Le guide du Machine to Machine

Ce guide est votre premier pas pour découvrir le monde des objets connectés. Vous allez comprendre tous les rouages de la technologie M2M pour démarrer votre projet sur les chapeaux de roues.

A la fin de votre lecture, vous saurez comment une architecture M2M fonctionne d’un point de vue global, les différentes connectivités du marché ainsi que les applications potentielles possibles grâce au M2M.

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Chapitre 1

Qu’est-ce que le M2M ?

Le M2M, Machine to Machine, est le terme pour décrire les technologies utilisées par les machines afin de communiquer entre elles, sans intervention humaine directe.

Image en attente

Un exemple caractéristique du M2M serait la télémétrie, l'une des premières utilisations : depuis des années, les entreprises utilisent cette technologie pour monitorer à distance des objets industriels, en remontant des données comme la température, la consommation d'énergie, l'humidité ou la pression par exemple à un serveur distant.

Objectifs et usages - à quoi sert le M2M ?

Le M2M permet l’automatisation des tâches, indispensable au développement de la Smart City, de l’industrie 4.0 et de la robotique ou encore de la réduction de la consommation énergétique.

Le but du Machine to Machine est de délester la charge de travail humaine d’un nombre d’actions et de vérifications redondantes et répétitives, tout en diminuant le nombre d’erreurs.

Marché - que représente le M2M ?

Le nombre de connexions entre objets fera plus que doubler entre 2019 et 2025[1], portant le nombre total de terminaux connectés à près de 25 milliards.

Au sein de ce marché, le choix du cellulaire est de plus de 16% par an, portant à plus de 3,7 milliards le nombre d’objets connectés en cellulaire en 2025[2].

Rien qu’en France, les cartes M2M ont progressé de 12,7 à 22,4 milliards[3] sur les quatre dernières années et ce malgré la crise sanitaire.

Cette croissance est notamment dopée par les récents progrès technologiques autour de la connectivité cellulaire basse consommation (LTE-M et NB-IoT).

Avant le M2M - le système SCADA

Depuis les années 60, des architectures dites SCADA (de l’anglais Supervisory Control And Data Acquisition) ont été développées pour rassembler, sur une unité de lieu, des remontées d’informations et actions à distance.

C’est particulièrement le cas pour de grandes installations industrielles, comme des centrales électriques, chimiques ou hydrauliques. Il s’agit de pouvoir, par exemple, fermer à distance une vanne sur un barrage électrique lorsqu’une avarie est détectée, et ce sans envoyer un technicien sur place.

La logique du système SCADA n’a pas vocation à supprimer l’arbitrage humain, qui reste au centre de la prise de décision. Ces architectures ont été créées avant la généralisation de l’informatique. Elles sont peu à peu vouées à être remplacées par le M2M, lui-même enrichi dans un futur proche par l’intelligence artificielle.

IoT et M2M : quelles différences ?

M2M

Les solutions M2M fonctionnent dans des environnements clos, sur un usage souvent mono-tâche. Ils ont peu de contact avec le monde extérieur.

C’est pour cela qu’on les appellent également Intranet of Things.

Le M2M a été utilisé au fil des décennies comme technologie standard de télémétrie, avant même l'invention d'internet.

IoT

Le concept de l’IoT se base sur les briques technologiques déjà posées par le M2M.

Il se sert de la connectivité non seulement pour permettre la communication entre une flotte de machines du même type, mais aussi pour unifier des dispositifs et des systèmes différents dans le but de fournir des applications riches et complexes.

Ces applications se caractérisent par un traitement des événements et une analyse des données poussée reposant sur les plateformes de cloud computing.

Enfin, la révolution de l’IoT n’est pas seulement technologique. Les business models des entreprises ont radicalement changé.

Grâce à Internet, on a vu fleurir des startup avec un modèle XaaS : anything as a service.

Ce modèle conçoit un produit physique comme un outil de génération de données que l’on peut commercialiser : on n’achète plus un produit mais un service avec un abonnement.

Visuel IoT VS M2M

M2M vs IoT

Le tableau ci-dessous dresse un comparatif technique des différences structurelles entre le M2M et l'IoT[4].

M2M

IoT

Application principale

Un capteur dédié à une application spécifique (capteur de présence pour une alerte intrusion)

Les applications peuvent être beaucoup plus complexes car reposant sur de multiples types de capteurs et de données

Architecture

Rigide et peu évolutive

Flexible et évolutive

Vitesse d'exécution

Définie en amont

Définie à la demande

Secteurs économiques

Applications pour des usages verticaux et niches

Fait interagir des secteurs et sources de données différents

Type de données

Données contextualisées

Données hétérogènes et sémantiquement diverses

Traitement des données

Besoin de données structurées

Recours possible à des données peu ou non traitées

Scalabilité

Croissance des connexions et de la masse de données stable et prévisible

Croissance imprévisible générée par l’interaction des réseaux et usages

Droit

Propriété des données établie

Propriété des données souvent floue

Business model

Vente de produit

Vente de service/abonnement

SCADA, M2M, IoT : l'évolution

Pour illustrer les différences entre SCADA, M2M et l'IoT, imaginons une fuite d’eau d’un réseau de canalisation d’une grande ville :

icone fuite d'eau

Avant SCADA
la fuite est remarquée par un habitant ou un technicien, la vanne est fermée manuellement

icones signalement

SCADA
la diminution du débit d’eau est signalée à la centrale, le chef de service prend la décision de fermer la vanne à distance

icones automatisation à distance

M2M
lorsque le débit d’eau diminue en deçà d’un certain seuil, la vanne se ferme automatiquement, sans intervention humaine

icones verification des paramètres

IoT
la diminution du débit d’eau entraîne non seulement la fermeture de la vanne mais aussi la vérification des paramètres de dizaines d’autres capteurs sur des réseaux et systèmes différents

Comme nous pouvons le voir, le temps de réaction à une avarie se contracte de quelques heures (ou jours) au début du siècle à quelques secondes aujourd’hui.

Chapitre 2

Comment fonctionne le M2M ?

Avant de se lancer dans la création d’une solution M2M, il faut tout d’abord comprendre comment elle fonctionne d’un point de vue technique.

Cette partie va vous guider pas à pas pour comprendre l’architecture d’une solution M2M en trois strates.

Visuel comment fonctionne le M2M

Architecture : les trois couches de base

Une architecture M2M est essentiellement composée de trois strates[5] :

  • Area network les capteurs, qui peuvent communiquer entre eux, et c’est ce que l’on appelle le M2M.

  • Communication network les capteurs envoient leurs données sur le réseau internet via un gateway M2M.

  • Application une autre machine consulte via les données mises à disposition par un serveur M2M.

Exemple : la logistique est l’un des secteurs pionniers de l’utilisation du M2M, afin de tracer précisément les colis, suivre les stocks, éviter les collisions entre machines autonomes. L’ensemble des machines de l’entrepôt communiquent pour éviter d’envoyer deux fois le même colis ou l’inverse.

Focus sur la connectivité

Les communications Machine to Machine peuvent être effectuées via différentes technologies, selon l’usage et les contraintes (débit, portée, autonomie des batteries, etc…).

Les technologies utilisées dans le M2M peuvent être divisées en cinq grandes familles selon leur portée :

  • WAN (Wide Area Network) : un réseau de plusieurs dizaines de kilomètres carrés

  • LPWAN (Low Power Wide Area Network) : réseau de plusieurs dizaines de kilomètres carrés mais utilisant peu d’énergie (car peu de bande passante)

  • PAN (Personal Area Network) : le réseau de quelques mètres (Bluetooth)

  • LAN (Local Area Network) : le réseau Internet privé de votre domicile ou de votre entreprise (Wifi)

  • Satellite : partout dans le monde mais ne fonctionne pas sous terre

Visuel liste des reseaux IoT et leurs applications

Selon l’usage, l’une ou l’autre ou une combinaison de ces technologies sera déployée :

  • le RFiD (PAN) pour un pass de métro

  • le Wifi (LAN) pour un réseau domestique

  • le cellulaire (WAN) pour une voiture connectée

  • le LTE-M (LPWAN) pour un dispositif d'alerte dans un ascenseur

Historiquement, les communications M2M reposent souvent sur la technologie cellulaire (2G, 3G, 4G et 5G), avec une carte SIM particulière appelée carte SIM M2M. En effet, celle-ci permet le roaming (communication entre des terminaux localisés dans deux pays différents), la voix, les SMS, d'importants débits et une couverture sur 90% de la planète.

Selon l’ARCEP (Autorité de régulation des communications électroniques et des postes), le réseau cellulaire est la technologie à privilégier dans le domaine du Machine to Machine : " seul le réseau mobile permet de répondre aux besoins de connectivité permanente en situation de mobilité nationale voire d’itinérance internationale."

Pour aller plus loin : Le guide complet pour connecter vos objets IoT avec la carte SIM M2M.

Chapitre 3

Les applications principales du M2M

Le Machine to Machine pénètre l’ensemble des secteurs de la vie économique et quotidienne.

Toutefois, il est intéressant de faire un focus sur quatre domaines principaux qui sont les plus avancés dans le M2M.

Visuel les applications principales du M2M

Sécurité

La technologie M2M apporte un avantage indéniable dans le domaine de la sécurité des biens et des personnes. Elle permet de mieux superviser les machines, d’anticiper les accidents matériels et humains. Voici certains cas d’usage :

  • sécurité des employés : les employés isolés sont équipés d’un système d'alerte ou d’un détecteur de chute afin d’éviter qu’ils soient en danger.

  • sécurité des bâtiments : des alarmes incendies connectées permettent d’alerter les pompiers en cas du déclenchement d’un feu sur votre lieu de travail.

  • sécurité des proches : si une personne âgée vit seule et qu’elle se blesse, un boîtier de téléassistance enverra automatiquement un message aux secours.

Pour aller plus loin : Solutions de connectivité des professionnels du BTP et de l'immobilier.

Transports

Du transport du quotidien au convoi exceptionnel, en passant par l’aérien, le M2M est déjà bien installé dans le domaine des transports où il a déjà disrupté grand nombre de services. Les flottes professionnelles équipées de capteurs et GPS permettent de localiser les véhicules en temps réel, d’optimiser automatiquement leurs trajets, d'anticiper les pannes et les actions de maintenance.

Pour les services de transport individuel (Uber) qu’ils soient composés de trottinettes, vélos ou voitures avec chauffeur, les interactions entre machines optimisent l’utilisation du service sans intervention humaine.

En ce qui concerne le transport maritime, les balises préviennent automatiquement le client ou le transporteur d’un retard, changement de route ou bien d’une avarie (choc, changement de température pour des produits frais, ouverture non autorisée du conteneur).

Pour aller plus loin : Asset Tracking et IoT : tout comprendre de A à Z.

Industrie 4.0

Le M2M tient une place toute particulière au sein du développement de l’industrie 4.0. Ce terme désigne l’alliance des technologies numériques, de l’IoT, de la robotique et de l’intelligence artificielle pour produire mieux (produits personnalisés, plus sûrs, fabriqués plus rapidement) avec moins (moins de coûts, d’intrants et de déchets).

Dans certains centres Amazon, les commandes sont déjà partiellement prises en charge par des robots[6]. Le délai de préparation est divisé par deux. Les machines communiquent entre elles pour éviter les collisions, mais sont aussi en permanence connectées à l’inventaire et optimisent les regroupements par destination.

Le M2M intervient dans l’ensemble de la chaîne de production : des commandes automatisées à la maintenance prédictive des machines, en passant par la sûreté des travailleurs.

Santé

Le M2M au sein des applications médicales de l’IoT est particulièrement porteur car au-delà de réduire les coûts de gestion du système de santé, il améliore considérablement le suivi des patients et leur prise en charge. Les principaux usages du M2M au sein de la santé sont le suivi à domicile, l’assistance, la télémédecine ou encore des dispositifs d’alerte. Un patient suivi pour un cancer peut ainsi :

  • réduire le nombre de ses hospitalisations grâce à des consultations à distance

  • avoir un suivi plus régulier (voire continu) de son état et ce par des professionnels de santé différents (médecin, infirmier, spécialiste)

  • bénéficier d’une adaptation du traitement quasiment au jour le jour en fonction des ses résultats

D’autres applications liées au tracking sont également implémentées à l’hôpital, afin de connaître en temps réel l’inventaire et la localisation des stocks (médicaments, machines, dispositifs médicaux).

Agriculture

Dans le smart farming, le M2M est particulièrement utile pour épargner du temps à l’agriculteur et combler le manque de main d'œuvre.

Les gains peuvent être colossaux pour la surveillance des troupeaux (des colliers connectés alertent en cas de comportement inhabituel) ou la sécurisation des parcelles.

Le M2M permet aussi de diminuer les intrants (engrais, pesticides) et l’irrigation, tout en optimisant le rendement des cultures.

Dans les exploitations agricoles isolées, le recours à la connectivité cellulaire (cartes SIM M2M) prend tout son sens.

Pour aller plus loin : Smart Agriculture : Intelligente, collaborative et durable.

Smart city

La smart city sera l’une des plus demandeuses d’IoT et de M2M dans les prochaines années. Afin de gérer l’ensemble des grandes infrastructures urbaines (transports, sécurité, eau, déchets…) et surtout de les faire communiquer entre elles. Quelques exemples concrets d’applications M2M dans la ville intelligente :

  • les routes intelligentes doivent permettre de fluidifier le trafic en ajustant en temps réel la durée des feux rouges, sans intervention humaine.

  • les capteurs situés dans les canalisations doivent automatiquement bloquer la distribution en cas de substance nocive détectée, ou de fuite.

  • l’arrosage automatique des parcs et jardins publics doit se faire uniquement en cas de besoin, signalé par des capteurs d’humidité dans le sol, afin de diminuer la consommation d’eau.

Pour aller plus loin : Smart City et IoT en 2021 : état des lieux.

Sources