Selon les chercheurs, les technologies sans fil actuelles, comme le WiFi, ne suffiront pas pour supporter les milliards de capteurs et de réseaux IoT qui devraient entrer en service au cours des prochaines années. Il faudra des vitesses plus rapides, plus d'efficacité et plus de bande passante. Par ailleurs, il faudra aussi des équipements beaucoup moins chers que les équipements existants, y compris en ce qui concerne les équipements 5G à venir.

Pour résoudre ce problème, des scientifiques de l'Université de Waterloo - Ali Abedi, Omid Abari, Soroush Ameli et Mohammad Mazaheri (absent sur l'illustration principale) - travaillent sur une version épurée de la technologie des ondes millimétriques. Dans un article où ils annoncent une technologie de réseau 5G basse consommation et peu onéreuse appelée mmX, les chercheurs expliquent que la pression sur les réseaux sans fil sera de plus en plus importante et que ces réseaux seront de plus en plus sollicités. La technologie mmX sur laquelle ils travaillent est destinée spécifiquement à l'IoT. « L'onde millimétrique permet de disposer sans licence d'une bande passante de plusieurs gigahertz. Soit, plus de 200 fois ce qui est alloué aux réseaux WiFi et cellulaires actuels », expliquent encore les chercheurs dans leur publication. Ce qui veut dire que, comparativement, « le WiFi et le Bluetooth sont trop lents pour de nombreuses applications IoT ».

Une 5G gourmande en énergie

« Cependant, les réseaux 5G à venir, ultra-rapides et ultra-haut débit, qui pourront exploiter les ondes millimétriques, consomment des quantités considérables d'énergie électrique et de puissance de calcul », disent encore les chercheurs. Cela signifie qu'ils ne sont pas adaptés aux dispositifs IoT à faible coût et à faible consommation d'énergie comme ceux qui seront mis en service pour les multiples cas d'usage. Il faut que les nouveaux appareils consomment peu d'énergie, parce qu'ils doivent rester en marche plus longtemps, et de préférence, indéfiniment. Par conséquent, l'idée d'utiliser dans les réseaux IoT des fréquences radios millimétriques qui consomment beaucoup d'énergie devient en quelque sorte contre-productive. D'où la nécessité d'avoir un réseau d'ondes millimétriques allégé. « Nous essayons de trouver une solution aux principaux défis qui empêchent l'usage de la technologie mmWave existante pour ces dispositifs IoT », déclarent les chercheurs dans leur article pour le SIGCOMM'19.

Les technologies sans fil actuelles ne posent pas fondamentalement de problèmes, mais les nouveaux appareils IoT appellent à des changements dans les exigences concernant les ondes radios, comme pour les smartphones actuels. Il faut aussi que les nouveaux appareils puissent fonctionner avec un système de modulation à faible débit, autrement dit à des taux bien inférieurs à la capacité des canaux. Dans les deux cas, l'utilisation du spectre est inefficace.

Le Beam-Searching, un obstacle à l'usage du mmWave dans l'IoT

Selon les chercheurs, la forte consommation d'énergie, le coût élevé du matériel et la recherche par focalisation de faisceau ou Beam-Searching sont les principaux obstacles à l'adoption du mmWave pour la mise en oeuvre de l'IoT. La recherche par focalisation de faisceau limite l'onde mmWave régulière. Le Beam-Searching concentre la puissance pour empêcher la perte de signal de se décomposer, mais c'est une opération complexe sur le plan du calcul, sa mise en oeuvre est onéreuse et elle consomme beaucoup d'énergie. Tout cela pèse sur le coût global. Les chercheurs affirment qu'ils peuvent supprimer la recherche par focalisation de faisceau par une forme de modulation en direct, où le signal n'est pas modulé avant, mais pendant la transmission. « Il n'est alors plus nécessaire de rechercher le faisceau dans les ondes radios mmWave », expliquent-ils. Ils réduisent également la quantité de données de rétroaction nécessaires à partir des points d'accès, ce qui est également utile.

Une autre particularité du mmX, c'est que le hardware peut se contenter de l'ajout d'une simple carte Raspberry Pi, qui permettra à la « communauté réseau » de réaliser facilement ses expériences. Vingt-cinq millions d'ordinateurs monocartes Raspberry Pi auraient été vendus au début de l'année. Avec ces cartes, l'efficacité énergétique est « encore plus faible que celle des modules WiFi existants », ont encore affirmé les chercheurs. Au final, ils estiment que leur solution mmX apporte « une architecture beaucoup plus efficace et plus rentable pour les applications IoT qui vont déferler sur le marché ».