5G-Advanced R.19 : AIoT – Partie 4

Nous allons nous intéresser maintenant aux cas d’usages présentés dans le TR 22.840

Cas d’usage de 21 à 30

5.21 Use case sur l’IoT Ambiant pour le guide de musée

Objectif :  Ces dispositifs IoT Ambiant permettent, dans les musées, de fournir des informations sur les expositions. Les dispositifs sont attachés aux vitrines d’exposition ou placés à proximité, et les visiteurs peuvent obtenir des informations en utilisant leur téléphone portable qui communique avec les dispositifs.

5.22 Use case sur l’élevage laitier en pâturage intelligent rendu possible par l’IoT Ambiant

Objectif : attaché aux vaches laitières, l’IoT Ambient peut surveiller la température corporelle et détecter précocement les signes de maladie. Les données sont collectées périodiquement et analysées par une application de gestion de la santé du bétail.

5.23 Use case sur l’élevage porcin intelligent rendu possible par l’IoT Ambiant

Objectif : Idem que le cas d’usage précédent mais pour l’élevage porcin

5.24 Use case sur la surveillance de la sécurité des bouches d’égout utilisant l’IoT Ambiant

Objectif : surveiller les bouches d’égout et prévenir les accidents. Les dispositifs sont équipés de capteurs (niveau d’eau, inclinaison, vibration) qui détectent les anomalies et alertent les autorités en cas de problème.

5.25 Use case sur la surveillance de la santé des ponts utilisant l’IoT Ambiant

Objectif : surveiller l’état des ponts et prévenir les accidents. Les dispositifs sont équipés de capteurs (inclinaison, vibration) qui détectent les anomalies structurelles et alertent les autorités locales en cas de problème.

5.26 Use case sur les soins de santé pour personnes âgées

Utilisation de dispositifs IoT Ambiant pour aider les personnes âgées à localiser rapidement leurs médicaments, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur. Les dispositifs sont attachés aux boîtes de médicaments et peuvent être activés à distance pour allumer une LED, facilitant leur localisation.

5.27 Use case sur la logistique de bout en bout

Objectif : suivre des produits spécifiques (par exemple, des téléviseurs) depuis l’usine de fabrication jusqu’à la livraison au client final. Les dispositifs peuvent fonctionner dans différents réseaux (NPN, PLMN) et pays, s’adaptant aux différentes réglementations et licences de fréquence.

5.28 Use case sur l’optimisation de la signalisation 5G

Objectif : Réduire la signalisation entre le dispositif IoT et le cœur de réseau 5G

Les interrupteurs existants, non 3GPP, peuvent se connecter sans fil sur de courtes distances (environ 25 m en intérieur et 150 m en extérieur). Intégrer ce type d’interrupteur au réseau 3GPP nécessite suffisamment d’énergie pour s’attacher et émettre des données pour ne pas être en échec. Mais l’énergie nécessaire peut être supérieure à l’énergie disponible (l’énergie cinétique lorsqu’on appuie dessus).

5.29 Use case sur la désactivation permanente des dispositifs

Objectif : désactivation permanente d’un dispositif IoT Ambiant lorsque celui-ci n’a plus d’utilité de surveillance. Le scénario décrit un responsable de production qui supervise la fabrication de plaquettes de circuits intégrés et utilise des dispositifs IoT Ambiant pour enregistrer les conditions environnementales. LAIoT sont désactivées lorsque la chaîne de fabrication est au repos.

5.30 Use case sur le dispositif IoT Ambiant agissant comme contrôleur dans l’agriculture intelligente

Objectif : Utiliser comme contrôleurs dans l’agriculture intelligente pour gérer les équipements (système d’irrigation, pulvérisation de pesticides). Les dispositifs sont activés périodiquement pour recevoir des informations d’opération et contrôler les équipements en conséquence, économisant l’énergie pendant les périodes d’inactivité.

 

5G-Advanced R.19 : AIoT – Partie 3

Nous allons nous intéresser maintenant aux cas d’usages présentés dans le TR 22.840

Cas d’usage de 11 à 20

5.11 Use case sur la modification en ligne du statut des instruments médicaux

Objectif : Un gestionnaire d’inventaire peut à distance lire, modifier et écrire des informations sur les instruments médicaux via la plateforme de gestion et le réseau 5G, facilitant la maintenance et le suivi de l’état des instruments.

5.12 Use case sur le service IoT Ambiant pour retrouver des objets personnels

Objectif : Localiser des objets personnels perdus, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur. L’utilisateur peut utiliser son téléphone portable pour rechercher les dispositifs IoT Ambiant attachés à ses objets, et obtenir leur position précise grâce au système 5G.

5.13 Use case sur l’IoT Ambiant pour la supervision environnementale des salles de machines des stations de base

Objectif : surveiller les paramètres environnementaux (température, humidité, infiltration d’eau) dans les salles de machines des stations de base. Ces dispositifs aident à prévenir les pannes réseau et les problèmes électriques en détectant les anomalies.

5.14 Use case sur le positionnement intérieur dans un centre commercial utilisant l’IoT Ambiant

Objectif : guider les clients dans un centre commercial, Les utilisateurs peuvent trouver facilement les magasins ou objets cibles grâce à leur téléphone portable qui communique avec les dispositifs IoT Ambiant.

5.15 Use case sur l’IoT Ambiant pour la lessive intelligente

Objectif : pour surveiller les conditions de lavage (température, humidité) et stocker des informations sur le vêtement (couleur, tissu, matériau, forme), le dispositif Ambiant IoT est placé sur les vêtements. Ces informations sont utilisées pour recommander un mode de lavage approprié et optimiser le processus de lavage.

5.16 Use case sur le service IoT Ambiant pour la distribution automatisée de la chaîne d’approvisionnement

Objectif : suivre les produits depuis la fabrication jusqu’à la livraison dans la chaîne d’approvisionnement d’appareils électroménagers pour. Le système permet de surveiller et de localiser les produits pendant le transport, garantissant qu’ils sont livrés au bon client via l’itinéraire correct.

5.17 Use case sur l’activation et la désactivation des dispositifs

Objectif : Activer ou désactiver un dispositif. Le scénario décrit un utilisateur d’entreprise qui utilise des dispositifs IoT Ambiant avec des capteurs environnementaux pour surveiller les conditions de croissance des plantes d’orchidées. Lorsque l’orchidée est sous serre, le dispositif est activé. A partir du moment ou la croissance est terminée, on désactive l’IoT

5.18 Use case sur la chaîne d’approvisionnement des aliments frais

Objectif : surveiller la chaîne d’approvisionnement des aliments frais. Les dispositifs sont attachés aux RTI (Reusable Transport Items) utilisés pour stocker et transporter les aliments, permettant un suivi de la température et des conditions environnementales pour garantir la sécurité alimentaire et réduire le gaspillage.

5.19 Use case sur la surveillance des incendies de forêt utilisant des dispositifs IoT Ambiant

Objectif : le dispositifs IoT Ambiant est équipé de détecteurs de fumée pour surveiller les incendies de forêt. Le système permet une détection précoce des incendies et une communication fiable avec le système 5G, même dans des conditions difficiles (mauvaise couverture de signal, alimentation intermittente).

5.20 Use case sur l’agriculture intelligente

Objectif : surveiller l’environnement et contrôler les installations (système d’irrigation, contrôle de la température) dans l’agriculture intelligente. Les dispositifs récupèrent l’énergie de l’environnement et communiquent avec le réseau 5G pour fournir des données environnementales et recevoir des commandes de contrôle.

5G-Advanced R.19 : AIoT – Partie 2

Nous allons nous intéresser maintenant aux cas d’usages présentés dans le TR 22.840

Cas d’usage de 1 à 10

5.1 Use case sur l’IoT Ambiant pour l’entreposage automatisé

Objectif : suivre et inventorier automatiquement les marchandises dans un entrepôt. Les dispositifs sont attachés aux articles, palettes ou conteneurs et communiquent avec le réseau 5G pour permettre un inventaire précis et rapide lors des différentes étapes (entrée, stockage, sortie). Le système peut opérer en mode déclenché manuellement ou automatiquement, et transmettre les données à la plateforme de gestion d’entrepôt.

5.2 Use case sur la gestion d’inventaire et le positionnement des instruments médicaux

Objectif : Faciliter l’inventaire et la localisation des instruments médicaux dans un hôpital. Ces dispositifs fonctionnent sans batterie ou avec un stockage d’énergie limité, et peuvent résister à des conditions difficiles (température élevée, pression, humidité) afin de vérifier que l’instrument médical est bien stérilisé. Le système permet au personnel hospitalier de localiser rapidement des instruments spécifiques et d’obtenir des informations sur leur statut.

5.3 Use case sur les dispositifs IoT Ambiant dans les stations de réseaux électriques intelligents (smart-grid)

Objectif : Déploiement de capteurs dans les sous-stations électriques extérieures pour surveiller différents paramètres (température, humidité, pression, vibrations) afin de détecter les dysfonctionnements. Ces capteurs aident à la maintenance prédictive et permettent d’éviter les pannes. Les données sont collectées périodiquement et analysées pour identifier les anomalies potentielles et faire de l’analyse prédictive.

5.4 Use case sur la prise en charge de l’IoT Ambiant dans un réseau non public pour la logistique

Objectif : Les dispositifs IoT sont attachés aux marchandises et communiquent avec le réseau privé NPN pour permettre un inventaire efficace et un suivi du fret lors de son transport.

5.5 Use case sur l’intralogistique dans la fabrication automobile

Objectif :  les dispositifs sont attachés aux conteneurs de charge et communiquent avec le réseau 5G pour faciliter l’inventaire automatisé, le positionnement et le suivi des matériaux dans l’usine, depuis leur réception jusqu’à leur utilisation sur les lignes de production. Ce cas d’usage permet d’améliorer l’efficacité de la gestion des matériaux et des pièces.

5.6 Use case sur les capteurs IoT Ambiant dans les maisons intelligentes

Objectif : surveillance de l’environnement domestique (température, humidité) et détection de situations d’urgence (gaz, fumée). Ces capteurs fonctionnent à partir d’énergie ambiante récupérée et peuvent alerter les résidents via leurs téléphones portables en cas de dépassement de seuils critiques.

5.7 Use case sur l’IoT Ambiant pour les terminaux d’aéroport/ports maritimes

Objectif : suivi et gestion des actifs dans les aéroports ou ports maritimes (chariots élévateurs, chariots, fauteuils roulants, etc.). Le système permet une gestion en temps réel et un déploiement efficace des ressources en fonction de la demande variable, améliorant la sécurité et l’expérience des voyageurs.

5.8 Use case sur la recherche d’objets perdus à distance

Objectif : Les dispositifs IoT Ambiant sont attachés aux objets personnels, permettant ainsi de les localiser en cas de perte, même à grande distance. Le système permet à l’utilisateur de localiser ses objets perdus grâce à l’aide d’appareils UE/entités RAN environnants qui peuvent communiquer avec le dispositif IoT Ambiant et transmettre les informations de localisation.

5.9 Use case sur les services de localisation (LCS) pour l’IoT Ambiant

Objectif : Le système permet à l’utilisateur de demander la position du dispositif via son téléphone portable, et le réseau localise le dispositif lorsqu’il dispose de suffisamment d’énergie. Exemple : dispositif attaché au collier d’un animal de compagnie

5.10 Use case sur le positionnement relatif pour l’IoT Ambiant

Objectif : Localiser de dispositifs IoT par rapport à d’autres éléments du réseau ou à d’autres UE. L’exemple illustre la recherche d’une clé équipée d’un dispositif IoT Ambiant dans une maison, où l’UE de l’utilisateur communique avec le dispositif pour déterminer sa position relative.

 

5G-Advanced R.19 : AIoT – Partie 1

La Release 19 (5G advanced) introduit un nouveau dispositif IoT nommé IoT Ambiant (Ambient IoT). À la différence des autres dispositifs IoT comme le LTE-M, NB-IoT ou le RedCap, il s’agit de dispositifs IoT qui fonctionnent sans batterie conventionnelle ou avec un stockage d’énergie très limité (comme un condensateur), et qui tirent leur énergie de l’environnement via diverses techniques de récupération d’énergie.

Pourquoi l’IoT Ambiant est-il important ?

L’IoT Ambiant répond à plusieurs défis critiques des réseaux IoT actuels :

  1. Réduction de l’impact environnemental : en éliminant les batteries traditionnelles, on réduit les déchets électroniques et la nécessité de remplacer et recycler les batteries.
  2. Diminution des coûts de maintenance : les dispositifs sans batterie ou avec des capacités de stockage très limitées peuvent fonctionner pendant de longues périodes (plus de 10 ans) sans nécessiter d’intervention humaine.
  3. Miniaturisation : sans batterie conventionnelle, les dispositifs peuvent être beaucoup plus petits, légers et moins complexes.
  4. Déploiement dans des environnements difficiles : ces dispositifs peuvent être déployés dans des endroits où le remplacement de batterie serait impossible ou très coûteux.

Comment fonctionne la récupération d’énergie dans l’IoT Ambiant ?

Les dispositifs IoT Ambiant utilisent différentes sources d’énergie ambiante :

1. Énergie RF (Radio-Fréquence)

  • Les dispositifs récupèrent l’énergie des ondes radio présentes dans l’environnement (3 kHz à 300 GHz)
  • L’énergie récupérée est généralement de l’ordre de quelques microwatts à des dizaines de microwatts
  • Un circuit redresseur convertit les signaux RF en courant continu utilisable
  • L’efficacité de conversion varie de 1,2% à 49% selon les technologies

2. Énergie solaire/lumière

  • Utilisation de cellules photovoltaïques pour convertir la lumière en électricité
  • En extérieur, l’énergie solaire peut fournir jusqu’à 100 mW/cm²
  • En intérieur, l’éclairage peut fournir environ 100 μW/cm²
  • L’efficacité de conversion est typiquement de 10-40%

3. Énergie thermique

  • Exploitation des différences de température via l’effet Seebeck
  • L’efficacité est relativement faible (environ 5-6%)
  • La densité de puissance varie de 25 à 1000 μW/cm² selon les conditions environnementales.

4. Vibration mécanique

  • Utilisation de l’effet piézoélectrique pour générer de l’électricité à partir des déformations mécaniques
  • Typiquement, ces générateurs peuvent produire environ 250 μW/cm³
  • Sources : vibrations, mouvements humains, vent, ondes acoustiques

Architecture et communication

L’IoT Ambiant s’intègre dans les réseaux 5G de différentes façons :

Modes de communication

  1. Communication directe avec le réseau : Le dispositif IoT Ambiant communique directement avec le réseau 5G.
  2. Communication indirecte via un UE : Le dispositif communique d’abord avec un équipement utilisateur (UE) qui relaie ensuite l’information au réseau 5G.
  3. Communication device-to-device : communication directe entre un dispositif IoT Ambiant et un UE sans passer par le réseau.

Scénarios de disponibilité

  1. Fonctionnement normal : Le dispositif a de l’énergie disponible en continu ou pendant des périodes significatives.
  2. Fonctionnement déclenché par le dispositif : Le dispositif n’a de l’énergie que par intermittence et décide lui-même quand communiquer.
  3. Fonctionnement à la demande : Le réseau 5G réveille et déclenche le dispositif pour qu’il communique, le dispositif ne pouvant pas déterminer lui-même quand communiquer.