Un réseau mioty de smart city est un réseau radio unique, dont la ville est propriétaire ou qu’elle fait exploiter sous contrat, qui achemine les mesures de milliers de capteurs sur batterie dans toute l’agglomération : places de stationnement, conteneurs à déchets, stations de qualité de l’air, compteurs d’eau, capteurs de niveau des cours d’eau. Quelques dizaines de stations de base installées sur des toits et des poteaux reçoivent ces mesures et les transmettent à un logiciel où chaque service voit la partie qui le concerne. mioty est une norme radio longue portée et basse consommation conçue pour un très grand nombre d’appareils, ce qui correspond exactement au problème que rencontre une ville dès qu’elle va au-delà de son premier projet pilote.

La plupart des villes lancent leurs projets de ville intelligente un service à la fois. Le service du stationnement achète des capteurs dotés de leur propre réseau et de leur propre application, celui des déchets achète des capteurs de remplissage avec un autre, et le service environnement exploite un troisième système pour la qualité de l’air. Cinq ans plus tard, on se retrouve avec trois réseaux, trois contrats et trois identifiants, et personne ne peut rapprocher un passage souterrain inondé des relevés de pluie qui l’annonçaient. Un réseau partagé évite cet éclatement.

L’essentiel

  • mioty est une technologie radio longue portée normalisée par l’ETSI qui découpe chaque message en salves courtes, ce qui permet à un très grand nombre de capteurs de partager la même bande.
  • Un seul réseau mioty à l’échelle de la ville peut transporter à la fois des capteurs de stationnement, de déchets, d’environnement et de comptage, car chacun n’envoie que des messages courts et ponctuels.
  • En ville, le nombre de stations de base est généralement dicté par la couverture (rues, sous-sols, parkings souterrains) bien avant de l’être par la capacité.
  • Le volet logiciel compte autant que la radio : sur une infrastructure partagée, chaque service a besoin de ses propres vues, de ses propres règles et de ses propres destinataires d’alarmes.

Que peut surveiller un réseau mioty dans une smart city ?

Tout ce qui produit de temps en temps une petite mesure et fonctionne sur batterie correspond au profil. En ville, les candidats typiques sont :

  • l’occupation des places de stationnement, grâce à des capteurs encastrés dans la chaussée ou collés à sa surface
  • le niveau de remplissage des conteneurs à déchets, des colonnes à verre et des corbeilles publiques
  • la qualité de l’air, le bruit et la température au niveau de la rue
  • les compteurs d’eau, de chaleur et de gaz des bâtiments municipaux et des logements
  • le niveau d’eau des rivières, des réseaux d’eaux pluviales et des passages souterrains
  • l’état ouvert ou fermé des portails, des trappes et des portes de locaux de pompage

Leur point commun, c’est le profil des messages. Un capteur de stationnement envoie un message à l’arrivée ou au départ d’une voiture, peut-être 20 à 40 fois par jour. Un capteur de remplissage de conteneur peut envoyer un message toutes les heures. Un compteur, toutes les heures ou une fois par jour. Chaque message fait quelques octets. Aucun n’a besoin d’une connexion rapide, et tous doivent fonctionner des années sans que personne ne monte sur une échelle.

La valeur vient de ce que les services font de ces mesures. La collecte des déchets est l’exemple classique. Une ville qui vide 1 200 conteneurs sur une tournée hebdomadaire fixe passe devant chaque conteneur, qu’il soit plein ou presque vide. Avec les mesures de remplissage, la tournée peut se limiter aux conteneurs remplis au-delà de 70 %, par exemple, et à ceux qui dépasseront ce seuil avant le passage suivant. Les mesures de stationnement alimentent les panneaux de guidage et les applications qui affichent les places libres rue par rue. Les capteurs de niveau des rivières et des réseaux d’eaux pluviales donnent l’alerte avant qu’un passage souterrain ne soit inondé. Les mesures de qualité de l’air et de bruit montrent quelles rues dépassent les seuils locaux et à quels moments, ce qui compte pour la planification du trafic et pour répondre aux plaintes des habitants avec des données.

Ce qui ne convient pas, c’est tout ce qui exige un débit élevé. La vidéo, l’audio en direct et la gradation de l’éclairage public avec réponse instantanée relèvent d’autres réseaux, comme la fibre, le Wi-Fi ou une connexion mobile.

Si mioty convient à ce profil, c’est grâce à une technique appelée telegram splitting. Un appareil mioty découpe chaque message en de nombreux sous-paquets très courts et les envoie à des moments différents sur des fréquences différentes. La station de base reconstitue le message même si jusqu’à la moitié de ces sous-paquets sont perdus à cause d’interférences, ce qui est utile en ville, où la bande libre des 868 MHz est partagée avec des systèmes d’alarme, des télécommandes, des compteurs et d’autres réseaux. La norme correspondante est l’ETSI TS 103 357, issue de travaux du Fraunhofer IIS.

Combien de stations de base mioty faut-il pour une smart city ?

Commencez par la capacité, car la question se règle vite. Les chiffres publiés par le Fraunhofer IIS et la mioty Alliance vont jusqu’à 110 000 terminaux par station de base et jusqu’à 3,5 millions de messages par jour et par station de base, pour de petites charges utiles envoyées environ une fois par heure. Ce sont des chiffres du protocole ; les réseaux réels se situent en dessous.

Pour une ville moyenne, avec des nombres d’appareils et des intervalles donnés à titre d’exemple, la charge se présente ainsi :

Type de capteur Appareils Messages par appareil et par jour Messages par jour
Places de stationnement 2 500 30 75 000
Conteneurs à déchets 1 200 12 14 400
Qualité de l’air et bruit 150 144 21 600
Compteurs municipaux 400 24 9 600
Capteurs de niveau d’eau 60 96 5 760
Total 4 310 126 360

Ce total représente moins de 4 % de la capacité nominale d’une seule station de base : le nombre de stations de base dépend donc de la couverture.

La portée annoncée par le protocole est d’environ 2,5 km par station de base, mais les villes regorgent d’obstacles qui la réduisent : béton, acier, voitures garées au-dessus des capteurs de stationnement encastrés, couvercles métalliques des conteneurs à déchets et compteurs installés en sous-sol. Si vous tablez sur un rayon effectif de 1 km dans le centre dense, chaque station de base couvre environ 3 km². Un cœur de ville de 30 km² demande alors une dizaine de sites avant recouvrement, et dans la pratique les planificateurs prévoient du recouvrement pour que la plupart des capteurs soient entendus par deux stations de base. Cette redondance maintient le flux de mesures quand un site perd son alimentation ou qu’une grue bloque une ligne de visée pendant un mois.

Les bons emplacements sont ceux que la ville maîtrise déjà : toits d’écoles, de casernes de pompiers et de mairies, châteaux d’eau, et candélabres disposant d’une alimentation électrique. Chaque station de base a besoin d’une alimentation et d’une connexion de collecte (backhaul), qui peut passer par la fibre, l’Ethernet ou une liaison de données mobile. Une campagne de mesures radio avec des appareils de test aux emplacements les plus difficiles, comme un parking souterrain, un local de comptage en sous-sol ou une place de stationnement au niveau de la rue, vous en apprend davantage que n’importe quelle carte de couverture. Notez la puissance du signal à chaque point de test, car ces valeurs serviront de référence le jour où un capteur commencera à manquer des envois.

Les capteurs de stationnement encastrés demandent leur propre test. Ils affleurent l’enrobé, si bien que leur antenne pointe vers le ciel et passe une bonne partie de la journée sous le plancher en acier d’une voiture. Un capteur qui atteint facilement une station de base depuis une place vide peut peiner dès qu’une camionnette se gare dessus. Installer les stations de base plus haut, pour qu’elles regardent la rue en plongée plutôt qu’en travers, aide généralement davantage qu’augmenter la puissance d’émission, de toute façon plafonnée par la réglementation.

Le réseau a aussi besoin d’un responsable. Quelqu’un doit gérer les contrats des stations de base, maintenir leur logiciel à jour, remplacer une unité en panne et décider quel service peut ajouter quels appareils. Les villes confient généralement ce rôle à leur direction informatique, à une régie municipale ou à un prestataire sous contrat de service. Comme les batteries des capteurs sont souvent annoncées pour 10 ans ou plus, il est logique de concevoir le réseau pour durer au moins aussi longtemps, y compris de désigner qui organisera le remplacement des batteries quand le premier grand lot de capteurs arrivera en fin de vie.

mioty vs LoRaWAN pour une smart city

LoRaWAN est le choix le plus connu pour l’IoT urbain : c’est donc la comparaison qui s’impose.

L’atout de LoRaWAN, c’est son écosystème. Il existe beaucoup plus de modèles de capteurs LoRaWAN, de nombreuses villes disposent déjà de passerelles LoRaWAN issues de projets antérieurs, et dans certains pays des opérateurs ou des communautés exploitent des réseaux LoRaWAN publics. Si un service a besoin d’un capteur précis dès demain, il y a de bonnes chances qu’une version LoRaWAN existe.

L’atout de mioty, c’est la densité et la robustesse. Le telegram splitting a été conçu pour qu’un très grand nombre d’appareils puissent partager une bande sans que leurs messages se détruisent mutuellement, et il résiste mieux aux interférences dans un spectre encombré. mioty est aussi une norme ETSI à part entière. La contrepartie est un catalogue d’appareils plus restreint et plus récent : pour chaque type de capteur prévu, il faut donc vérifier qu’une version mioty existe avant de figer la conception du réseau.

Beaucoup de villes exploiteront les deux. Un réseau mioty pour les capteurs à forte densité et longue durée de vie, comme les compteurs et le stationnement, à côté des passerelles LoRaWAN existantes pour les capteurs spécialisés, est une architecture raisonnable, à condition que les données aboutissent au même endroit plutôt que dans deux systèmes séparés.

La décision se prend au mieux type de capteur par type de capteur. Listez chaque type de capteur prévu avec son nombre attendu, son intervalle d’envoi et son emplacement de pose. Les types qui se comptent par milliers, envoient souvent ou se trouvent à des emplacements difficiles sont de bons candidats pour mioty, à condition qu’une version mioty existe. Les types qui se comptent par dizaines et mesurent une grandeur spécialisée, comme un gaz particulier ou un capteur structurel sur un pont, n’existent souvent qu’en LoRaWAN, et ce n’est pas un problème. La liste montre aussi où les deux réseaux se recouvriraient, ce qui aide à placer stations de base et passerelles sur les mêmes toits.

Quelle plateforme smart city fonctionne avec mioty ?

Une station de base mioty a besoin d’un service center, le nom que mioty donne au serveur de réseau qui gère les appareils et transmet leurs mesures. Ensuite, la ville a besoin d’un logiciel où les services voient leurs capteurs, définissent des seuils et reçoivent des alertes.

Avec Kilo, le service center est proposé de trois façons : le Kilo mioty Service Center open source, que l’équipe informatique de la ville peut héberger sur ses propres serveurs ; l’édition Enterprise intégrée à Kilo Cloud, où vous ajoutez un connecteur mioty, y dirigez les stations de base et n’exploitez vous-même aucune infrastructure mioty ; ou l’édition Enterprise sous licence, installée par Kilo dans les locaux de la ville, sur demande. Les appareils mioty et LoRaWAN partagent alors une même organisation, les mêmes tableaux de bord et les mêmes règles.

La répartition entre services se fait dans les alarmes. Chaque alarme suit une escalade par paliers, chacun avec ses propres destinataires et canaux d’envoi : un conteneur plein alerte l’équipe de collecte, tandis qu’un niveau de rivière en hausse prévient l’ingénieur d’astreinte puis, si personne ne réagit, le responsable de permanence.

FAQ sur mioty dans la smart city

mioty est-il utilisé dans des projets de smart city ?

Les smart cities font partie des domaines d’application que promeut la mioty Alliance, aux côtés du comptage, de l’industrie et des bâtiments. L’écosystème est plus jeune que celui de LoRaWAN : la plupart des villes qui envisagent mioty commencent donc par vérifier lesquels des types de capteurs prévus existent avec une radio mioty, puis lancent un pilote dans un quartier.

Un réseau mioty de smart city a-t-il besoin d’un opérateur mobile ?

Non. mioty fonctionne dans des bandes de fréquences libres, sans licence : la ville ou un prestataire installe et exploite les stations de base, et les capteurs n’ont besoin d’aucun abonnement par appareil. Les stations de base elles-mêmes ont tout de même besoin d’une connexion internet ou d’un réseau privé vers le service center, et en Europe chaque appareil doit respecter les limites de rapport cyclique (duty cycle) qui s’appliquent à la bande des 868 MHz.

mioty est-il assez sécurisé pour une smart city ?

La norme mioty chiffre et authentifie les messages en AES-128, avec une clé propre à chaque appareil : une mesure ne peut donc être ni lue ni falsifiée par quelqu’un qui écoute sur la même fréquence. Les risques pratiques se situent ailleurs : des clés d’appareils transmises dans des tableurs, des stations de base avec des mots de passe par défaut et des tableaux de bord partagés trop largement.

Trois conteneurs à déchets et deux points de mesure de la qualité de l’air dans la même rue suffisent pour un pilote à l’échelle d’un quartier, avec des capteurs de deux services. Réunissez les cinq sur un même tableau de bord et ajoutez une règle qui déclenche une alarme quand un conteneur dépasse 80 % de remplissage ; un pilote de cette taille tient dans l’offre gratuite de Kilo. Au bout d’un mois, vous saurez à quelle fréquence chaque capteur envoie ses mesures, quelle est la fiabilité de la radio au niveau de la rue, et si les services consultent un écran partagé.