Comment analyser les réseaux de communication IoT ?

Un réseau IoT permet d’apporter à un objet une connexion à Internet lui permettant de transmettre des informations. L’Internet of Things (IoT) un réseau de terminaux physiques appelés les « objets » et pouvant prendre la forme de capteurs, de softwares, d’ordinateurs ou des appareils domestiques (interphone, thermostat, voiture, électroménager...). Les experts pensent qu’il y aura plus de vingt milliards terminaux IoT d’ici 2025.

L’IoT permet aux objets physiques de partager et collecter des données en minimisant l’intervention humaine. Les systèmes peuvent ainsi ajuster les interactions entre les objets connectés.

L’IoT est possible grâce au développement de plusieurs technologies :

• des capteurs peu chers et peu consommateurs ;
• la connectivité des objets ;
• la disponibilité des plateformes cloud ;
• le machine learning, c’est-à-dire la capacité des machines à apprendre automatiquement au cours de leur fonctionnement ;
• l’intelligence artificielle conversationnelle et l’essor des assistants personnels (Alexa, Siri…).

L’IoT utilise plusieurs types de réseaux : certains sont à courte distance (de quelques centimètres à quelques mètres), d’autres couvrent des longues distances, jusqu’à plusieurs kilomètres. La comparaison entre les différents réseaux s’effectue autour de trois critères : leur consommation d’énergie, leur bande passante (débit de données) et leur portée. On distingue plusieurs grandes familles :

• Les réseaux personnels ou PAN (Personal Area Network) souvent liés aux smartphones et aux dispositifs miniatures. Les réseaux principaux sont le BLE (Bluetooth Low Energy), pour connecter par exemple des écouteurs sans fil et l’ANT+ utilisé par des dispositifs de sport ou de bien-être.
• Les réseaux LAN (Local Area Network) sont déployés à l’échelle d’un bâtiment, comme le WiFi, le RFID, Zigbee, EnOcean…
• Les réseaux WAN (Wide Area Network) sont des réseaux très étendus, en intérieur comme en extérieur. Les réseaux LPWAN (Low Power Wide Area Network) sont moins consommateurs d’énergie et offrent une très bonne couverture à l’intérieur des bâtiments tout en ayant une portée de plusieurs kilomètres. En contrepartie, ces réseaux ont un débit limité.
• Les réseaux cellulaires connectent des millions d’objets en xG, LTE-M, NB-IoT…) via des cartes SIM embarquées, que ce soit dans les téléphones, mais aussi des véhicules.

Le choix du réseau à utiliser dépend donc de la bande passante, la portée et la consommation d’énergie.

Quels sont les protocoles de communication utilisés par l’IoT ?

Les standards sans fil possibles sont par exemple le BLE, le Zigbee 802.15.4, LoRa, Sigfox, des standards cellulaires comme LTE-m ou NB-IOT, ou encore le Wifi. Certaines communications sont basées sur des liens propriétaires utilisant des modulations type QPSK typiquement dans les bandes de fréquence sub GHz.

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Les performances d’un réseau IoT peuvent varier selon le protocole utilisé et le réseau choisi. Comment évaluer les performances d’un réseau IoT ? Quels sont les problèmes qui peuvent survenir ?

Pour évaluer les performances d’un réseau Internet of Things, on utilise des appareils de mesure spécifique : les analyseurs de spectre de radiofréquence (RF). Cet appareil affiche un signal dans le temps pour mesurer la tension de signaux électriques, des lignes de transmission ou des champs magnétiques. Il affiche graphiquement l’intensité des signaux reçus.

Les dispositifs IoT sont basés sur un réseau, mais également sur des objets physiques qui doivent eux aussi être fiables et conçus dans les règles de l’art. Ces appareils doivent être vérifiés et testés dans des conditions d’essai optimales. Les mesures de performances comme la consommation ou la durée de vie de la batterie peuvent se faire au moyen d’appareils comme des analyseurs de puissance, aussi appelés énergimètres.

Dans un réseau IoT, chaque objet connecté dispose de sa propre puissance de calcul et d’une capacité à communiquer avec les autres objets. Cette interconnexion est le principal risque de l’IoT, puisque cela pose un problème de sécurité globale du réseau : les capteurs d’une usine étant connectés pour communiquer ensemble, il ne faut pas qu’un concurrent puisse par exemple accéder à des données confidentielles. Il est facile de prendre le contrôle d’objets connectés et ainsi de pénétrer des réseaux privés.

Pour améliorer la sécurité de l’IoT, les fabricants développent des processus d’audit de code et des bonnes pratiques de programmation lorsqu’ils créent des applications ou des logiciels. Ils définissent aussi des standards de sécurité.

Qu’il s’agisse d’appareils grand public IoT ou de dispositifs tertiaires ou industriels, ils doivent respecter un certain nombres de normes et de directives. En juin 2020, la première norme européenne de cybersécurité des objets connectés a été publiée : l’EN 303 645. Particulièrement orientée usager, elle aide les fabricants à développer des produits IoT sécurisés, du babyphone au détecteur de fumée en passant par les wearables (montre connectée par exemple).

Comment est réalisée une pré-certification ?

Le standard peut avoir son propre cahier des charges concernant la conformité des différentes couches. Par exemple un analyseur de spectre pourra souvent valider la partie couche physique du signal, alors que d’autres analyseurs dédiés se chargent de la validation protocolaire. Les objets connectés sont également soumis à des tests de conformité émanant d’autorités de régulation comme les normes CEM dépendant de la région de mise sur le marché. Un analyseur de spectre peut aussi être utilisé dans le cadre d’une pré-certification.

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