système IoT général, évolutif et sécurisé qui sera adopté dans diverses industries », conclut le Dr Hassan.
Selon l'équipe de Keysight, il existe deux principaux contributeurs techniques à la réduction de la latence dans les systèmes 5G. Le premier est une refonte du protocole d'interface aérienne, qui permet, entre autres choses, l'échange de données sans connexion (les données sont envoyées sans les complexités des poignées de main complexes) et des sous-trames autonomes qui permettront une communication par paquets réussie vers être reconnu en beaucoup moins de temps. Le deuxième domaine consiste à établir davantage d'informatique dans le réseau, à la « périphérie », de sorte que les informations transitent par une bien moins grande partie du réseau avant d'être traitées par l'application en question.
Une partie de la latence est liée au traitement de base. De toute évidence, le traitement de base aura plus de retard s’il est effectué dans le cloud, c’est pourquoi les services de périphérie constituent un aspect important de la 5G.
"En utilisant le concept de CUPS (control and user plan séparation), les réseaux 5G tenteront de traiter autant de données en périphérie (près de l'utilisateur) que de traiter les données de contrôle sur le cloud", explique Nader Famili. « Cela réduira considérablement la latence des données du plan utilisateur. De plus, d’autres techniques d’interface aérienne 5G et de planéité IP contribuent également à la réduction de la latence.
« Tous les traitements ne seront pas effectués dans le cloud », ajoute Jolly. "Certains traitements seront effectués au sein d'appareils de périphérie unique, d'autres seront effectués dans le "brouillard" des appareils de périphérie et certaines données seront mises en cache localement."
« Le cloud computing est idéal pour les applications contenant d'énormes quantités de données et de puissance de traitement, mais le transfert de données vers et depuis le cloud peut s'avérer problématique », ajoute-t-il. « Les réseaux 5G disposeront d’une large bande passante pour transférer les données des tours vers le cloud, mais tireront également pleinement parti de l’informatique mobile de pointe pour traiter les informations plus rapidement. »
« Grâce à l'adoption d'un réseau de trafic hiérarchique basé sur le cloud, la faible latence devrait être considérablement réduite dans la 5G », ajoute Hassan.
Le secteur de la logistique s'appuie depuis longtemps sur la technologie sans fil pour le suivi et l'estimation des délais de livraison. Nader pense que l’expansion de la 5G permettra une capacité accrue de suivre les comptes avec l’heure et le lieu exacts. 
« La technologie 5G, compte tenu de sa faible latence et de ses capacités de débit élevé, permettra également au secteur de la logistique de développer des applications beaucoup plus sophistiquées et adaptées à ses besoins », explique-t-il. « L’ajout de drones s’appuyant sur la 5G pour le contrôle et le guidage élargira également davantage les capacités du secteur de la logistique. »
Terry n'est pas d'accord. « On pense à tort que la 5G aidera le secteur de la logistique grâce à une plus grande couverture des signaux 5G ; cependant, la 4G continuera à offrir une meilleure couverture pour les services logistiques qui utilisent des appareils IoT pour le suivi », dit-il. « Là où la 5G peut aider, c’est dans certaines applications logistiques qui peuvent tirer parti de débits de données beaucoup plus élevés. Il peut s’agir d’applications bénéficiant de la vidéo haute résolution vers des sites distants pour fournir une assistance ou une navigation, ou de logistiques pouvant bénéficier de la réalité virtuelle (VR) ou de la réalité augmentée (AR) pour permettre une assistance à distance intelligente.
« Une faible latence est essentielle, notamment pour la sécurité des véhicules », ajoute Jolly. « La quantité de données pouvant être partagées est bien plus importante, ce qui ouvre la voie à des applications vidéo en temps réel à l'intérieur des véhicules et des entrepôts, [and] le suivi en temps réel crée des opportunités d'optimisation de l'itinéraire des véhicules, améliore l'estimation des livraisons et réduit le besoin de inspection entrante puisque la piste de données est beaucoup plus complète.
« La transformation numérique en cours est essentielle pour progresser vers une nouvelle génération de systèmes industriels plus efficaces, durables et connectés », conclut Hassan. «Cette nouvelle génération, communément appelée industrie 4.0, s'accompagnera d'une nouvelle vague de cas d'utilisation qui permettront aux entreprises des secteurs de la logistique et de la fabrication d'augmenter la flexibilité, la productivité et la convivialité des processus industriels exécutés dans leurs usines.»
« Contrairement aux cas d'utilisation typiques d'autres secteurs verticaux (par exemple, l'énergie, les médias, les villes intelligentes), les cas d'utilisation de l'industrie 4.0 imposeront des exigences très strictes en termes de latence, de fiabilité et de positionnement de haute précision. La combinaison de la technologie 5G avec les solutions de réseau d’entreprise devient cruciale pour satisfaire ces exigences dans les environnements intérieurs et privés.
Les tests des appareils et des réseaux IoT dépendent des normes et des protocoles. « Par exemple, explique Jolly, les organismes gouvernementaux ont des normes EMI/EMC, et leur conformité n'est pas facultative. »
« En matière de connectivité, il existe des normes appartenant aux différents organismes de normalisation et alliances », ajoute-t-il. « En matière de continuité, c'est-à-dire d'autonomie prolongée de la batterie, il n'existe pas de norme unique, bien que des technologies telles que l'analyse de puissance basée sur les événements et la télémétrie transparente soient utiles. Pour la coexistence, en particulier dans le spectre sans licence, il n’existe pas de norme unique, mais les dispositifs médicaux sont soumis à des réglementations appliquées par exemple par la FDA.
« Enfin », conclut Jolly, « il n'existe pas de norme de test unique pour la cybersécurité, mais l'OWASP dispose d'un cadre utile. Il existe des approches courantes telles que les tests d’intrusion, la simulation des menaces et les renseignements sur les applications et les menaces.
« Lorsqu'ils sont déployés dans des environnements réels, les systèmes IoT deviennent compliqués », résume Hassan. « [Cette complexité] nécessite des protocoles et des procédures de test unifiés. »
Un grand nombre d’objets connectés va en effet accroître l’exposition aux signaux radio. En fait, Ericsson a prédit qu'il y aurait plus de 5 milliards d'appareils IoT cellulaires en 2025. Cependant, au total, y compris les technologies de bande sans licence, le Dr Adnani prédit que le nombre total d'appareils IoT sera probablement plus proche de 40 milliards. 
"Beaucoup de ces appareils sont à large bande, et les systèmes qui utilisent les technologies cellulaires et Wi-Fi sont également relativement puissants", explique-t-il. "La prolifération rapide des appareils de communication augmentera l'exposition aux signaux radio sur tout le spectre électromagnétique."
Hassan concède que l’expansion de l’IoT signifie que « les limites d’exposition aux champs électromagnétiques de radiofréquences (RF-EMF) sont devenues une préoccupation majeure pour le déploiement des réseaux mobiles de cinquième génération (5G). »
Une exposition accrue est une évidence, explique Jolly, « en raison du nombre croissant d’émetteurs ».
« Il existe certaines applications IoT, en particulier à l'intérieur des environnements industriels, où l'atténuation des interférences radio deviendra un défi important. Mais il existe également des tendances compensatoires, telles que l’augmentation du edge computing et du « brouillard », limitant le besoin de transmettre des données. De plus, nous constatons des améliorations dans les systèmes d’évitement des collisions qui limitent les retransmissions.
"La densité RF des appareils connectés est extrêmement faible", rétorque Nader Famili. "L'exposition aux signaux radio continuera d'être dominée par les smartphones personnels qui sont proches des organes de la personne."
Il a été établi que la densité RF des appareils connectés est extrêmement faible.
« L'exposition aux signaux radio continuera d'être dominée par les smartphones personnels qui sont proches des organes de la personne », explique Nader. « Le Rf émanant des appareils intelligents est très faible et très rare. Presque tous les appareils intelligents seront en mode veille la grande majorité du temps, et lorsqu’ils émettent des RF, leur puissance est extrêmement faible.
« Les appareils intelligents 5G sont définitivement sûrs », déclare Terry. « Ils sont fondamentalement identiques à un téléphone portable, sauf qu’ils transmettent pendant des durées BEAUCOUP plus courtes et qu’ils ne sont pas situés juste à côté d’une personne. Il ne devrait y avoir aucun souci de sécurité concernant les appareils 5G.
"Je ne suis ni médecin ni biologiste, je vous orienterais donc vers deux autorités scientifiques", déclare Jolly, qui suggère à ceux qui sont préoccupés de consulter les informations fournies par l'Organisation mondiale de la santé (https://www.who.int/news- room/qa-detail/5g-mobile-networks-and-health) et la Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants (ICNIRP).
"Je considère également la sécurité en termes de ce que la 5G permet en termes de télémédecine et d'intervention d'urgence", ajoute-t-il. « Y a-t-il un avantage en matière de sécurité à avoir la 5G pour les secouristes ? Y a-t-il un avantage en matière de sécurité à avoir un accès vidéo à un médecin spécialiste que je ne pourrais pas consulter autrement ? »
« Les RFID passives peuvent être considérées comme de l'IoT indirect, et les RFID actives sont simplement des dispositifs IoT », explique Nader. "En tant que tels, ils sont complémentaires et, dans l'ensemble, la même chose."
La manière dont cela fonctionne dépend de la technologie radio et des exigences des appareils. La RFID est l'utilisation de la technologie radio pour identifier et suivre automatiquement les étiquettes attachées aux objets. La RFID est utilisée dans le suivi des actifs et la gestion des stocks. La connexion du lecteur RFID, un appareil informatique, à Internet en tant qu'appareil IOT permet d'accéder à ces données, ouvre un certain nombre de possibilités via des applications, ainsi que où et comment elles peuvent être utilisées.
« [La RFID et l'IoT] peuvent très bien fonctionner ensemble », déclare Jolly. « Par exemple, la RFID peut être un mécanisme d’authentification permettant de sécuriser une application IoT. En outre, la RFID peut être utile dans les applications d’inventaire, de sécurité intelligente, d’agriculture intelligente et de logistique intelligente.
"Il existe de nombreuses projections, et elles vont de milliards à des milliards d'appareils", explique Jolly. « Sur la base de ma lecture, je ferais deux observations :
« Cela dépend de nombreux facteurs tels que la taille du déploiement de l'IoT, le type de protocoles de communication utilisés et la connectivité des données », ajoute le Dr Hassan.
Il ne fait aucun doute que la technologie 5G élargira les utilisations et les capacités de l’IoT, notamment lorsqu’elle est combinée à d’autres technologies telles que les réseaux LoRa et SigFox.
« La vision principale de l'Internet des objets (IoT) est de créer un monde intelligent où le réel, le numérique et le virtuel convergent pour créer des environnements intelligents qui fournissent plus d'intelligence à l'énergie, à la santé, aux transports, aux villes, à l'industrie, bâtiments et bien d’autres domaines de notre vie quotidienne », explique Hassan. "La RFID est un élément clé de cette version, représentant une technologie de communication de capteurs efficace qui permet un réseau informatique omniprésent."
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