Introduction à l'Internet des Objets (IoT)

Origine, définitions et motivations

• L'évolution de l'Internet passe par plusieurs étapes : du pré-Internet à l'Internet des objets.
• Le pré-Internet était centré sur la communication "Humain à humain" via la téléphonie et les SMS.
• L'Internet du contenu ("WWW") a introduit l'e-mail, l'information et le divertissement.
• L'Internet des services ("Web 2.0") s'est concentré sur l'e-productivité et l'e-commerce.
• L'Internet des personnes ("Social media") a vu l'essor de Skype, Facebook, et YouTube.
• L'Internet des objets ("Machine to machine") permet l'identification, le suivi, la surveillance, l'automatisation et le paiement.
• Ces évolutions sont soutenues par des réseaux intelligents, des plateformes IT, des smartphones, des objets intelligents, et des données ambiantes.

Origine de l'Internet des Objets (IoT)

• Kevin Ashton a utilisé le terme « Internet of Things » en 1999 pour décrire les micropuces d'identification par radiofréquence (RFID).
• Le groupe Cisco Internet Business Solutions (IBSG) situe la naissance de l'IoT entre 2008 et 2009, lorsque le nombre d'objets connectés a dépassé celui des personnes connectées.
• En 2020, il y avait environ 50 milliards d'objets connectés
• La première application IoT est née à l'université de Cambridge en 1991, avec une caméra pointée sur une cafetière, permettant aux informaticiens de connaître la disponibilité du café.

Définitions de l'IoT

• L'Union Internationale des Télécommunications (UIT) avec l' « Internet of Things Global Standards Initiative » (IoT-GSI), considère l'IoT comme une infrastructure mondiale pour la société de l'information permettant des interconnectant des objets (physiques ou virtuels) avec les technologies de l'information et de la communication interopérables (Recommandations UIT-T Y.2060, renommée Y.4000).
• Pour ISO/IEC, l'IoT est une infrastructure d'objets, de personnes, de systèmes et de ressources d'information interconnectés, fournissant des services intelligents pour traiter et réagir aux informations du monde physique et virtuel.
• L'IEEE voit l'IoT comme un réseau complexe, adaptatif et auto-configurable connectant les «objets» utilisant des protocoles de communication standard, ayant une représentation physique ou virtuelle, une capacité de détection/actionnement, une fonction de programmabilité et une identification unique.
• L'IETF considère l'IoT comme des appareils souvent limités en capacités de communication et de calculs, connectés à Internet et fournissant des services construits au-dessus de ces capacités, ouvrant la voie à la communication machine à machine sans intervention humaine.
• Composants de la définition de l'IoT : objets physiques avec capteurs et connectivité, réseaux pour le transport des données, et cloud computing pour le stockage, la corrélation et l'analyse des données.

Motivations de l'IoT

• Miniaturisation des composants électroniques : Réduction de la taille des composants électroniques.
• Connectivité omniprésente : La diversité des solutions de connectivité sans fil permet de connecter n'importe quel appareil.
• Disponibilité et adoption généralisée du protocole IP : Utilisation généralisée du protocole Internet.
• Coût faible des composants électroniques : Réduction des coûts.
• Progrès dans le domaine du Cloud Computing : Capacité de bénéficier de capacités de calcul avec les objets physiques.
• Progrès dans le domaine du Big Data : Disponibilité d'algorithmes pour collecter et analyser les données.
• Croissance du marché de masse : L'Internet des objets est une realite.

Machine-to-Machine (M2M)

• M2M est une sous-classe de l'IoT, impliquant l'échange de données entre deux machines sans intervention humaine.
• Fait référence aux technologies permettant aux systèmes sans fil et câblés de communiquer avec des périphériques du même type.
• Utilise un capteur pour capturer un événement et le transmettre via un réseau à une application qui convertit l'événement en données significatives.

Internet of Every Things (IoE)

• L'Internet of Every Things est une connection entre les personnes, les processus, les données et les objets.
• Les dispositifs physiques et les objets sont connectés à Internet et entre eux pour la prise de décisions intelligentes.

Différences entre M2M, IoT et IoE

• M2M: Un appareil qui capture et transmet un événement à une application sur le réseau.
• IoT: Un réseau d'éléments identifiables communiquant sans interaction humaine via une connectivité IP.
• IoE: Combinaison de l'Internet des objets avec les processus, les données et les personnes (via smartphones et réseaux sociaux).

Marché de l'IoT

• Domaines d'application Smart Grid, Smart Buildings, Smart Planet, Smart Health, Smart Communities, Smart Cities et Smart Mobility.
• Explosion du marché des objets connectés avec une croissance prévue dans divers secteurs comme le militaire, l'aérospatial, le médical, l'industriel, le grand public, l'automobile, etc.
• Impact économique de l'IoT dans divers secteurs, avec des estimations de milliards de dollars en 2025.
• Les dépenses dans l'IoT devraient atteindre 1 200 milliards de dollars en 2022.
• Le Smart City arrive en tête du marché mondial des projets IoT suivi par l'industrie et les bâtiments connectés.

Cas d'utilisation de l'IoT

• Maison intelligente : automatisation et contrôle à distance des appareils domestiques pour améliorer le confort et l'efficacité énergétique.
• Santé et bien-être : services de santé à distance pour les baby-boomers, permettant une vie autonome à domicile.
• Gestion des déchets dans les villes intelligentes : optimisation de la collecte des déchets grâce à des capteurs et une gestion efficace des itinéraires.
• Agriculture intelligente : utilisation de drones et de capteurs pour la surveillance des champs, la gestion de l'eau et les opérations agricoles.
• Ferme intelligente : capteurs pour détecter la température, l'humidité, les insectes, et le rut des vaches.

Technologies clés génériques pour l'IoT

• L'IoT s'appuie sur des réseaux de capteurs sans fil, le Cloud Computing, l'analyse Big Data, des protocoles de communication et services web.
• Les réseaux de capteurs sans fil (RCSF) se composent de nœuds-capteurs qui capturent, traitent et transmettent les données.
• Le Cloud Computing fournit un espace de stockage pour les données IoT et offre des services de visualisation, d'analyse et d'archivage.
• Le Big Data offre des outils d'analyse avancés pour les données massives collectées par les objets IoT, en tenant compte du volume, de la vitesse et de la variabilité des données (texte, audio, vidéo, image).
• Protocoles de communication : indispensables pour assurer la connectivité entre objets et applications.
• Systèmes embarqués : cartes à microcontrôleur intégrant un microprocesseur, une mémoire et des ports d'entrée/sortie pour la connexion des capteurs.

Défis de l'IoT

• Disponibilité et fiabilité : influence de la collecte et de la transmission des informations sur la qualité des données.
• Interopérabilité : hétérogénéité et diversité des environnements logiciels et matériels.
• Sécurité et confidentialité : sécurisation et cloisonnement des données échangées.
• Évolutivité et passage à l'échelle : solutions flexibles pour un grand nombre d'objets dispersés.

Architecture de l'IoT

• L'architecture de l'IoT varie selon le système.
• Une architecture de base comprend trois couches : perception(collecte des données), réseau (connexion , transport et traitement), et application (services et applications).

Composantes d'une solution IoT

• Une solution IoT est formée d'un objet (module capteur), de capteurs/actionneurs, d'une passerelle (gateway) et du cloud.
• Niveau 1 : Capteurs et actionneurs : ce niveau comprend l'unité de détection, l'unité de traitement et l'unité de communication.
• Le capteur détecte un événement physique et fournit un signal électrique correspondant Il existe différents types de capteur tels que capteurs température, fuites, de gaz etc
• Un microcontrôleur est un circuit compact qui traite données brutes recueillies par les capteurs
• Niveau 2: Passerelle (Gateway). Combine des composants matériels et logiciels reliant un réseau à un autre.
• Exemples de passerelles : Raspberry Pi, Intel Galileo, Beaglebone Black.
• Niveau 3: Cloud computing, une option pour décentraliser les tâches des nœuds vers cloud. Il existe 3 solutions techniques:
• Fog Computing : Calcul décentralisé en traitant les données au niveau des nœuds locaux.
• Edge Computing : Traitement des données à l'extrémité du réseau (Gateways ou nœuds intermédiaires entre objets et gateways).
• Mist Computing : Traitement des données localement dans le nœud capteur. Il existe 3 types de cloud loT; Infrastructure as a Service, Plateforme as a Service et Software as a Service

Plateformes IoT

• Une plateforme d'IoT collecte, stocke, corréle, analyse et exploite les données.
• La connectivité permet l'interface avec logiciels, et l'utilisation d'API. Les agents logiciels sont installés sur le matériel afin d'établir une connexion stable.

Module de composantes d'une plateforme IoT

• La gestion des périphériques garantit que les objets connectés ont les logiciels et applications à jour. Les tâches incluent configuration, mises à jour et dépannage.
• Le stockage de données: le volume doit être massif, de même variété, de rapidité et de véracité.
• Gestion des actions et traitement: Les données capturées sont exploitées: le déclencheur d'événement-action permet des actions intelligentes basées sur des données spécifiques
• L'analytique permet de tirer le meilleur profit des données IoT en analysant les données des capteurs.
• La visualisation donne la possibilité de voir aux utilisateurs de voir les modèles et d'observer les tendances.
• Principales plateformes IoT: Amazon Web Services IoT, IBM Watson, Microsoft Azure Cloud IoT , Google Cloud IoT, Oracle Integrated Cloud for IoT, SAP Cloud Platform for the Internet of Things, Cisco Jasper Control Center , PTC ThingWorx Industrial, GE Predix, Cisco IoT Cloud. Plateformes propriétaires vs plateformes open source.
• Principales plateformes IoT: Amazon Web Services IoT, IBM Watson, Microsoft Azure Cloud IoT , Google Cloud IoT, Oracle Integrated Cloud for IoT, SAP Cloud Platform for the Internet of Things, Cisco Jasper Control Center , PTC ThingWorx Industrial, GE Predix, Cisco IoT Cloud.

OS pour loT

• Un système d'exploitation doit être frugal, supporter un grand nombre d'architectures (les x86, MIPS, ARM...) ainsi que les protocoles (Bluetooth, 6LoWPAN...).
• Parmi eux Windows 10 loT Core, Wind River Rocket, Google Brillo, FreeRTOS, OpenEmbedded, Contiki, RIOT, Chaque OS a des points forts et des points faibles (voir les tableaux) Il existe des comparatifs des OS avec l'empreinte mémoire, les langages, connectivité réseau et compatibilité matérielle.

sécurité du cloud

• La sécurité dans le Cloud implique technologies, de contrôles, de processus et de politiques.
• La sécurité comprend la gestion des identités, sécurité physique, le renseignement(la surveillance et le renseignement), le cryptage, les tests de vulnérabilité, le micro-segmentation(partitionnement des réseaux), et les pare-feu.
• Pour une une sécurité accrue contre le risques du cloud : de visibilité, violations de conformité et aux menaces des initiés, entre autres.
• Une infrastructure cloud sécurisé permet d'éviter la cyber criminalité, la perte de données, et garanti la continuité des activités.
• Une sécurité hébergée offre une sécurité centralisée, une Administration réduite et est fiable. Il est donc primordiale de Choisir un fournisseur de confiance et comprendre le modèle d'attributions partagées et les accords commerciaux.