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1 L’Internet des Objets (IoT) 0 – Introduction De l’internet des ordinateurs à

1 L’Internet des Objets (IoT) 0 – Introduction De l’internet des ordinateurs à l’internet des objets [Mattern and Floerkemeier 10] IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 2 Plan Une définition de l’Internet des objets (rapide !) Différences système embarqué / réseau sans fil de capteurs Le matériel des objets connectés Inventaire « à la Prévert » Pourquoi l’IoT apparaît-il aujourd’hui ? Conclusion IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 3 L’internet des objets Vue d’artiste un peu trompeuse ! source inconnue IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 4 Ce qui change avec les objets connectés Nombre d’objets connectés prévision : 27 milliards en 2025 selon IOT Analytics ! Hétérogénéité fonction communication autonomie Etendue Source : IEEE 2 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 La maxime de notre cours La règle des dix Un objet c’est : dix messages de dix octets par jour connexion à dix km durée de vie de dix ans Philippe Darche 5 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 6 Croissance exponentielle En 2008, le nombre d’objets connectés a dépassé la population mondiale IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 7 Domaines de l’IdO Grand public Agriculture Industries Santé Militaire Spatial ? etc. IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 8 Applications Objets portables sur soi Fabrication manufacturière intelligente (smart manufacturing) Automatisation de la maison et des immeubles Villes intelligentes Automobiles Etc. 3 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 9 L’Internet des Objets Source : FACTORY SYSTEMES IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Grand public Industriel (IIOT) Philippe Darche 10 Macro-segments économiques IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 11 A ne pas confondre Avec les réseaux M2M connexion entre machines dans des systèmes fermés Avec les réseaux de capteurs (voir historique) IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 12 Une tentative de définition Paradigme qui consiste à connecter des objets réels à l’internet en interaction avec les humains et les services du nuage (cloud), c’est-à-dire l’infonuagique afin d’apporter une valeur ajoutée à l’utilisateur final internet 4 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 13 Autres définitions Connexion du monde physique au monde virtuel perception et action Pas d’interaction avec les humains ! angle de notre cours Lire la définition de Wikipédia IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 14 Historique : Systèmes embarqués (Sem) Système informatique autonome qui gère un processus (tâche dédiée) qui s’oppose à un système à usage général (i.e. ordinateur) Synonyme : système enfoui (i.e. embarqué) Origines mission Apollo avec l’AGC (Apollo Guidance Computer) missiles minuteman IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 15 Systèmes embarqués  Système sous contraintes  matérielles/logicielles  temporelles  système temps réel  énergétique (i.e. sobriété)  spatiales (i.e. encombrement)  thermique  environnementales  sécurité du processus à gérer  s’il y a communication, elle est dictée primairement par la fonction IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 16 Systèmes embarqués vs objets connectés Pas de processus à gérer directement Mêmes contraintes que précédemment Mais de la communication par internet  échange de données IoT = Une évolution ? Un sous-ensemble ? Un complément ?  ≈ Cyber-Physical Systems (CPS) à l’échelle de l’internet ? un système embarqué intégré à un système d'information étendu SEm IoT Internet 5 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Différences CPS/IoT Philippe Darche 17 [Waher et al. 16] IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 18 Réseau sans fil de capteurs WSN (Wireless Sensor Network) Démarrage : début des années 90 Quelques caractéristiques :  topologie variable (réseau ad hoc)  nombre de capteurs élevé  noeuds limités en capacité de calcul, taille mémoire et en énergie  noeuds susceptibles de pannes Applications militaires, environnementales, industrielles, énergie, santé, etc. IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 19 De nouvelles contraintes (1/2) Energie embarquée : maintenance régulière système de récupération d’énergie ? Autonomie de gestion adaptation à l’environnement qui peut être sévère mise-à-jour IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 20 De nouvelles contraintes (2/2) Contraintes techniques contradictoires  puissance de calcul  communication longue distance  faible consommation  faible encombrement Coût Hétérogénéité Passage à l’échelle  croissance rapide 6 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 21 Challenges de l’IoT mobile Hétérogénéité Nombre Environnement sévère IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 22 Fonctions de l’IoT Identification (nommage) et « adressabilité » Acquisition d’informations Actions (rarement) Traitement local (rare) ou déporté Mémorisation locale (rare) ou externalisée Communication Localisation Visualisation IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 23 Fonctions de l’IoT (résumé) IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 24 Les fonctions de l’IoT Identification UOID (Unique Object Identifier) rôle crucial !  correspondance entre l’objet et les services à distinguer de l’adresse IP « Adressabilité » par découverte service de nommage 7 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 25 Les fonctions de l’IoT Acquisition d’informations par capteur  simple : température, lumière, pression, fumée, énergie, etc.  complexe : inertiels, magnétomètre, GPS (localisation), biométrique, etc. traitement local éventuel sortie de l’information  numérique  analogique  chaîne de traitement analogique IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 26 Les fonctions de l’IoT Actions actionneur  nécessité d’une interface de puissance affichage  pour l’Interface Homme-Machine (IHM) IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 27 Les fonctions de l’IoT Traitement puissance de calcul variable (8, 16 ou 32 bits), voir adaptable (un à plusieurs cœurs activables) MPU, MCU, SOC (System On Chip) et FPGA Philippe Darche 27 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 28 Besoins matériels Mémorisation rapidité de la RAM non volatilité de la ROM mémoires émergeantes  mémoire flash  FeRAM (FerroElectric RAM)  MRAM (Magnetic RAM)  PCM (Phase-Change Memory) 8 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 29 Besoins matériels Connectivité hétérogène sur des infrastructures réseau classiques ou spécialisées filaire et sans fil courte ou longue distance IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 30 Technologies de communication IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 31 Connectivité hétérogène Exemples ethernet filaire ou Wi-Fi (variante : Wi-Fi Direct) WPAN (Wireless Personal Area Network)  Bluetooth (IEEE 802.15.1) et Bluetooth Low Energy (BLE)  Ultra Large Bande (UWB, IEEE 802.15.3)  NFC (Near Field Communication)  connexion sans fil bidirectionnelle à courte distance  extension de la norme ISO/CEI 14443 (RFID), standard ISO/IEC 18092 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 32 Connectivité hétérogène Exemples technologies RFID (Radio Frequency IDentification)  étiquette domotique  Z-Wave, ZigBee (IEEE 802.15.4), etc. LTE (Long-Term Evolution) et LTE-A (Advanced)  communication mobile ou modem téléphonique sur réseau GSM/UMTS 9 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 33 Besoins matériels Sécurité identification (dé)chiffrement (cryptographie) puces dédiées ou fonctions dans l’ISA Autonomie énergétique gestionnaire d’énergie source d’énergie pour 5 à 20 ans d’utilisation  batterie, pile, panneau solaire, etc. IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 34 Contraintes techniques contradictoires Puissance de calcul Consommation électrique Débit et distance de communication IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 35 Les acteurs Industriels de l’électronique : Microchip (Atmel), Intel, Semtech, Texas Instruments, etc. Industriels de l’internet et de l’informatique : Amazon, Google, IBM, Microsoft, etc. Opérateurs de télécommunications privés : Sigfox, Objenious (bouygues Telecom), Orange, etc. IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 36 Inventaire « à la Prévert » pour le prototypage Des nano-ordinateurs à bas coût Arduino (AVR) Raspberry Pi (SoC ARM) BeagleBone (TI) Mbed etc. Mais pas pour le même usage 10 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 37 Éco-système ARM BeagleBone Black (TI) Mbed UDOO FriendlyARM Cubieboard Etc. IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 38 Plus spécialisés « IoT » Microsoft (abandon !) .NET Gadgeteer (remplacé par SITCore) Sharks Cove (obsolète) Cartes spécialisées IoT Weio, WiSense, Mulle, T-Mote Sky Domotique : SmartThings, Capteurs : Phidgets, etc. IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 39 Pourquoi l’IoT apparait aujourd’hui ? Convergence de technologies matures de calcul de capteurs  MEMS (MicroElectroMechanical System)  intelligents de communication logicielles Coût bas du matériel IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 40 Cycle de l’intérêt (hype cycle) [Gartner 17] 11 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 En 2020 Philippe Darche 41 IUT de uploads/Industriel/ 0-intro-iot-phd-4-transparents.pdf