Plan L’Internet des Objets (IoT) 0 – Introduction De l’internet des ordinateurs à l’internet des objets [Mattern and Floerkemeier 10] 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 Philippe Darche L’internet des objets Nombre d’objets connectés source inconnue IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 prévision : 27 milliards en 2025 selon IOT Analytics ! Hétérogénéité 3 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Ce qui change avec les objets connectés Vue d’artiste un peu trompeuse ! Philippe Darche 2 fonction communication autonomie Etendue Philippe Darche 4 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Source : IEEE La maxime de notre cours Croissance exponentielle 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 Domaines de l’IdO En 2008, le nombre d’objets connectés a dépassé la population mondiale 6 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Applications Grand public Agriculture Industries Santé Militaire Spatial ? etc. Philippe Darche Philippe Darche 7 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Objets portables sur soi Fabrication manufacturière intelligente (smart manufacturing) Automatisation de la maison et des immeubles Villes intelligentes Automobiles Etc. Philippe Darche 8 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 L’Internet des Objets Macro-segments économiques Grand public Industriel (IIOT) Source : FACTORY SYSTEMES Philippe Darche 9 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 A ne pas confondre 10 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Une tentative de définition Avec les réseaux M2M Philippe Darche connexion entre machines dans des systèmes fermés Avec les réseaux de capteurs (voir historique) 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 Philippe Darche 11 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 12 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Autres définitions Connexion du monde physique au monde virtuel perception et action Pas d’interaction avec les humains ! Historique : Systèmes embarqués (Sem) Système informatique autonome qui gère un processus (tâche dédiée) angle de notre cours Lire la définition de Wikipédia Synonyme : système enfoui (i.e. embarqué) Origines Philippe Darche 13 15 14 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Systèmes embarqués vs objets connectés 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 Philippe Darche mission Apollo avec l’AGC (Apollo Guidance Computer) missiles minuteman Philippe Darche IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Systèmes embarqués qui s’oppose à un système à usage général (i.e. ordinateur) IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Philippe Darche IoT 16 Internet IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Différences CPS/IoT Réseau sans fil de capteurs WSN (Wireless Sensor Network) Démarrage : début des années 90 Quelques caractéristiques : [Waher et al. 16] Philippe Darche 17 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 De nouvelles contraintes (1/2) Philippe Darche de gestion adaptation à l’environnement qui peut être sévère mise-à-jour 19 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 puissance de calcul communication longue distance faible consommation faible encombrement Coût Hétérogénéité Passage à l’échelle Philippe Darche 18 Contraintes techniques contradictoires embarquée : maintenance régulière système de récupération d’énergie ? Autonomie Applications militaires, environnementales, industrielles, énergie, santé, etc. De nouvelles contraintes (2/2) Energie topologie variable (réseau ad hoc) nombre de capteurs élevé noeuds limités en capacité de calcul, taille mémoire et en énergie noeuds susceptibles de pannes croissance rapide Philippe Darche 20 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Challenges de l’IoT mobile Fonctions de l’IoT Hétérogénéité Nombre Environnement sévère Philippe Darche 21 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Fonctions de l’IoT (résumé) Identification (nommage) et « adressabilité » Acquisition d’informations Actions (rarement) Traitement local (rare) ou déporté Mémorisation locale (rare) ou externalisée Communication Localisation Visualisation Philippe Darche Identification UOID (Unique Object Identifier) rôle crucial ! IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 correspondance entre l’objet et les services à distinguer de l’adresse IP « Adressabilité » 23 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Les fonctions de l’IoT Philippe Darche 22 par découverte service de nommage Philippe Darche 24 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Les fonctions de l’IoT Les fonctions de l’IoT Acquisition d’informations par capteur simple : température, lumière, pression, fumée, énergie, etc. complexe : inertiels, magnétomètre, GPS (localisation), biométrique, etc. chaîne de traitement analogique 25 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Traitement affichage Philippe Darche puissance de calcul variable (8, 16 ou 32 bits), voir adaptable (un à plusieurs cœurs activables) MPU, MCU, SOC (System On Chip) et FPGA IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 rapidité de la RAM non volatilité de la ROM mémoires émergeantes 27 26 Mémorisation Philippe Darche pour l’Interface Homme-Machine (IHM) Besoins matériels Les fonctions de l’IoT nécessité d’une interface de puissance numérique analogique Philippe Darche actionneur traitement local éventuel sortie de l’information Actions IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche mémoire flash FeRAM (FerroElectric RAM) MRAM (Magnetic RAM) PCM (Phase-Change Memory) 28 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Besoins matériels Technologies de communication Connectivité hétérogène sur des infrastructures réseau classiques ou spécialisées filaire et sans fil courte ou longue distance Philippe Darche 29 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Connectivité hétérogène Bluetooth (IEEE 802.15.1) et Bluetooth Low Energy (BLE) Ultra Large Bande (UWB, IEEE 802.15.3) NFC (Near Field Communication) Philippe Darche connexion sans fil bidirectionnelle à courte distance extension de la norme ISO/CEI 14443 (RFID), standard ISO/IEC 18092 31 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Exemples ethernet filaire ou Wi-Fi (variante : Wi-Fi Direct) WPAN (Wireless Personal Area Network) 30 Connectivité hétérogène Exemples Philippe Darche IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 technologies RFID (Radio Frequency IDentification) domotique étiquette Z-Wave, ZigBee (IEEE 802.15.4), etc. LTE (Long-Term Evolution) et LTE-A (Advanced) Philippe Darche communication mobile ou modem téléphonique sur réseau GSM/UMTS 32 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Besoins matériels Sécurité Contraintes techniques contradictoires 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. Philippe Darche 33 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Les acteurs Microchip (Atmel), Intel, Semtech, Texas Instruments, etc. Amazon, Google, IBM, Microsoft, etc. Opérateurs de télécommunications privés : Sigfox, Objenious (bouygues Telecom), Orange, etc. Philippe Darche 34 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 35 Des nano-ordinateurs à bas coût Industriels de l’internet et de l’informatique : Philippe Darche Inventaire « à la Prévert » pour le prototypage Industriels de l’électronique : Puissance de calcul Consommation électrique Débit et distance de communication IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Arduino (AVR) Raspberry Pi (SoC ARM) BeagleBone (TI) Mbed etc. Mais pas pour le même usage Philippe Darche 36 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Éco-système ARM Plus spécialisés « IoT » BeagleBone Black (TI) Mbed UDOO FriendlyARM Cubieboard Etc. 37 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Pourquoi l’IoT apparait aujourd’hui ? .NET Gadgeteer (remplacé par SITCore) Sharks Cove (obsolète) Cartes spécialisées IoT Philippe Darche Microsoft (abandon !) Weio, WiSense, Mulle, T-Mote Sky Domotique : SmartThings, Capteurs : Phidgets, etc. Philippe Darche 38 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Cycle de l’intérêt (hype cycle) Convergence de technologies matures de calcul de capteurs MEMS (MicroElectroMechanical System) intelligents de communication logicielles Coût bas du matériel Philippe Darche [Gartner 17] 39 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Philippe Darche 40 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 En 2020 Amélioration des technologies Domaine énergétique minimisation de la consommation électrique du CPU la formule magique : P D = α × C × V2 × f action sur l’horloge (clock gating) ou baisse de la fréquence action sur la tension d’alimentation mise en veille de sous-ensembles électroniques optimisation logicielle pile de communication couche applicative Philippe Darche 41 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Amélioration des technologies Philippe Darche consommation typique 6 mA en activité, 100 nA en veille pour un MCU efficacité énergétique de + en + Les objets connectés utilisent les technologies de l’embarqué Technologies matérielles matures et peu chères Une évolution (une adaptation ?) du matériel progrès à faire : miniaturisation des composants : ISSCC 2015 43 ISSCC 2015 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Conclusion Domaine énergétique (suite) Philippe Darche 42 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 antenne, capteurs, actionneurs, source d’alimentation, etc. Une révolution dans les applications et les usages (I)IoT = un énorme potentiel technique et économique Il faut s’y lancer maintenant ! Philippe Darche 44 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Discussion Des questions ? Philippe Darche 45 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6
