À mesure que les espaces intelligents deviennent de plus en plus populaires, il devient essentiel de s’assurer que ces installations disposent de toute l’infrastructure nécessaire. Essayer d’opter pour une solution réseau unique est voué à l’échec. Quels sont les défis auxquels les espaces intelligents sont confrontés ? Comment le LAN et le WLAN s’associeront-ils pour prendre en charge les réseaux de demain ? Et quelles solutions existent pour les options LAN ?
Le problème auquel les espaces intelligents seront confrontés
Il ne fait aucun doute que les appareils IoT sont en plein essor, et il ne faudra pas longtemps avant qu’il y ait 20 milliards d’appareils IoT dans le monde, mais si les capteurs individuels ont leurs avantages, ce sera la collection de nombreux capteurs travaillant ensemble qui apportera des changements majeurs. Par exemple, un thermostat IoT individuel peut contrôler la température d’une seule pièce, mais une collection de capteurs environnementaux dans tout un bâtiment peut être utilisée pour comprendre comment l’air circule entre les pièces, la qualité de l’air et la meilleure façon de chauffer l’espace.
Mais pour créer de tels systèmes, il faut une infrastructure sous-jacente solide, capable de fournir à la fois l’énergie et la connectivité. Les ingénieurs ont de nombreuses options à leur disposition, mais ces options se classent toujours dans l’une des deux catégories suivantes : filaire et sans fil. Chacune de ces technologies a ses propres avantages et inconvénients, et pourtant, une idée à la vie dure, selon laquelle les ingénieurs doivent choisir une technologie, et une seule. Si le mauvais choix est fait, les futures mises à niveau peuvent être coûteuses, voire carrément impossibles à mettre en œuvre, c’est pourquoi de telles décisions ne doivent pas être prises à la légère.
Les défis liés aux câbles
Les câbles ont été le principal moyen de communication pendant plus d’un siècle grâce à leur relative simplicité de construction et d’exploitation. Les câbles étant faciles à fabriquer, leur utilisation pour les communications à courte distance est très rentable. Si l’installation de câbles sur de grandes distances entraîne des coûts de main-d’œuvre importants, l’infrastructure nécessaire pour envoyer des messages sur des milliers de kilomètres est plus facile et moins chère à mettre en œuvre qu’une alternative sans fil.
Cependant, les câbles souffrent de nombreux phénomènes physiques, ce qui rend difficile les transferts de données à grande vitesse. Par exemple, les signaux de données à haute vitesse reposent presque toujours sur une paire différentielle torsadée pour éliminer le bruit de mode commun, et si ces paires ne sont pas soigneusement appariées, l’intégrité du signal peut en souffrir. Pour aggraver les choses, les anciennes installations de câbles sont souvent incapables de gérer les débits de données modernes, ce qui signifie que toute mise à niveau d’un système peut nécessiter le remplacement de tous les câbles de données. Par exemple, les anciens câbles Ethernet peuvent supporter des vitesses allant jusqu’à 100 Mbps, mais aucun de ces câbles ne peut être utilisé avec les connexions plus modernes de 1 Gbps.
Un autre défi rencontré avec les câbles est qu’ils sont physiquement laborieux à installer, nécessitant souvent des équipements de creusement si les câbles doivent être enterrés, ou des poteaux érigés si les câbles sont suspendus dans les airs. Même les datacenters nécessitent de grands assemblages de câbles et des systèmes de routage qui sont extrêmement difficiles à installer et à réparer.
Selon la technologie, les câbles utilisant des signaux électriques ne pourront prendre en charge qu’un seul appareil par câble, ce qui signifie qu’essayer de se connecter à plusieurs appareils peut nécessiter des câbles supplémentaires. Bien sûr, il existe des protocoles de bus qui permettent à plusieurs appareils de se connecter à un seul fil, mais de tels arrangements réduisent considérablement la bande passante du câble.
Enfin, de nombreux anciens réseaux LAN sont très sensibles aux attaques. Selon l’infrastructure utilisée, de nombreuses technologies de mise en réseau LAN n’implémentent pas d’identifiants par défaut, ce qui signifie que tout appareil capable de se connecter à un réseau a la permission de l’utiliser. C’est l’une des principales raisons pour lesquelles les pirates recherchent des ports LAN exposés qui ne sont pas activement utilisés.
Comment les technologies sans fil peuvent souffrir
Par rapport aux câbles, les solutions sans fil peuvent en effet atténuer de nombreux problèmes, notamment la possibilité d’utiliser différentes fréquences pour la séparation des canaux (réduisant ainsi le nombre d’appareils qui interfèrent), et l’antenne dirigée qui peut être utilisée pour créer des faisceaux qui n’interfèrent pas avec d’autres faisceaux à la même fréquence (augmentant ainsi la bande passante).
En tant que tel, si les câbles souffrent de tant de problèmes, alors le choix logique pour les ingénieurs est de passer au sans fil, n’est-ce pas ? Tout comme les câbles peuvent être problématiques, les réseaux sans fil peuvent l’être aussi ; ceci est particulièrement remarqué dans l’introduction de la 5G avec de nombreux rapports d’interférences, et la presse négative reçue lorsque les résidents découvrent que des tours cellulaires sont érigées devant leurs maisons.
Pour commencer, la fréquence radio utilisée par un système sans fil détermine sa portée effective, de sorte que la fréquence est inversement proportionnelle à la portée. Ainsi, les systèmes radio à basse fréquence peuvent communiquer sur des dizaines de kilomètres, tandis que les systèmes radio à haute fréquence peuvent communiquer sur des distances plus courtes. Mais en même temps, la largeur de bande d’une onde radio (ou la quantité de données qu’elle peut fournir par seconde) est directement proportionnelle à sa fréquence. Cela signifie que la communication à longue portée offre souvent une faible largeur de bande, tandis que la communication à courte portée offre une excellente largeur de bande.
Pour comprendre en quoi cela est problématique, un excellent exemple est la 5G. L’utilisation de fréquences plus élevées permet d’obtenir une bande passante beaucoup plus large que celle de la 4G, mais l’augmentation de la fréquence signifie que la couverture de la 5G est extrêmement faible ; cela a entraîné le besoin de beaucoup plus de mâts cellulaires situés à proximité des utilisateurs (c’est-à-dire à l’extérieur des propriétés résidentielles).
Un autre défi auquel les réseaux sans fil peuvent être confrontés est qu’ils sont vulnérables aux attaques à distance. Alors que les câbles Ethernet nécessitent un accès physique, un réseau sans fil peut être attaqué à distance avec facilité. Pour aggraver les choses, l’utilisation de renifleurs de paquets radio peut permettre aux attaquants de surveiller le trafic dans un réseau sans fil, ce qui, en cas de rupture, permet à l’attaquant d’identifier un appareil, et les données envoyées.
En même temps, les réseaux sans fil peuvent être encombrés si trop d’appareils se connectent simultanément. Les réseaux cellulaires sont moins vulnérables à la congestion que le Wi-Fi, car ils sont conçus pour gérer des milliers de connexions simultanées, mais les réseaux domestiques utilisant des fréquences accessibles au public peuvent souvent connaître des congestions. De plus, le fait d’avoir des milliers d’appareils connectés à un seul point d’accès peut rapidement entraîner une augmentation de la latence, ce qui peut être préjudiciable dans les systèmes nécessitant des performances en temps réel.
Pourquoi les câbles sont-ils essentiels pour l’avenir des espaces intelligents ?
Lorsque l’on fait des recherches sur le sujet des espaces intelligents et de la connectivité, la plupart suggèrent que les technologies sans fil telles que la 5G et le Wi-Fi vont dominer ; il est compréhensible de penser ainsi. Leur nature sans fil permet non seulement de minimiser les installations de câbles, mais offre également une plus grande liberté pour l’installation de dispositifs. Au lieu d’être limité par la longueur d’un câble Ethernet, une solution entièrement sans fil permet de monter les appareils exactement là où ils sont nécessaires. Cependant, il est plus probable que les futurs espaces intelligents combinent les avantages des câbles et des solutions sans fil au lieu d’opter pour une approche « taille unique ».
Pour commencer, les futurs espaces intelligents seront composés de milliers d’appareils, qui seront bien trop nombreux pour un seul réseau sans fil. Bien sûr, les technologies cellulaires sont conçues pour des charges importantes, mais comme la latence et la bande passante deviennent importantes, essayer de faire fonctionner tous les appareils sur des signaux sans fil pour cela devient coûteux et difficile à mettre en œuvre.
En plus du nombre d’appareils, beaucoup de ces appareils auront des besoins en énergie bien trop importants pour les moissonneuses-batteuses. Par exemple, les systèmes de sécurité exigeront un temps de fonctionnement de 100 %, et ceux-ci ne pourront pas être utilisés avec les moissonneuses-batteuses d’énergie. Étant donné que ces espaces seront constitués de milliers d’appareils, l’alimentation par batterie sera également hors de question : la maintenance de ces appareils sera extrêmement difficile. Il est possible d’utiliser des piles qui fonctionnent pendant toute la durée de vie d’un appareil, mais cela peut rapidement conduire à de grandes quantités de déchets électroniques, ce qui est bien entendu à éviter.
En tant que tel, une source d’alimentation permanente sera nécessaire, et le fait de disposer d’une connexion dédiée via le réseau local fournit non seulement une bande passante suffisante, mais peut également alimenter un seul câble via Alimentation électrique par câble Ethernet. En fait, l’utilisation de câbles PoE peut simplifier l’installation en réduisant le nombre de câbles dont un appareil a besoin à un seul. Cela permet de regrouper plus de câbles dans une zone donnée, et donc de desservir plus d’appareils.
Les appareils qui utiliseront des moissonneurs d’énergie devront probablement être positionnés à proximité des points d’accès afin de réduire le coût énergétique de la transmission. Dans ce cas, le point d’accès s’appuiera probablement sur PoE pour l’alimentation et la connectivité, ce qui démontre encore une fois la nécessité des câbles dans un espace intelligent.
L’aspect sécuritaire des espaces intelligents verra également les câbles préférés aux réseaux sans fil, notamment pour les dispositifs liés à la sécurité tels que les caméras, les microphones et les alarmes. L’utilisation de câbles empêche les attaques à distance, et l’utilisation d’identifiants et de certificats pour les appareils connectés permet de refuser l’accès à des appareils non identifiés ajoutés au réseau par des pirates. En fait, il est possible pour les futures versions de PoE de détecter quand un appareil a été déconnecté, et la surveillance de l’alimentation de chaque appareil PoE peut être utilisée pour détecter toute activité suspecte - ce qui est difficile à faire avec les appareils sans fil.
Enfin, les appareils filaires sont immunisés contre les interférences, ce qui permet de positionner des milliers d’appareils les uns à côté des autres. L’utilisation de câbles résiste également au brouillage sans fil, ce qui signifie que les espaces intelligents peuvent être rendus extrêmement résistants aux attaques.
Quelles solutions existent dans l’environnement LAN ?
Heureusement pour les ingénieurs, il existe de nombreuses solutions LAN et WLAN qui peuvent être mises en œuvre dès aujourd’hui pour créer des espaces intelligents qui offrent une large bande passante tout en restant résistants aux menaces de sécurité. Une entreprise remarquable pour ses solutions de mise en réseau des appareils IoT est Lantronix, qui fournit de nombreuses solutions, notamment des systèmes sur modules (SoM), des commutateurs de réseau et des passerelles.
Par exemple, le XPCW1002100B est un module serial-to-Wi-Fi. Il s’agit d’une solution de mise en réseau extrêmement compacte et de faible puissance qui permet la connectivité LAN sans fil IEEE 802.11 sur pratiquement toute solution dotée d’une interface SPI ou série. En réduisant la complexité des conceptions sans fil, le XPCW1002100B permet aux ingénieurs de tester et de fabriquer rapidement des dispositifs IoT et de communiquer sur les réseaux comme s’il s’agissait d’un port série physiquement connecté. Pour ceux qui recherchent une solution Ethernet, le XPC100100B-01 est extrêmement similaire au XPCW1002100B en ce sens qu’il fournit une connexion série-réseau, mais au lieu de se connecter via WLAN, il se connecte via LAN.
En ce qui concerne la connectivité réseau, Lantronix propose également de nombreuses solutions en matière de passerelles et de commutateurs, dont un exemple est le SGX5150020US. Cet appareil fournit un réseau Wi-Fi 5GHz avec une connectivité Internet via le réseau local. De tels points d’accès peuvent aider à séparer les réseaux tout en fournissant simultanément des capacités sans fil.
Dans l’ensemble, il est probable que les futurs espaces intelligents IoT utiliseront une fusion de solutions câblées et sans fil pour capitaliser sur les avantages des deux technologies.
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