Livre blanc extrait_inov360_infrastructures_et_reseaux_io_t_lpwa_au_service_des_villes_des_territoires_et_des_entreprises

Auteur : Guillaume Macaigne, INOV360, Directeur associé Décembre 2014
LIVRE BLANC
EXTRAIT
Les infrastructures et réseaux
Internet des objets « LP-WA »
au service des villes, des territoires
et des entreprises.

Livre blanc « Les infrastructures et réseaux IoT LPWA au service des villes, des territoires et des entreprises »
Copyright INOV360 2014 Décembre 2014 Page 2 sur 34
Remerciements
Afin de croiser les regards, d’apporter une vision juste de la réalité, de donner une photo exhaustive à un instant t, nous avons privilégié l’enquête qualitative et directe comme source d’information. Nous avons donc réalisé une trentaine d’entretiens avec les acteurs les plus actifs ou influençant dans le monde de l’internet des objets pour la ‘Smart City’ et la ‘Smart Industry’. Ainsi, INOV360 souhaite tout particulièrement remercier les entreprises, universités et leurs experts qui ont accepté d’y participer.
Ainsi un grand merci à
Michael André, M2M Product Manager, Sensus
Victor Arvidsson, Directeur stratégie & Marketing, Ericsson
Johan Bergman, 3GPP Delegate, Ericsson
Trond Are Bjornvold, VP M2M, Telenor
Robert Brunbâck, Chief Marketing Officer, Telenor
Patrick Dardoise, Directeur projet ARM, GrDF
Yannick Delibie, CTO, co-fondateur, Kerlink
Alain Désandré, Responsable Technique projet ARM, GrDF
Boris Dezier, VP Sales, Actility
Eric Dresselhuys, EVP Global Sales, Silver Spring Networks
Gaoke Du, Project Manager, Huawei
Philippe Faugeras, CEO, Webdyn
Christophe Fourtet, CTO, fondateur, SigFox
Will Franks, CEO, Senaptic Plextek
Eric Frotey, Senior product manager AMI&Software, Itron
Didier Guillot, Directeur Innovation, Sagemcom
Olivier Hersent, CEO & Founder, Actility
Bruno Humbert, Business development Manager, Sensus
Michel Jacquet, DG, Sensus
Michael Jolly, Senior Marketing Manager, Huawei
Thomas Kressin, Director Product Marketing, Itron
Thierry Lestable, Technology & Innovation Manager, SagemCom
Jon Lewis, Director Operations, Senaptic Plextek
Michel Liotard, M2M Solution Manager, Ericsson
Alain Louchez, Managing Director, Center for the Development and Application of Internet of Things Technologies (CDAIT), Georgia Institute of Technology, Georgia Tech Research Institute, Atlanta, US
Frédéric Luu, VP Sales and Marketing, Asia and EMEA, Digi International
Taïsei Miura, Chief Executive Officer, m2ocity
James Pace, Managing Director European Markets, Silver Spring Networks
Olivier Pauzet, VP Marketing and Market Strategy, Sierra Wireless
Benedict Peters, VP marketing, Neul
Joachim Sachs, Principal researcher M2M, Ericsson
Enrico Scarrone, ETSI SmartM2M Vice Chair, Telecom Italia
François Sforza, Marketing/Bizdev, fondateur de Cycleo, Semtech
Simon Trist, Product and Propositions Director, Arqiva

Table des matières

Table des illustrations

Pourquoi ce livre blanc ?
L'histoire enseigne que le progrès se propage par vagues. Homme politique et homme d’affaire, Al Gore a déclaré en 1995 : « Les nouvelles technologies qui renforcent la capacité de créer et de comprendre l’information ont toujours provoqué des changements spectaculaires dans la civilisation». Il est raisonnable de penser que les 20 prochaines années de la société du XXIème siècle seront façonnées par l’Internet des objets (IoT, Internet of Things) et le Big Data. Nous allons assister à des changements spectaculaires. François Sforza de Semtech l’affirme « 4 millions de capteurs sur 10 ans pour l’ensemble des applications et opérateurs M2M en France. L’IoT d’aujourd’hui : Nous parlons de 3 à 4 millions de capteurs pour une seule et même application. La donne a changé ».
Face à la concentration de la population, les villes et les territoires sont confrontés aux questions du vivre ensemble, de fracture sociale ou encore d’accès au travail, et, doivent répondre aux besoins accrus de ressources en eau ou en énergie, et de services comme le transport ou le logement. Le numérique et l’Internet des objets vont pouvoir les y aider, afin de faciliter l’accès au service et les prises de décisions. Les collectivités devront optimiser leurs infrastructures pour proposer de nouveaux services à l’échelle locale ou régionale. On parle de points de rencontre entre les évolutions technologiques et les évolutions sociétales, pour rendre les villes plus durables, plus attractives. L’enjeu, trouver l’alchimie. Les entreprises, quant à elles, vont devoir se démarquer par leur capacité à lancer des produits innovants. L’automobile, l’énergie, le transport, la logistique, la santé, la sécurité, l’agriculture, l’électronique grand public seront impactés… « On ne voit aujourd’hui que le début d’une gigantesque transformation sociétale et économique » nous dit Alain Louchez de Georgia Institute of Technology1, US. C’est un phénomène massif, inévitable et évolutif. La révolution numérique actuelle combinée à l’Internet des objets est en train d’offrir aux villes et entreprises des leviers de transformation, à la fois culturelle, organisationnelle et économique.
L’objectif de ce livre blanc est d’aider les villes, les territoires, les collectivités locales, les services de l’État et les entreprises à mieux comprendre le paysage actuel de l’Internet des objets (IoT) et son impact potentiel. Nous y évoquons les grands défis à venir pour les acteurs de l’IoT, l’état de l’art des technologies de télécommunication IoT LPWA, véritable révolution pour la filière télécom, les organismes de standardisation, les alliances. Nous terminons le livre par une projection vers le futur. L’idée est d’amener les villes, territoires, entreprises à se poser les bonnes questions lors de projets « smart ». En quoi l’Internet des objets au service des villes, des territoires, des entreprises peut-il être un accélérateur, un facilitateur ? Quelles applications ou services nouveaux puis-je créer grâce à l’IoT ? Comment en tirer de la valeur pour mon activité ? Quels sont les marchés impactés ? Quels sont les accélérateurs, les freins, les facteurs d’incertitude ? Où en est-on au niveau de la standardisation ? Quelles sont les technologies IoT disponibles ? Qui sont les principaux acteurs ? Y’a t-il un seul ou plusieurs IoT ? Pourquoi parle t-on de M2M d’un côté et d’IoT de l’autre ? Puis-je utiliser les réseaux GSM ? Pourquoi dois-je déployer un réseau dédié ? Aujourd’hui, que puis-je faire ? Pour certaines, nous y répondons. Pour d’autres, un livre blanc n’est pas suffisant. L’échange dans ce cas est à privilégier. Finalement, la principale question pourrait être : vous êtes une ville, une région, une entreprise, faut-il attendre ou s’engager maintenant dans l’Internet des objets ? Nous souhaitons vous donner quelques pistes pour y répondre.
1 Classée 1ère aux USA par US News et World Report en “industrial engineering et manufacturing” (domaine clé pour l’Internet of Things) - undergraduate et graduate levels

1. Transformation de notre société, une nécessité
Figure 1 - La transformation des villes, une nécessité – INOV360
Il ne nous a fallu que douze années pour un accroissement d’un milliard d’êtres humains sur la Terre fin 2000. Nous sommes aujourd’hui en 2015. Huit milliards seront atteint en 2025. Et 10 ans n’est rien à l’échelle d’une ville. L’Asie abritera plus de 65% de la population mondiale. En 2020, l'Inde comptera 275 millions de citadins de plus2, ce qui représente la population actuelle des États-Unis... La Chine, qui construit déjà l'équivalent en gratte-ciel d'un Chicago par an, dépassera le milliard d'urbains. Le risque est d’avoir de gigantesques corridors urbains. Plus de la moitié de la planète habite aujourd’hui en ville. 70% de la population mondiale vivra concentrée dans les espaces urbains d’ici à 2050, selon l’ONU. Les trois défis les plus importants pour les métropoles et mégalopoles seront : le réseau de transport, la gestion des déchets3 et la gestion énergétique. Les villes restent l’une des principales sources d’émission de CO2 et de gaspillage des ressources naturelles et énergétiques : gaz, pétrole, électricité. La consommation d’énergie mondiale a presque doublé en 40 ans depuis le développement économique de certains pays, comme la Chine. L’Europe a imposé aux 27 membres de fonctionner sur 80% de compteurs intelligents d’ici 2020, ce qui devrait permettre d’économiser l’équivalent de la consommation annuelle des secteurs résidentiels de l’Allemagne et l’Espagne réunis4. Par ailleurs, le nombre de voitures en circulation va atteindre le chiffre de 2 milliards en 2020, soit le double
2 Edito ÉRIC MEYE, Magazine Geo mois de mars 2011.
3 San Francisco a réussi à recycler 80 % de ses déchets.
4 Source capgemini.
Figure 2 – Enjeux sociaux et sociétaux majeurs – Monde (Source : Justyna Swat)

d’aujourd’hui. Il y a un vrai besoin de solutions nouvelles et radicalement différentes _au risque de bousculer les industries établies_ pour changer nos comportements d’une part et améliorer les déplacements urbains d’autre part. En 2050, il est plus qu’envisageable de penser que les centres des grandes villes seront réservés exclusivement aux piétons et mobilités douces. Les initiatives locales vont jouer un rôle déterminant dans la mise en place de nouvelles mobilités. Les villes doivent repenser et réaménager leur espace, mais pas uniquement... Coûts de la vie, emplois, optimisation des dépenses publiques, qualité de vie, santé, sécurité, insertion, mixité sociale, éducation, préservation de la biodiversité, risques climatiques, gestion des flux, transparence, modernisation et valorisation du patrimoine, on touche aux enjeux économiques, sociaux, environnementaux, de patrimoine et d’habitat et de gouvernance des territoires. Les villes vont devoir se transformer pour gagner en attractivité et durabilité.
1.1 Des villes engagées : transition urbaine ou mutation profonde ?
Figure 3 - La ville, au coeur des enjeux économiques et industriels – INOV360
Les villes se sont engagées pour répondre aux effets du changement climatique et risques naturels. Elles devront répondre à des cadres réglementaires en pleine évolution pour une meilleure protection de l'environnement. Par ailleurs, les modes de vie des habitants évoluent. Le numérique prend une place de plus en plus importante dans notre quotidien. Les jeunes d'aujourd'hui préfèrent leur téléphone portable à la voiture. On consomme différemment, on se déplace différemment, on travaille différemment. Le développement urbain devra prendre en compte, voire encourager l’évolution de nos comportements. Les méthodes d’hier ont d’ailleurs de plus en plus de difficultés à résoudre des problématiques urbaines d’aujourd’hui elles-mêmes de plus en plus complexes. La

conception des infrastructures, les services critiques de la ville vont devoir se renouveler. Les actions devront être plus transversales et collectives, notamment pour faire face à la crise budgétaire des collectivités. Les acteurs publics ne pourront plus agir seuls et doivent chercher de nouveaux acteurs pour répondre aux défis urbains de demain. Les villages, les petites ou moyennes villes sont aussi concernés avec un contexte différent, leurs objectifs étant de conserver écoles, commerces et emplois. Les territoires chercheront à mieux connaitre, prévoir, anticiper pour une meilleure gestion des risques. La ville, ses fournisseurs, ses partenaires devront mesurer, intégrer, et analyser plus vite, mieux, prenant en compte une multitude des variables. Ils devront être capables de prendre la bonne décision au bon moment avec la bonne information. La ville de demain devra être durable, humaine, citoyenne, inclusive, collective. Elle sera numérique, en réseau, résiliente et pluridisciplinaire. La ville devra être ouverte, compétitive et attractive. Tous les domaines de la ville vont devoir se transformer. Les filières transports, déchets, énergie, éclairage, parking, eau, bâtiments sont déjà dans cette démarche. On peut citer quelques transformations fondamentales dans la manière de gérer les grands systèmes urbains, notamment par la filière transport avec l’apparition des véhicules et vélos en libre service, en covoiturage, tels qu’Autolib, Velib, Blablacar, Bluely, Velov, Autobleue, Zipcar. D’autres filières vont devoir démarrer cette transformation, la santé, l’agriculture, la qualité de vie et environnement, l’éducation (universités, écoles) et culture, centres administratifs, bâtiments publics, gares et aéroports…
1.2. La ville durable de demain
1.2.1 Tour de contrôle ou chef d’orchestre ?
La ville durable sera un écosystème. Le fonctionnement d’aujourd’hui n’est plus adapté pour répondre aux défis urbains de demain. Il va devoir évoluer. Les actions devront être transverses et collectives. Aujourd’hui, des mini tours de contrôle, centres de décision par filière appelées cockpit de pilotage, existent ; nous en avons une pour l’eau, une pour les déchets, une autre pour la gestion des parkings, le transport, l’éclairage… Leur autonomie de fonctionnement doit être préservée. Mais ces mini tours de contrôle doivent se réinventer. Elles doivent s’ouvrir, fonctionner en réseau. Elles doivent se connecter à certaines des autres filières pour un fonctionnement optimal sur le territoire concerné. La ville peut coordonner, assurer l’animation, garantir cette communication croisée, entre les centres nerveux, « les synapses » ou par paires de services. Elle en assurera l’interconnexion et mettra de la fluidité. La ville sera dans la
Figure 5 – Aujourd'hui, tours de contrôle autonomes - INOV360
Figure 4 - Développer la vision transverse de la ville – INOV360

coordination plutôt que sur la commande. La ville de demain devra être un facilitateur. Elle va devoir inventer une nouvelle façon de fonctionner avec ses partenaires, une nouvelle manière de gouverner et ce de manière collective. Elle devra jouer un rôle de catalyseur. Elle sera une plateforme urbaine pour favoriser le travail collaboratif. Il existera nécessairement des niveaux de granularité d’informations différents entre les centres nerveux et la ville elle-même, et donc des niveaux de responsabilités différents aussi. Les données produites issues des synapses devront créer de la valeur, devront relancer le tissu économique. La ville aura la vision globale et consolidée de son territoire, à la frontière du métier d’opérateur global métropolitain. On parlera plus volontiers de « ville chef d’orchestre ». Le chef d’orchestre s’efface pour mettre en avant ses musiciens, la ville chef d’orchestre s’efface pour mettre en avant ses citoyens et ses entreprises et leur garantir un mieux vivre, l’épanouissement d’un musicien dans un orchestre.
1.2.2. Des villes en mouvement : « notion de
villes agiles »
[Pour découvrir la suite, téléchargez l’intégralité du Livre Blanc]
Figure 6 – Demain, La ville chef d'orchestre - INOV360

1.3. L’entreprise, acteur de cette transformation
1.3.1. Google, Apple, Blablacar, Tesla, Zipcar, Bolloré : l’arrivée de néo-acteurs urbains
1.3.2. Un monde industriel organisé et bousculé par des acteurs rapides, ouverts et agiles
1.3.3. « L’Industrial-IoT »

2. L’internet des objets, une révolution, de quoi parle t-on ?
« M2M is like your mobile phone connection, while IoT is Facebook, Google, and all the apps you use on your PC or phone. With IoT, developers no longer need to do the equivalent of inventing the iPhone every time they want to create an app », résume Machina Research. D’autres disent que l’internet des objets est au M2M ce que les applications sur smartphones sont aux sites mobiles wap de 1ère génération. En fait, de nombreuses définitions scientifiques et grand publics de l’Internet des objets coexistent. Deux méritent d’être évoquées.
Celle au sens de la commission européenne, l’internet des objets est : « Une infrastructure réseau dynamique et mondiale, avec des capacités d’auto-configuration, basée sur des standards/normes et des protocoles de communications interopérables, où les « choses » physiques et virtuelles ont des identités, des attributs physiques et des personnalités virtuelles, utilisant des interfaces intelligentes, et sont intégrées de manière transparente dans le réseau d’information ».
Une autre définition existe, moins officielle mais tout aussi pertinente, qui est une expression née au États-Unis pour décrire simplement quelque chose de fondamental qui est en train de se passer, à savoir l’émergence d’un phénomène de fond : L’IoT existe par « the arrival of things (as in “anything”) in the communications space that will change forever the way we interact both in our personal and professional lives », nous dit Alain Louchez du Georgia Institute of Technology. On parle d’arrivée d’objets qui ne sont pas conçus à la base pour être dans un espace de communication. Avec la notion d’objets au sens large, Christophe Fourtet de Sigfox va même à évoquer la notion « d’objets abandonnés sur lequel l’humain n’aura plus d’emprise ». Didier Guillot de SagemCom parle de la « mise en communication d’objets naturellement isolés ».
2.1. Les référentiels web et mobile dépassés

Figure 7 - Le marché M2M et IoT en 2020 – INOV360
2.2. Une multitude de segmentations possibles

3. L’arrivée du LPWA, réseau dédié pour l’internet des objets
Figure 8 - La jungle des protocoles radio IoT – INOV360
Il existe de très nombreux protocoles radio permettant de faire communiquer des objets. Cela dépend notamment de la distance à couvrir ou du niveau d’énergie nécessaire pour faire fonctionner un capteur. Parmi la multitude de possibilités, nous proposons de les trier en fonction d’une part de leur capacité à fonctionner sur bandes libres ou licenciées et d’autre part de leur capacité à transmettre plus ou moins loin. Les spécialistes parlent alors de :
- LP-PA, Low-Power Personal Area (Network), pour les réseaux de très grande proximité, sur soi et autour de soi, inférieur à 1 mètre. Adapté aux applications de type « wearables devices ».
- LP-LA, Low-Power Local Area pour les réseaux résidentiels, entre 1 et 10m (Home Area Network) et entre 10 et 100m (Local Area Network). Adapté aux applications de type maison intelligente « smart home », poussé par les Alliances AllSeen (Panasonic, Qualcomm, HTC, orientée open source), OIC (IBM, Cisco), Thread (Google), et IIC (AT&T, IBM, Cisco, Intel).
- LP-WA, Low-Power Wide-Area, pour les réseaux étendus : transmettant qu’un faible volume de données par message sur des distances supérieures à 100m jusqu’à des dizaines de kilomètres en champs libres, issues de capteurs consommant très peu énergétiquement. On peut parler aussi de « 0G » (ou ZeroG). Fait de partenariats de gré à gré. Alliance globale en construction.

3.1. Le LPWA fait naitre de nouvelles perspectives

3.2. Le LPWA, révolution ou évolution des réseaux télécom ?

3.2.1. Des technologies LPWA prometteuses

3.2.2. La filière télécom s’organise en ordre dispersé

3.3. Le LPWA sur bandes libres ou sur bandes licenciées ?

3.4. Le pragmatisme des industriels face au LPWA

3.5. Les limites actuelles du LPWA

3.6. Les États-Unis et l’Asie rattrapent l’Europe sur le LPWA

4. Le LPWA, une course contre la montre pour répondre aux besoins des villes et entreprises

5. Conclusion
Par : Guillaume Macaigne
Directeur associé INOV360
L’intégralité du Livre Blanc est disponible à l’adresse http://www.inov360.com/blog/livre-blanc-reseaux-iot-lpwa/
Copyright INOV360, 2014. Tous droits réservés.
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A propos d’INOV360
Inov360, cabinet de conseil, accélérateur d’innovation et de business, expert français Smart City, Internet des objets, nouvelles mobilités, véhicules connectés, est née de deux convictions acquises sur le terrain par son fondateur, ces dernières années :
 la révolution numérique offre sans cesse des opportunités nouvelles d’améliorer et de réinventer les produits, les services et les entreprises elles-mêmes. Cette révolution est un mouvement permanent, entretenu par des vagues successives d’innovations et de transformations, qui ne laissent pas de place à l’immobilisme. C’est un mouvement qu’il est préférable d’anticiper et d’accompagner, plutôt que de le subir,
 pour réussir à innover et tirer profit de cette révolution numérique, les entreprises ou les collectivités doivent rassembler des ingrédients de plus en plus nombreux, de plus en plus vite. Pour une plus grande efficacité, elles peuvent trouver ces ingrédients à l’intérieur mais aussi à l’extérieur de leur propre organisation.
Que vous soyez un grand groupe, une collectivité ou une start-up, Inov360 vous propose une équipe de professionnels de l’innovation capable de vous accompagner sur l’ensemble du processus d’étude, d’élaboration, de lancement et de déploiement de produits, services ou activités innovants, au côté de vos propres équipes. L’analyse stratégique, l’étude de marché, l’apport d'expertise ou étude de faisabilité, le développement d'activités innovantes, le business développement, le lancement de produits ou services innovants, la construction d'alliances, la réalisation et évaluation de business plan et de due diligence, l’assistance à maitrise d’ouvrage et le pilotage projet, ou encore la gestion du changement en font partie.
Nous intervenons aujourd’hui sur les domaines à forts enjeux et en forte évolution, sur lesquels nous nous sommes spécialisés : la ville intelligente dite ‘agile’, les réseaux intelligents, le M2M et l’internet des objets, les nouvelles mobilités, les véhicules connectés, le Big Data et la transformation digitale des entreprises et collectivités. L’eau, les déchets, l’énergie, le bâtiment, l’éclairage, le transport, l’automobile, la mobilité, la logistique, l’agriculture, la santé, les télécom sont tous impactés par ces sujets aujourd’hui. Ils font partie des secteurs que nous connaissons bien grâce à l’expérience de nos directeurs, de nos responsables de missions, experts et consultants.
Notre ADN : expérience, pragmatisme, compétences, NTIC, réseau et passion pour vous apporter les catalyseurs et les ingrédients nécessaires au renforcement et à l’accélération de votre capacité d’innovation et de business.

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