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Accès distant à un Raspberry Pi via Modem LTE (IoT)

Accès distant à un Raspberry Pi via Modem LTE (IoT)

1. Module LTE utilisé : SIM8230G-M2 RedCap

Le modem utilisé dans ce projet est le module SIM8230G-M2, un module 5G RedCap basé sur la norme 3GPP Release 17.

Compatibilité avec d'autres modems

Le script reste compatible avec la majorité des modems LTE/5G utilisant des commandes AT standards.

Installation du module

Documentation officielle : https://www.waveshare.com/wiki/SIM8230G-M2

2. Objectif

Ce projet vise à établir un accès distant fiable à un Raspberry Pi connecté via modem LTE, en contournant les contraintes NAT habituelles des réseaux mobiles. Les points couverts sont :

  • connexion LTE via APN dédié
  • tunnel SSH inverse vers un serveur intermédiaire
  • accès distant malgré le NAT opérateur
  • reconnexion automatique en cas de perte réseau

3. Contexte réseau

Dans un réseau LTE, le Raspberry Pi est placé derrière un NAT opérateur : le modem obtient une adresse IP côté réseau, mais le Raspberry est en réalité derrière une adresse privée non accessible depuis l'extérieur.

Conséquences directes :

  • impossible de se connecter directement en SSH depuis l'extérieur
  • impossible de joindre le Raspberry depuis Internet

Solution retenue : reverse SSH (tunnel SSH inverse).

4. Accès via serveur de logs

L'accès au Raspberry ne se fait pas directement, mais via un serveur intermédiaire appelé serveur de logs. Ce serveur est accessible à la fois depuis le Raspberry (via le réseau LTE) et depuis les postes d'administration.

Le principe est le suivant :

  • le Raspberry initie lui-même une connexion SSH vers le serveur de logs
  • il expose un port local redirigé sur le serveur
  • l'administrateur se connecte ensuite à ce port depuis le serveur
ssh localhost -p 2222

Cette approche présente plusieurs avantages :

  • tous les membres de l'équipe ont accès au serveur de logs
  • les connexions directes vers les équipements sont évitées
  • l'accès aux équipements IoT est centralisé
  • la gestion des accès SSH est simplifiée

autossh est utilisé pour maintenir le tunnel actif : il relance automatiquement la connexion SSH en cas de déconnexion, sans intervention manuelle.

5. Préparation du Raspberry Pi

Ces étapes sont à réaliser en amont, directement sur le Raspberry Pi, avant de déployer le script.

Création d'un utilisateur dédié

# Création d'un utilisateur dédié
sudo adduser iot

# Ajout aux droits sudo
sudo usermod -aG sudo iot

Génération de la clé SSH

ssh-keygen -t ed25519 -f ~/.ssh/modem_tunnel -N ""

6. Script complet

#!/bin/bash

# Arrêt du script en cas d'erreur
set -euo pipefail

# Port série du modem
PORT="/dev/ttyUSB2"

# Nombre max d'essais modem
max_tries=100
try=0

# IP de test Internet
ping_ip="8.8.8.8"

# Interface réseau modem
iface="usb0"

# Nombre max d'essais réseau
max_ping_tries=100

# Paramètres SSH
SSH_HOST="192.108.119.79"
SSH_USER="procom"
SSH_KEY="/home/iot/.ssh/modem_tunnel"

# Demande une IP via DHCP
sudo dhclient -4 -v usb0 || true

# Ajout des IDs USB modem
bind_ids() {
  sudo sh -c 'echo "1e0e 9073" > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'
  sudo sh -c 'echo "1e0e 9071" > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'
  sudo sh -c 'echo "1e0e 9072" > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'
  sudo sh -c 'echo "1e0e 9078" > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'
  sudo sh -c 'echo "1e0e 907b" > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'
}

# Attente du modem
wait_for_port() {
  while [ ! -e "$PORT" ]; do
    try=$((try+1))

    # Reboot si modem absent trop longtemps
    if [ "$try" -ge "$max_tries" ]; then
      sudo reboot
    fi

    bind_ids
    sleep 5
  done
}

# Envoi d'une commande AT au modem
send_at() {
  local cmd="$1"
  echo -e "${cmd}\r" | sudo tee "$PORT" >/dev/null
}

wait_for_port

# Initialisation modem
send_at "AT"
send_at "AT+CFUN=0"
sleep 5
send_at "AT+CFUN=1"
sleep 5

# Configuration APN
send_at 'AT+CGDCONT=1,"IP","iot"'
sleep 2

# Sélection opérateur
send_at 'AT+COPS=1,2,"99970"'
sleep 5

# Test réseau
ping_ok() {
  ping -I "$iface" -c 1 -W 2 "$ping_ip" >/dev/null 2>&1
}

# Reset modem
restart_module() {
  send_at "AT+CFUN=0"
  sleep 10
  send_at "AT+CFUN=1"
  sleep 5
  send_at 'AT+CGDCONT=1,"IP","iot"'
  sleep 2
  send_at 'AT+COPS=1,2,"99970"'
  sleep 10
}

# Attente de l'attachement réseau
sleep 20

# Boucle de connexion
for i in $(seq 1 "$max_ping_tries"); do
  if ping_ok; then
    break
  fi
  restart_module
done

# Reboot si pas de réseau après toutes les tentatives
if ! ping_ok; then
  sudo reboot
fi

# Tunnel SSH permanent
while true; do

  autossh -M 0 \
    -i "$SSH_KEY" \
    -o StrictHostKeyChecking=no \
    -o ServerAliveInterval=30 \
    -o ServerAliveCountMax=3 \
    -N \
    -R 2222:localhost:22 \
    ${SSH_USER}@${SSH_HOST}

  # Si le tunnel tombe et que le réseau est absent → reboot
  if ! ping_ok; then
    sudo reboot
  fi

  sleep 10
done

7. Démarrage automatique

Le script est déclaré comme un service systemd pour être lancé automatiquement au démarrage du Raspberry Pi.

Créer le fichier /etc/systemd/system/modem.service :

[Unit]
Description=Modem LTE launcher
After=network-online.target

[Service]
ExecStart=/usr/local/bin/modem-launch.sh
Restart=always
RestartSec=10

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Puis activer le service :

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable modem.service

8. Paramètres à adapter

Paramètre Valeur par défaut Description
PORT /dev/ttyUSB2 Port série du modem
APN iot APN déclaré dans la configuration réseau
Opérateur 99970 Code PLMN de l'opérateur
iface usb0 Interface réseau du modem
SSH_USER procom Utilisateur SSH sur le serveur de logs
SSH_HOST 192.108.119.79 IP du serveur de logs
Port tunnel 2222 Port exposé sur le serveur pour rebondir
SSH_KEY /home/iot/.ssh/modem_tunnel Chemin vers la clé SSH privée

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