L'un des premiers choix que vous ferez lors de la conception d'un système IoT est le mode de communication. Si certains projets peuvent être câblés à l'aide d'Ethernet ou d'un protocole série, la plupart d'entre eux exigent la mobilité et l'agilité que procure la communication sans fil.
IoT sont souvent situés dans des endroits où le câblage pour l'alimentation ou les communications n'est pas pratique, et beaucoup sont entièrement mobiles, ce qui rend toute solution câblée hors de question. Dans ces cas, le choix d'un protocole de communication sans fil est une évidence. Mais quelle solution sans fil convient le mieux à votre projet ?
Dans cet article, nous comparons les communications cellulaires aux communications RF (protocoles radiofréquence) et passons en revue les principaux éléments à prendre en compte pour vous aider à faire le meilleur choix. Nos exemples porteront sur Digi XBee , mais ces considérations s'appliquent quelle que soit la marque ou le modèle de communication sans fil que vous utilisez dans votre projet.
Emmenez-moi à l'écosystème XBee de modems RF et cellulaires
Présentation de l'article :
Le choix du mode de communication sans fil approprié est l'une des décisions les plus importantes dans toute IoT . Cet article de blog propose une comparaison claire et générale entre la communication cellulaire et la communication RF (radiofréquence), afin d'aider les développeurs et les décideurs à déterminer quelle approche convient le mieux à leur application.
Il explique comment IoT cellulaire s'appuie sur les réseaux des opérateurs pour offrir une couverture étendue, une mobilité sans interruption et une connectivité directe au cloud, ce qui en fait la solution idéale pour des applications telles que la surveillance à distance, les appareils médicaux et les équipements mobiles. Parallèlement, il met en évidence certains inconvénients, tels qu'une consommation d'énergie plus élevée, des coûts de données récurrents et la dépendance vis-à-vis d'infrastructures externes.
En revanche, cet article examine comment IoT basées sur les radiofréquences —notamment les protocoles tels que Zigbee, DigiMesh et 802.15.4 — permettent de mettre en place des réseaux à faible consommation, économiques et autonomes. Ces systèmes sont particulièrement adaptés aux déploiements localisés, tels que les bâtiments intelligents, la surveillance industrielle et les villes intelligentes, où une longue autonomie des batteries et l'indépendance vis-à-vis des réseaux des opérateurs sont essentielles.
Quels sont les protocoles cellulaires et RF Digi XBee par Digi XBee ?
Digi XBee propose trois solutions cellulaires conformes aux normes et pré-certifiées :
La gamme RF (radiofréquence) des Digi XBee comprend à la fois des modules à courte portée et des modules à longue portée.
La gamme Digi XBee comprend :
La gamme XBee longue portée comprend :
Consultez le guide d'achat XBee pour comparer les capacités des différents modules de l'écosystèmeDigi XBee .
Comparaison des communications sans fil RF et cellulaires
La meilleure solution de communication sans fil pour tout système IoT dépend toujours du contexte. Pour certains projets, le cellulaire sera la meilleure solution. Pour d'autres, les besoins en énergie et les coûts du cellulaire peuvent être prohibitifs et une solution RF à courte portée comme Digi XBee 3 Zigbee sera la solution idéale. S'il existe autant de protocoles différents sur IoT , c'est parce qu'il y a autant de types de projets différents, chacun ayant des exigences uniques. En gardant cela à l'esprit, examinons les considérations pour chaque type de solution.
Communications cellulaires : Avantages et compromis
Comme pour toute option de communication sans fil, le cellulaire est soumis à des considérations allant du coût et de la complexité au temps nécessaire pour concevoir et construire une solution, en passant par la manière dont vous ou vos clients finaux gérerez finalement le dispositif. Par exemple, vous devrez vous assurer que le micrologiciel de votre produit peut être régulièrement mis à jour avec des mises à jour de sécurité ou de fonctionnalité et que vos dispositifs de communication sans fil sont en ligne et fonctionnent correctement.
Les solutions cellulaires nécessitent une infrastructure externe. Deux modules cellulaires ne se parlent jamais directement ; ils doivent se connecter par l'intermédiaire du réseau d'un opérateur sans fil en utilisant son vaste réseau de tours de communication et son infrastructure dorsale considérable. Lorsque nous disons qu'un module cellulaire communique avec "la tour", nous faisons en réalité référence à l'ensemble du réseau de l'opérateur, représenté par une seule tour. Comme le cellulaire nécessite une infrastructure, un plan de données payant d'un opérateur sans fil est presque toujours nécessaire. Même avec des plans à coût réduit pour les appareils à faible bande passante IoT , les frais totaux peuvent être importants et, pour certains projets, prohibitifs.
Avantages de la communication cellulaire
Un module de communication cellulaire communique directement avec toute tour à portée et utilise cette connexion pour communiquer directement, généralement avec des applications en ligne dans le nuage. L'un des principaux avantages du choix du cellulaire pour votre méthode de communication sans fil est qu'aucun autre équipement n'est nécessaire ; le module et son antenne suffisent.
Les solutions cellulaires sont extrêmement mobiles. Leurs connexions peuvent être transférées d'une tour à l'autre à grande vitesse. Avec le bon module et le bon plan de données, votre appareil IoT peut se déplacer sans problème dans le monde entier sans perdre la connectivité. N'oubliez pas que chaque module doit se trouver dans la portée radio d'une tour pour communiquer. Si un opérateur sans fil ne couvre pas une zone, les communications cellulaires n'y seront pas possibles.
Les données cellulaires sont natives de l'IP, ce qui signifie que les modules cellulaires dotés de connexions actives peuvent converser avec l'Internet directement dans leur langue maternelle. Cela réduit le travail de développement et simplifie l'architecture du réseauIoT . De plus, les mises à jour over-the-air sont relativement simples, puisque le micrologiciel peut être transmis directement du nuage au dispositif, ce qui facilite la correction des bogues et les améliorations.
De plus, les équipementiers et les clients finaux peuvent utiliser la plateforme de gestion des appareils et de communication basée sur le cloud de Digi, Digi Remote Manager , pour toute une série de tâches critiques.Digi Remote Manager Digi RM) offre un ensemble complet de fonctionnalités de gestion, telles que les mises à jour automatiques du micrologiciel sur l'ensemble de votre déploiement, la surveillance des paramètres de configuration pour détecter les failles de sécurité, la surveillance de l'état et de la santé des appareils, des alarmes et des notifications pour des conditions spécifiques, et bien plus encore. Digi RM permet également de gérer l'ensemble de vos IoT connectés — y compris les appareils série non Digi — via un tunnel VPN sécurisé.
Compromis avec les communications cellulaires
L'une des contreparties est que les systèmes cellulaires doivent être mis à niveau régulièrement pour suivre les mises à jour exigées par les opérateurs, et parfois les expirations de protocole qui nécessitent le remplacement du matériel sous-jacent.
La plupart des appareils du site IoT fonctionnent avec des piles. Les communications cellulaires ont une demande d'énergie relativement élevée car elles nécessitent beaucoup de courant pour communiquer avec une tour qui peut se trouver à 1/4 de mile ou plus. Les nouveaux protocoles cellulaires de IoT offrent une consommation de courant réduite et même certains modes de veille, mais ils continuent de vider les piles beaucoup plus rapidement que les modules de communication RF.
Le matériel cellulaire est assez complexe, il est donc généralement plus coûteux et physiquement un peu plus grand, surtout si l'on considère la plus grande antenne nécessaire pour accepter toutes les différentes bandes cellulaires.
Communications RF non cellulaires : Avantages et compromis
Les solutions de communication RF dont nous allons parler ici présentent des fonctionnalités différentes de celles de la téléphonie mobile. Elles peuvent communiquer entre elles directement, et même faire transiter des messages par d'autres modules intermédiaires lorsqu'elles utilisent un protocole maillé. Si le réseau doit envoyer des messages au-delà de sa zone locale, il aura besoin d'un dispositif passerelle, tel que la passerelleDigi XBee , qui traduit et transfère les données vers d'autres destinations, généralement via Internet. Les passerelles RF sont courantes, mais elles sont tout à fait facultatives, et toutes les solutions ne les utilisent pas.
Les systèmes de communication RF peuvent être déployés et fonctionner indéfiniment sans frais mensuels de la part de tiers. Cela peut faire la différence entre une solution rentable IoT et une solution qui ne fonctionne pas économiquement, même si elle est techniquement solide. Un réseau RF peut être mis en place presque partout, sans tenir compte de la couverture d'un tiers, mais il sera généralement limité à une zone prédéfinie où chaque module peut en voir au moins un autre pour maintenir son réseau.
Avec une solution RF, vous fournissez votre propre couverture indépendamment de tout fournisseur. Vous devez également fournir votre propre liaison de données, afin de déplacer les informations de la périphérie du réseau vers l'endroit où elles doivent être. Dans la plupart des cas, cela nécessite une sorte de dispositif de passerelle, qui regroupe les données entrantes de votre réseau RF local et les transmet à l'Internet. Les passerelles peuvent également accepter les données Internet et les transmettre au réseau RF.
Dans un protocole point à point comme le 802.15.4, chaque radio doit se trouver à portée de la passerelle. En revanche, les protocoles maillés tels que Zigbee et DigiMesh permettent aux messages de « rebondir » automatiquement entre des modules intermédiaires pour atteindre la passerelle, ce qui permet aux réseaux d'être bien plus étendus que la portée de la passerelle elle-même. Comme une solution RF est autonome, il n'est pas nécessaire de procéder à des mises à niveau en fonction du calendrier d'un tiers. Une fois votre système opérationnel, il peut théoriquement fonctionner sans modification pendant des décennies, ce qui contribue à maintenir les coûts à un niveau bas.
Les modules RF utilisent généralement des protocoles autres qu'IP pour communiquer. Ce n'est pas un oubli, c'est parce que TCP/IP n'a pas été conçu avec les solutions IoT à l'esprit, ce qui crée des défis techniques majeurs pour les appareils à faible puissance et à faible bande passante qui sont souvent endormis et hors ligne. Même si les protocoles à venir, comme Matter, devraient changer cette situation, les protocoles largement déployés, comme 802.15.4, Zigbee et DigiMesh, doivent actuellement être traduits au niveau de la passerelle s'ils doivent atteindre l'internet.
Notez que les passerelles avancées, telles que celles proposées par Digi, prennent en charge la mise à jour du micrologiciel à distance, mais gardez à l'esprit que ce n'est pas forcément le cas pour les autres marques. De plus, DigiXBee Studiopermet de configurer et de gérer localement les modules RF XBee déployés.
Avantages de la communication sans fil avec les modules RF
Nous avons déjà abordé plusieurs grands avantages des communications RF, notamment en ce qui concerne les économies sur les forfaits cellulaires. La RF présente également d'autres facteurs de coût. IoT doit souvent être extrêmement bon marché pour que l'ensemble du système soit rentable. C'est là que les solutions RF peuvent vraiment briller.
Voici quelques autres avantages clés des dispositifs de communication RF, qui ont tous un impact sur le coût total de possession :
- Leurs protocoles et leur matériel ont été rigoureusement optimisés pour les économies.
- Elles consomment très peu de courant et peuvent dormir pendant de longues périodes d'inactivité, ce qui leur permet de survivre pendant des mois, voire des années, sans être remplacées.
- Les dispositifs eux-mêmes sont plus simples, ce qui signifie qu'ils peuvent être physiquement plus petits et moins coûteux.
- Leurs antennes ne doivent généralement prendre en charge qu'une seule bande de fréquences, ce qui crée des avantages supplémentaires en termes de taille et de coût qui peuvent ouvrir la voie à la rentabilité.
Applications des communications sans fil : Options RF et cellulaires
Examinons quelques applications différentes de la communication sans fil dans les cas d'utilisation de IoT pour voir comment ces choix s'appliquent dans des situations réelles. Ensemble, ces exemples de communication sans fil illustrent les nombreux types d'applications et certaines considérations pour les équipes de développeurs.
Surveillance et contrôle des tondeuses à gazon robotisées pour les terrains de golf
Les tondeuses à gazon se déplacent, ce qui nous fait d'emblée penser à la technologie cellulaire pour assurer cette mobilité. Les tondeuses nécessitent une alimentation embarquée importante et sont assez volumineuses et coûteuses ; Digi XBee est donc également un choix judicieux dans ce cas. L'accès direct au protocole IP simplifie en outre le développement de l'architecture du système. Il convient de noter que des modules de communication RF longue portée comme Digi XBee PROpourraient également faire l'affaire ; toutefois, si le parcours est vaste, boisé ou vallonné, plusieurs passerelles et répéteurs pourraient s'avérer nécessaires, ce qui risquerait de rendre le système moins économique et moins robuste.
Lisez notre étude de cas client avec Renu Robotics pour voir comment ils ont choisi une méthode de communication sans fil pour leurs robots tondeuses pour champs solaires !
Surveillance des fuites d'eau dans les salles mécaniques des bâtiments
Une salle mécanique est un lieu intérieur, parfois situé sous terre où la couverture cellulaire peut être inexistante. Plusieurs capteurs seront nécessaires pour garantir que, quel que soit l'endroit où une fuite se produit, un capteur sera là pour la détecter. Nous voudrons garder les coûts bas puisqu'ils seront multipliés par le nombre de capteurs. Si la pièce est suffisamment compacte pour que tous les appareils se trouvent à portée radio d'une passerelle, une solution point à point telle que le module 802.15.4Digi XBee 3 en micro-empreinte convient parfaitement, car elle offre une couverture fiable et sans porteuse à faible coût et avec une faible complexité.
Lisez notre étude de cas sur le système de sécurité de l'eau d'Enolgas pour savoir comment ils ont choisi une méthode de communication sans fil pour leur solution de détection des fuites dans les maisons intelligentes.
Éclairage public municipal
Les lampadaires d'une ville sont généralement espacés d'une trentaine de mètres, et une ville peut en compter des dizaines de milliers. Tout ce qui est municipal est sensible aux coûts. Notre système de surveillance et de contrôle des lampadaires devra donc fonctionner avec un budget serré.
Dans ce contexte, une solution telle que Digi XBee Zigbeeou Digi XBee Wi-SUN permettrait de créer un réseau maillé, transmettant les messages d'un lampadaire à l'autre jusqu'à ce qu'ils atteignent leur destination. Certains lampadaires hébergeraient une passerelle, peut-être une par quartier, afin de transmettre des messages de contrôle et d'état via Internet ou le réseau IP privé de la ville. Les lampadaires disposent d'une alimentation suffisante, ce qui permet à chacun d'entre eux de servir de nœud de routeur Zigbee. Ainsi, en cas de défaillance d'une unité, le réseau sans fil peut facilement contourner le problème, offrant une solution robuste et peu coûteuse.
Lisez notre étude de cas client avec Sicom Electronics pour voir comment ils ont choisi une méthode de communication sans fil pour leur solution d'éclairage urbain intelligent.
Surveillance des appareils d'exercice pour les gymnases
Le contrôle des utilisateurs, l'enregistrement des séances d'entraînement et la surveillance de la maintenance apportent une valeur ajoutée aux membres tout en garantissant que les équipements fonctionnent quand ils en ont besoin. Les machines d'exercice étant généralement très proches les unes des autres et situées à l'intérieur, il s'agit d'une autre opportunité de réseau maillé. Les appareils de musculation ne sont généralement pas équipés d'une alimentation en air conditionné, de sorte que nos modules sans fil fonctionneront sur des piles qu'ils devront économiser.
La communication cellulaire pourrait fonctionner d'un point de vue technique, mais les changements fréquents de batterie et le coût généralement plus élevé de cette technologie font qu'elle n'est peut-être pas viable sur le plan économique. Une solution économe en énergie comme Digi XBee DigiMesh devrait ici s'avérer idéale. Les coûts seront faibles et les cycles de veille coordonnés offerts par DigiMesh peuvent permettre aux batteries de tenir plusieurs mois, tout en maintenant un réseau auto-réparateur sans câblage et ne nécessitant probablement qu'une seule passerelle.
Surveillance de la pression artérielle à domicile
Un système fourni par un hôpital pour mesurer la pression artérielle à domicile pourrait ressembler à un projet Zigbee ou même Wi-Fi - des protocoles largement utilisés pour la domotique. Cependant, lorsque la logistique est prise en compte, les choses deviennent plus complexes. Les patients âgés ou en mauvaise santé peuvent ne pas vouloir ou même être incapables de joindre de nouveaux appareils à leur réseau domestique. Dans l'idéal, notre solution permettra de communiquer de n'importe où, sans qu'aucune installation ne soit nécessaire.
Si vous pensez au cellulaire, nous le pensons aussi. Les coûts un peu plus élevés seront compensés par les avantages de l'absence d'installation et de la mobilité totale. La pression artérielle est mesurée rarement, lors de courtes sessions, et la consommation d'énergie plus élevée du cellulaire n'est donc pas un problème. En dehors des mesures quotidiennes, l'appareil sera généralement éteint. Enfin, comme la surveillance à domicile réduit les séjours coûteux à l'hôpital, le coût marginal supplémentaire du cellulaire est comparativement insignifiant. Voilà un excellent exemple de l'importance du contexte dans le choix d'une solution de communication sur IoT .
Vous avez besoin d'une assistance technique pour que votre conception cellulaire ou RF XBee soit prototypée, testée et prête pour la fabrication ? Les experts de Digi sont prêts à vous aider. Contactez notre équipe Wireless Design Services pour une consultation.
Foire aux questions sur les modems cellulaires et les modems RF
Quelle est la différence entre la communication RF et la communication cellulaire dans IoT?
La communication RF (radiofréquence) permet aux appareils de se connecter directement les uns aux autres dans un rayon défini, souvent à l'aide de protocoles tels que Zigbee, DigiMesh, Wi-SUN ou 802.15.4. La communication cellulaire, quant à elle, relie les appareils via l'infrastructure réseau d'un opérateur mobile, permettant ainsi une communication directe avec des services cloud via Internet.
Quand dois-je privilégier la communication cellulaire pour IoT plutôt que la radiofréquence ?
La connexion cellulaire est la solution idéale lorsque vos IoT ont besoin :
- Couverture étendue ou mondiale
- Grande mobilité (par exemple, véhicules ou équipements en mouvement)
- Connexion directe au cloud via IP
- Infrastructure locale minimale
Cela s'avère particulièrement utile dans des applications telles que le suivi d'équipements mobiles ou les dispositifs médicaux à distance.
Quels sont les avantages de la communication RF dans IoT ?
La communication par radiofréquence (RF) constitue un excellent choix — par rapport à la communication cellulaire, par exemple — lorsque vous avez besoin :
- Faible consommation d'énergie (longue autonomie de la batterie)
- Pas de frais de données récurrents
- Réduction des coûts matériels
- Fonctionnement fiable dans une zone locale délimitée
Les réseaux RF peuvent fonctionner de manière autonome sans dépendre d'infrastructures tierces, ce qui les rend rentables et évolutifs pour de nombreux déploiements.
Le RF ou le réseau cellulaire est-il le meilleur choix pour IoT alimentés par batterie ?
La radiofréquence (RF) est généralement plus adaptée aux appareils fonctionnant sur batterie, car elle consomme nettement moins d'énergie et prend en charge les modes veille qui permettent de prolonger l'autonomie de la batterie pendant des mois, voire des années. Les modules cellulaires consomment davantage d'énergie en raison de la communication à longue portée avec les antennes-relais.
IoT utilisant le réseau cellulaire ont-ils besoin d'un forfait de données ?
Oui. IoT cellulaires nécessitent généralement un forfait de données payant auprès d'un opérateur mobile, car ils s'appuient sur l'infrastructure de ce dernier pour transmettre des données. Même IoT à faible débit peuvent entraîner des coûts d'exploitation récurrents.
Faites appel à un fournisseur de solutions tel que Digi, qui propose des solutions complètes, y compris des forfaits de données, ainsi qu'une équipe de services de conception de réseaux sans fil capable de vous conseiller sur l'optimisation de l'utilisation des données.
IoT RF nécessitent-ils un accès à Internet ?
Pas nécessairement. Les réseaux RF peuvent fonctionner de manière autonome au sein d'un environnement local. Toutefois, si vous devez envoyer des données vers le cloud ou des systèmes externes, vous aurez besoin d'une passerelle pour assurer la connexion Internet.
Qu'est-ce qu'une passerelle dans un IoT RF ?
Une passerelle est un dispositif qui relie un réseau RF à des systèmes externes, tels qu'Internet. Elle recueille les données provenant des modules RF et les transmet à des plateformes cloud, et peut également renvoyer des commandes aux appareils.
Quelle est la solution la plus rentable : IoT par radiofréquence ou IoT cellulaire ?
La RF est généralement plus rentable car :
- Pas de frais mensuels liés à la données
- Réduction des coûts matériels
- Une plus grande autonomie de la batterie réduit les besoins d'entretien
La téléphonie mobile peut s'avérer coûteuse à long terme en raison des forfaits de données récurrents et d'une consommation d'énergie plus élevée.
Les réseaux RF sont-ils capables de s'adapter à IoT grands IoT ?
Oui. Les protocoles RF maillés tels que Zigbee, DigiMesh et Wi-SUN permettent aux appareils de se relayer mutuellement les messages, étendant ainsi la couverture du réseau au-delà de la portée d'un seul appareil et rendant possibles des déploiements à grande échelle.
Quels sont les cas d'utilisation courants de IoT RF par rapport à IoT cellulaire ?
La radiofréquence est idéale pour :
- Bâtiments intelligents et détection des fuites
- Surveillance industrielle dans les espaces confinés
- Éclairage intelligent et infrastructures urbaines
- Réseaux de capteurs en intérieur
Le réseau mobile est idéal pour :
- Biens mobiles (véhicules, robots)
- Appareils médicaux à distance
- Applications nécessitant une connectivité « plug-and-play »
- Systèmes nécessitant une intégration directe au cloud
Les réseaux cellulaires ou les réseaux RF sont-ils plus faciles à déployer ?
La technologie cellulaire est souvent plus facile à mettre en place, car elle nécessite une infrastructure minimale : il suffit d'un appareil et d'un forfait de données. Les systèmes RF peuvent nécessiter davantage de configuration, notamment l'installation de passerelles et la conception du réseau, mais ils offrent un meilleur contrôle et des coûts à long terme moins élevés.
Comment choisir entre la technologie RF et la technologie cellulaire pour mon IoT ?
Faites votre choix en fonction des exigences de votre projet :
- Optez pour la téléphonie mobile pour sa mobilité, sa large couverture et sa simplicité
- Utilisez la radiofréquence (RF) pour des réseaux à faible coût, à faible consommation d'énergie et localisés
La meilleure solution dépend de facteurs tels que l'environnement, la disponibilité de l'alimentation électrique, le budget et les besoins en matière d'évolutivité.
L'équipe des services de conception sans fil de Digi peut vous aider à choisir la solution la mieux adaptée à votre application.
Prochaines étapes
Note de la rédaction : Cet article a été initialement publié en octobre 2022, puis mis à jour en avril 2026.