L’Internet des Objets (IoT) 0 – Introduction De l’internet des ordinateurs à l’internet des objets [Mattern and Floerkemeier 10] 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 Philippe Darche 2 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 L’internet des objets Vue d’artiste un peu trompeuse ! source inconnue Philippe Darche 3 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Ce qui change avec les objets connectés Nombre d’objets connectés Hétérogénéité prévision : 27 milliards en 2025 selon IOT Analytics ! fonction communication autonomie Etendue Philippe Darche 4 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Source : IEEE 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 Croissance exponentielle En 2008, le nombre d’objets connectés a dépassé la population mondiale Philippe Darche 6 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Domaines de l’IdO Grand public Agriculture Industries Santé Militaire Spatial ? etc. Philippe Darche 7 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Applications 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 Source : FACTORY SYSTEMES Philippe Darche 9 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Macro-segments économiques Grand public Philippe Darche Industriel (IIOT) 10 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 A ne pas confondre Avec les réseaux M2M connexion entre machines dans des systèmes fermés Avec les réseaux de capteurs (voir historique) Philippe Darche 11 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Philippe Darche 12 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Autres définitions Connexion du monde physique au monde virtuel Pas d’interaction avec les humains ! perception et action angle de notre cours Lire la définition de Wikipédia Philippe Darche 13 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Philippe Darche 14 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Philippe Darche 15 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Philippe Darche IoT 16 Internet IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Différences CPS/IoT [Waher et al. 16] Philippe Darche 17 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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. Philippe Darche 18 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Philippe Darche 19 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Philippe Darche 20 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Challenges de l’IoT mobile Hétérogénéité Nombre Environnement sévère Philippe Darche 21 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Philippe Darche 22 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Fonctions de l’IoT (résumé) Philippe Darche 23 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Philippe Darche 24 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Philippe Darche numérique analogique chaîne de traitement analogique 25 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Les fonctions de l’IoT Actions actionneur nécessité d’une interface de puissance affichage Philippe Darche pour l’Interface Homme-Machine (IHM) 26 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Besoins matériels Mémorisation rapidité de la RAM non volatilité de la ROM mémoires émergeantes Philippe Darche mémoire flash FeRAM (FerroElectric RAM) MRAM (Magnetic RAM) PCM (Phase-Change Memory) 28 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Besoins matériels 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 Technologies de communication Philippe Darche 30 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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) 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 Connectivité hétérogène Exemples 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 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 Philippe Darche batterie, pile, panneau solaire, etc. 33 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Contraintes techniques contradictoires Puissance de calcul Consommation électrique Débit et distance de communication Philippe Darche 34 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Les acteurs Industriels de l’électronique : Industriels de l’internet et de l’informatique : Microchip (Atmel), Intel, Semtech, Texas Instruments, etc. Amazon, Google, IBM, Microsoft, etc. Opérateurs de télécommunications privés : Sigfox, Objenious (bouygues Telecom), Orange, etc. Philippe Darche 35 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Philippe Darche 36 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Éco-système ARM BeagleBone Black (TI) Mbed UDOO FriendlyARM Cubieboard Etc. Philippe Darche 37 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Plus spécialisés « IoT » Microsoft (abandon !) Cartes spécialisées IoT .NET Gadgeteer (remplacé par SITCore) Sharks Cove (obsolète) Weio, WiSense, Mulle, T-Mote Sky Domotique : SmartThings, Capteurs : Phidgets, etc. Philippe Darche 38 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 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 Philippe Darche 39 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Cycle de l’intérêt (hype cycle) [Gartner 17] Philippe Darche 40 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 En 2020 Philippe Darche 41 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Amélioration des technologies Domaine énergétique minimisation de la consommation électrique du CPU la formule magique : PD = 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 42 ISSCC 2015 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Amélioration des technologies Domaine énergétique (suite) consommation typique 6 mA en activité, 100 nA en veille pour un MCU efficacité énergétique de + en + ISSCC 2015 Philippe Darche 43 IUT de Paris – Rives de Seine / LIP6 Conclusion 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 : 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
