Introduction à l’IOT Cours PDF

Cours: Protocoles de communication des objets connectés Enseignante: Rania Jadlaoui [email protected] 2024/20251 Fiche descriptive du cours Le module a pour objectif de familiariser l’étudiant à la notion d’objet connecté. Le module détaille...

Cours: Protocoles de communication des objets connectés Enseignante: Rania Jadlaoui [email protected] 2024/20251 Fiche descriptive du cours Le module a pour objectif de familiariser l’étudiant à la notion d’objet connecté. Le module détaillera les différentes technologies des objets connectés qu’ils soient filaires ou sans fil. Il détaillera aussi les caractéristiques des principaux protocoles en se basant sur la partie sécurité. 2 1- Introduction 3 C’est quoi un objet ? 4 Objet “ Toute chose concrète, perceptible par la vue, le toucher”. larousse 5 Objet 4 C’est quoi un objet intelligent ? 6 Objet intelligent Objet doté de capacités de calcul (grâce à un microprocesseur) Objet intelligent = objet + intelligence 7 6 Et un objet connecté ? 8 Objet connecté Un objet physique ou virtuel qui a la capacité d’envoyer et/ou recevoir des données vers/depuis internet Objet connecté = objet + intelligence + Internet 9  Quelques objets connectés Objets « traditionnels » : ordinateurs, tablettes, smartphones, etc. Nouveaux objets connectés : appareils électroménagers, instruments de mesure, robots, serrures, machines-outils, bennes à ordures, drones, jouets, montres, véhicules, etc. 10 Objets connectés en chiffre 11 Quelles sont les caractéristiques d’un objet connecté? 12 Caractéristiques d’un objet connecté L’identification Une sensibilité à son environnement Une interactivité Une représentation virtuelle Une autonomie 13 Caractéristiques d’un objet connecté L’identification : Les objets sont identifiés par un code barre, une puce RFID ou encore une adresse IP. Une sensibilité à son environnement : Un objet connecté peut s’informer et analyser son environnement. " Il peut mesurer la température, l’humidité, niveau sonore et se géolocaliser." Une interactivité : Selon l’objet et le besoin qu’il possède, une connexion à un réseau est établie en permanence ou succinctement. 14 Caractéristiques d’un objet connecté Une représentation virtuelle : C’est la représentation virtuelle de l’objet physique connecté. C’est la signature électronique de l’objet. Chaque objet est unique. Une autonomie : Chaque objet devient unique et est indépendant de sa catégorie. Ainsi il peut interagir avec les autres objets connectés individuellement. 15 Exercice Choisissez un objet et faites le évoluer en un objet connecté tout en décrivant les fonctionnalités supplémentaires qu’il aura. 16 Qu'est-ce qu'un Réseau Sans Fil ? Un réseau sans fil est un réseau de communication qui utilise des ondes radioélectriques ou d'autres formes de transmission sans câble physique pour connecter des appareils. 17 Pourquoi les Réseaux Sans Fil ? Mobilité : Permet aux utilisateurs de se déplacer tout en restant connectés. Facilité d'installation : Pas besoin de câblage physique, ce qui simplifie et réduit les coûts d'installation. Scalabilité : Facilité d'ajouter de nouveaux appareils sans nécessiter des modifications importantes de l'infrastructure. 18 Critères de classification réseau sans fil Radio: Fréquence, modulation, Puissance Débit Portée Cout Architecture (Topologie) du réseau Protocole de communication et de sécurité 19 Catégories de réseau sans fil 20 Catégories de réseau sans fil A. Les WPAN (Wireless Personal Area Networks) Dans cette catégorie, on retrouve les réseaux sans fil à l'échelle humaine dont la portée maximale est limitée à quelques dizaines de mètres autour de l'usager (bureaux, salles de conférence...). On y trouve les standards tels que le Bluetooth, l'Ultra Wide Band (UWB), ZIGBEE, RFID et HomeRF. B. Les WLAN (Wireless Local Area Networks) C'est la catégorie des réseaux locaux sans fil dont la portée va jusqu'à 500 m, pour les applications couvrant un campus, un bâtiment, un aéroport, un hôpital, etc. On y trouve les standards tels que le Wi-Fi C. Les WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) Plus connus sous le nom de Boucle Locale Radio (BLR), ce type de réseau utilise le même matériel que celui qui est nécessaire pour constituer un WLAN mais peut couvrir une plus grande zone de la taille d'une ville avec une portée pouvant aller jusqu'à 50 Km. C'est dans cette catégorie que l'on classe le WiMAX et les HIPERMAN. D. Les WWAN (Wireless Wide Area Networks) C'est la catégorie de réseaux cellulaires mobiles dont la zone de couverture est très large, à l'échelle mondiale. Dans cette catégorie, on peut citer le GSM et ses évolutions (GPRS, EDGE), le CDMA et l'UMTS 21 Les Types d'Architectures de Réseaux Sans Fil: Architectures Centralisées Caractéristiques : Un point central (station de base, routeur, point d'accès) qui gère les communications. Utilisé dans les réseaux cellulaires (comme 4G, 5G), le Wi-Fi. Fonctionnement : Les appareils connectés (smartphones, ordinateurs, capteurs IoT) se connectent à ce point central pour accéder au réseau. La gestion de la connexion, de la sécurité, et de l'authentification est centralisée. Avantages : Facilité de gestion. Bonne couverture et gestion de la bande passante. Inconvénients : Point unique de défaillance : si la station de base tombe en panne, tout le réseau est affecté. Coût d'infrastructure. 22 Les Types d'Architectures de Réseaux Sans Fil:. Architectures Décentralisées (Ad Hoc) Caractéristiques : Chaque appareil dans le réseau peut communiquer directement avec un autre, sans avoir besoin d'un point central. Utilisé dans les réseaux d'urgence, les MANETs (Mobile Ad Hoc Networks), les réseaux de capteurs sans fil. Fonctionnement : Les appareils coopèrent pour relayer les données, formant un réseau maillé où chaque nœud peut être un routeur. Convient aux situations où une infrastructure n'est pas disponible ou souhaitable. Avantages : Flexibilité et adaptabilité à des environnements dynamiques. Résilience aux pannes : pas de point unique de défaillance. Inconvénients : Gestion complexe des routes et de la sécurité. Débit limité par la capacité des appareils à gérer plusieurs connexions. 23 Les Types d'Architectures de Réseaux Sans Fil: Architectures Hybrides Caractéristiques : Combinaison des architectures centralisées et décentralisées. Utilisé dans des systèmes où une infrastructure de base est complétée par des connexions ad hoc entre appareils. Fonctionnement : Un point central gère les connexions principales, mais les appareils peuvent également se connecter directement entre eux pour optimiser la communication ou dans des situations où le point central n'est pas accessible. Avantages : Meilleure gestion des ressources. Flexibilité et robustesse améliorées. Inconvénients : Complexité dans la gestion des connexions et des protocoles de communication. 24 Internet des objets Selon l'Union internationale des télécommunications, l'Internet des objets (IdO) est une « infrastructure mondiale pour la société de l'information, qui permet de disposer de services évolués en interconnectant des objets (physiques ou virtuels) grâce aux technologies de l'information et de la communication interopérables existantes ou en évolution ». 25 Histoire 26 Domaines applicatifs de l’IOT Domaines applicatifs de l’IOT 27 Domaines applicatifs de l’IOT Ville intelligente : circulation routière intelligente, transports intelligents, collecte des déchets, cartographies diverses (bruit, énergie, etc.). Environnements intelligents : prédiction des séismes, détection d’incendies, qualité de l’air, etc. Sécurité et gestion des urgences : radiations, attentats, explosions. Logistique : aller plus loin que les approches actuelles. Contrôle industriel : mesure, pronostic et prédiction des pannes, dépannage à distance. Santé : suivi des paramètres biologiques à distance. Agriculture intelligente, domotique, applications ludiques, etc. 28 IOT pour les villes intelligentes 29 Objectifs 30 M2M vs IOT vs IOE 31 M2M vs IOT vs IOE M2M : Un périphérique qui capture un événement et le transmet sur le réseau à une application. L'application traduit l'événement en informations significatives. IoT : IoT Un réseau d'éléments identifiables de manière unique qui communiquent sans interaction humaine à l'aide de la connectivité IP. IoE : Rassemble non seulement l’Internet des Objets mais également les processus, les données et les personnes (via smartphones et réseaux sociaux). 32 2- Concepts fondamentaux 33  Concept fondamental Jonction entre le monde physique et le monde numérique Avant l’IOT Aujourd’hui Monde numérique Monde physique Monde numérique Monde physique 34 Avantages d’un objet connecté « La nécessité est mère de l'invention ». Proverbe anglais. Aide des personnes nécessiteuses Facilitation des tâches journalières Contrôle et commande à distance Gain de temps et d’argent 35 Apports de l’IOT Meilleure utilisation des ressources Minimisation de l’effort humain Gain de temps Développement d’application en IA avec l’IOT Meilleure sécurité 36  Enjeu majeur de l’IoT : interagir les mondes numérique et physique Besoin de mettre en œuvre des moyens permettant à une grandeur physique de renseigner un système informatique et, inversement, des moyens permettant à un système informatique d’agir sur le monde physique (c’est-à-dire : changer son état). Grandeur physique à Capteur et Transmission Système mesurer (exemple : conditionneur informatique température) Système Transmission informatiqu Action physique (exemple : tâche e robotique) 37 Exemple : allumage et extinction d’une Led Une LED (Light Emitting Diode) : composant électronique très utilisé dans les appareils électroniques comme indicateur ou afficheur. 38 Exemple : allumage et extinction d’une Led L’allumage d’une LED s’effectue en appliquant à ses bornes une tension électrique à travers une résistance de limitation de courant. 39 Exemple : allumage et extinction d’une Led Pour réaliser ce fonctionnement à l’aide d’un système informatique, il convient d’utiliser un dispositif d’entrée/sortie (E/S). Le système informatique pilote l’allumage et l’extinction de la LED par application de deux niveaux de tension électrique 40 Exemple : allumage et extinction d’une Led Représentation physique des états logiques : Les états logiques sont matérialisés par des niveaux de tensions 0V et +5V (ou 0V et 3,3V). 41 Exemple : allumage et extinction d’une Led Idée : comment commander l’état de la LED à distance (par exemple via le réseau internet) ? 42 Extension : déclenchement d’un dispositif quelconque à distance La commande d’une LED à distance ne présente qu’un intérêt limité. Cependant, il est possible d’étendre ce concept pour déclencher divers dispositifs à distance : éclairage, ventilation, climatisation, moteur, déverrouillage ou ouverture de sorties de secours, allumage d’un ordinateur… ou tout dispositif électrique 43 Interactions : capteurs et actionneurs De manière générale, l’IoT met en œuvre deux types d’éléments pour interagir avec le monde physique : des capteurs et des actionneurs. Les capteurs permettent de recueillir des informations depuis le monde physique et de les transmettre vers le système informatique. Les actionneurs permettent au système informatique d’agir sur le monde physique état. 44 39 3-Architecture IOT 45 Composants d’une architecture IOT 46 Composants d’une architecture IOT Un réseau IOT est articulé autour des composants suivants: Objets intelligents sous différentes formes Passerelles Middlewares: logiciel (applications) et matériel (base de données, serveurs, etc.) 47 Exemple d’architecture 48 45 Architecture IOT Il n’existe pas une architecture standard pour l’IOT. Plusieurs architectures avec un nombre différent de couches à 3 couches à 4 couches à 5 couches... à 6 couches à 7 couches … 49 Architecture à 3 couches 50 Architecture à 5 couches 51 Définition: Couche de perception (ou couche physique) : Capteurs qui collectent des données physiques (température, humidité, etc.) ou des actionneurs. Couche réseau (ou couche de communication) : Transmission des données des capteurs vers les serveurs ou cloud via des technologies comme Zigbee, Wi-Fi, 5G, etc. Couche de traitement/stockage : Serveurs ou systèmes cloud qui reçoivent les données pour les stocker, les traiter, et les analyser. Couche application : Interface utilisateur où les données analysées sont présentées sous forme de tableaux de bord ou d'alertes pour une prise de décision. Couche sécurité : Enveloppe toutes les couches pour assurer la confidentialité, l'intégrité et la disponibilité des données. 52  Couche de perception Couche de perception : Collecte des données physiques via les capteurs. C'est le premier point de contact avec le monde réel. 53 Capteurs et actionneurs Unité de détection : Capteur/ Actionneur Unité de traitement : Contrôleur Unité de communication : Module RF Alimentation 54 Capteurs Capteurs Capteurs classiques Capteurs intelligents Transforment une grandeur Intègrent: physique en une grandeur - de nombreux éléments électroniques électrique additionnels - des unités programmables - et des aspects logiciels nécessaires au traitement des données, aux calculs, à la communication numérique. 55 Architecture matérielle d’un capteur intelligent 56 Architecture matérielle d’un capteur intelligent Un capteur est composé principalement des unités de: – Capture / captage / acquisition, – Traitement, – Communication et transmission, et – Energie. D’autres composants additionnels et optionnels peuvent être ajoutés selon le domaine d’application, comme par exemple: – un système de localisation (ex: GPS), – un générateur d’énergie (ex: cellules solaires) – un module pour la mobilité permettant de se déplacer 57 Architecture matérielle d’un capteur intelligent ❑ Unité d’acquisition Permet de capturer ou mesurer les données physiques à partir de l’objet cible. Elle est composée de 2 sous-unités : le récepteur (capteur classique) reconnaissant la grandeur physique à capter le transducteur (ADC) convertissant le signal du récepteur en signal électrique. Le capteur fournit des signaux analogiques au convertisseur Analogique/Numérique qui transforme ces signaux en données numérique et les transmet à l’unité de traitement. Un capteur peut avoir une ou plusieurs unités de captage. 58  Architecture matérielle d’un capteur intelligent Concepts: Analog / Digital Les signaux analogiques sont tout ce qui peut être une gamme complète de valeurs (signal continu). V 59 Architecture matérielle d’un capteur intelligent Convertisseur ADC Microcontrôleur ATMEGA 328 Permet le Calcul de la valeur de Tension d'alimentation interne 5V sortie numérique en se basant Tension d'alimentation 7 à 12V sur la formule: (recommandée) - ADC = Vref / ((2 ^ n) - 1) Résolution binaire 10 bits -Sortie Numérique (SN) = Vin / Entrées/sorties numériques 14 dont 6 sorties PWM (configurables) ADC Entrées analogiques 6 Avec n c’est la résolution en bits Courant max par broches E/S 40 mA (200mA cumulé Vref - La tension de référence est pour l’ensemble des broches) la valeur maximale que l'ADC Mémoire programme Flash 32 Ko peut convertir. Mémoire SRAM (mémoire 2 KB volatile) Mémoire EEPROM (mémoire non 1 KB Exemple : calculez les SN pour volatile) ADC Arduino (n=10 b its) Fréquence horloge 16 MHz Vin=0V Dimensions 68.6mm x 53.3mm Vin=2.5 V Vin=5V 60  Architecture matérielle d’un capteur intelligent ❑ Unité de traitement Elle permet de : Recueillir des données de l’unité d’acquisition ou d’autres capteurs, Effectuer un traitement sur ces données et Décider quand et où les envoyer. Les types de processeurs qui peuvent être utilisés dans un capteur: Les processeurs progrmammables les DSP (Digital Signal Processors), les microcontrôleurs, les microprocesseurs, les FPGA (Field Programmable Gate Array) et les ASIC (Application Specific Integrated Circuit). 61 Architecture matérielle d’un capteur intelligent ❑ Unité de transmission Interface de communication radio ou filaire responsable de toutes les émissions et réceptions de données. Elle est caractérisée par Plage fréquentielle : est la marge de fréquence dans laquelle le signal transite. Technique de modulation : la modulation consiste à moduler la phase, la fréquence et/ou l’amplitude d’une onde porteuse centrée sur la bande de fréquence du canal. Type de multiplexage : le multiplexage consiste à faire passer plusieurs signaux sur un seul canal. Type de canal : un canal est défini comme la matérialisation du chemin suivi par un bien de son producteur au consommateur. Le type de canal est le type de chemin établi pour acheminer les données. Étalement de spectre : est une méthode de transmission de signaux par ondes radio qui utilise alternativement plusieurs canaux (sous-porteuses) répartis dans une bande de fréquence selon une séquence pseudo-aléatoire connue de l'émetteur et du récepteur. Plusieurs modes de transmission sont possibles: radiofréquence (RF), laser , l’infrarouge , etc. 62 Architecture matérielle d’un capteur intelligent ❑ Unité d’énergie Un capteur est muni d’une source d’énergie, généralement une batterie, permettant d’alimenter tous ses composants. Les batteries utilisées peuvent être rechargeables ou non. Dans des environnements rudes, il est impossible de recharger ou changer une batterie. L’énergie est ainsi la ressource la plus précieuse puisqu’elle influe directement sur la durée de vie des capteurs et donc d’un réseau de capteur. 63 Exemple de capteurs Exemple d’actionneurs 65 Exemple de microcontrôleur (µc, MCU en anglais) 66 1. Quelle est la définition de l'Internet des Objets (IoT) ? A) Un réseau de serveurs interconnectés. B) Un ensemble d'appareils connectés capables de collecter et d'échanger des données. C) Un système de communication entre ordinateurs uniquement. D) Une technologie utilisée uniquement pour les smartphones. 2. Parmi les éléments suivants, lequel est un exemple d'application IoT ? A) Un réseau local d'ordinateurs dans une entreprise. B) Un capteur de température connecté qui envoie des données à une application mobile. C) Un site web d'e-commerce. D) Une base de données en ligne. 67 3. Quelle technologie de communication est souvent utilisée dans les réseaux IoT pour les communications à faible portée ? A) Wi-Fi B) NFC C) Zigbee D) Bluetooth 4. Quelle est la principale contrainte des appareils IoT alimentés par batterie ? A) La compatibilité avec le cloud B) La gestion efficace de l’énergie C) La connectivité réseau D) La capacité de traitement des données 5. Parmi les éléments suivants, lequel n'est pas un défi pour l'IoT ? A) Sécurité et protection des données. B) Scalabilité pour gérer un grand nombre d'appareils. C) Faible consommation d'énergie. D) Augmentation de la vitesse du processeur. 6. Quelle architecture est souvent utilisée pour traiter les données localement, sans avoir à les envoyer dans le cloud ? A) Fog Computing B) Cloud Computing C) Edge Computing. 68 RRéponse Réponses : B B C B D C 69 1Quel est le rôle principal de la couche de perception dans un système IoT ? A) Gérer les données et la communication entre les dispositifs. B) Collecter des données à partir de capteurs et d'appareils. C) Assurer la sécurité des données transmises. D) Analyser les données pour prendre des décisions. 2.Quels types de dispositifs sont généralement utilisés dans la couche de perception ? A) Serveurs cloud. B) Routeurs et commutateurs. C) Capteurs et actionneurs. D) Systèmes de gestion de bases de données. 3.Parmi les énoncés suivants, lequel décrit le mieux un capteur dans un système IoT ? A) Un dispositif qui stocke des données. B) Un dispositif qui effectue des calculs complexes. C) Un dispositif qui détecte et mesure des phénomènes physiques ou environnementaux. D) Un dispositif qui gère les connexions réseau. 70 4.Quel protocole est souvent utilisé pour la communication entre les capteurs dans l'IoT ? A) HTTP B) MQTT C) FTP D) SMTP 5.La couche de perception est souvent connectée à la couche de : A) Application B) Réseau C) Transport D) Intégration 6.Quel est un exemple d'application typique utilisant la couche de perception dans l'IoT ? A) Suivi de la consommation énergétique dans une maison intelligente. B) Gestion des bases de données pour une entreprise. C) Envoi de courriels automatisés. D) Gestion des services de cloud. 71 7.Quelles sont les caractéristiques principales des capteurs utilisés dans la couche de perception ? A) Haute puissance et coût élevé. B) Faible consommation d'énergie et faible coût. C) Grande taille et capacité de stockage élevée. D) Complexité et dépendance aux réseaux. 72 Réponses correctes B C C B B A B 73 Couche réseau 74 Passerelle Une passerelle (gateway) est une combinaison de composants matériels et logiciels utilisés pour connecter un réseau à un autre. Les gateways permettent de relier les capteurs ou les nœuds de capteurs avec le monde extérieur (réseau WAN). Les gateways sont donc utilisées pour la communication de données en collectant les mesures effectuées par les nœuds de capteurs et en les transmettant à l'infrastructure Internet. La passerelle peut faire des traitements locaux sur les données avant de les relayer au Cloud. 75 Couche réseau La couche réseau est responsable de la connexion, du transport et du traitement des données issues des capteurs et actionneurs. 76 Couche réseau Chaque réseau dispose de ses points forts et de ses points faibles. Cependant, chaque technologie peut être considérée en fonction de trois critères : Sa consommation d’énergie (combien d’énergie consommée pour envoyer 1 Mo). Sa bande passante (combien de temps nécessaire pour envoyer 1 Mo). Sa portée (sur combien de mètres ou kilomètres la connexion reste fiable). A ces critères s’ajoute la fréquence à laquelle vous devez récupérer les données captées par votre objet (en temps réel, une fois par heure ou par jour). 77 Spectre radio 78 Les bandes ISM (Industrial, Scientific, and Medical) sont des plages de fréquences radio réservées à des usages non spécifiques, permettant à divers dispositifs d'opérer sans nécessiter de licences. Définition des Bandes ISM Les bandes ISM sont des fréquences de radioélectricité qui sont spécifiquement attribuées pour un usage industriel, scientifique et médical. Les dispositifs utilisant ces bandes n'ont pas besoin d'une autorisation spécifique de la part des régulateurs, mais doivent se conformer à des normes de fonctionnement afin de minimiser les interférences. 79 La bande de fréquence ISM 80 Exemple: Suivi de l'inventaire dans un entrepôt avec RFID Technologie : RFID (Radio-Frequency Identification), utilisant des fréquences ISM autour de 13,56 MHz (pour les tags HF) ou dans les bandes UHF (865-868 MHz en Europe et 902-928 MHz aux États-Unis). Description : Dans un entrepôt, des articles sont équipés de tags RFID, et des lecteurs RFID sont placés dans des points stratégiques pour suivre automatiquement le mouvement et l’emplacement des articles. La passerelle reçoit les données du lecteur RFID, traite l’information en temps réel pour détecter les articles manquants ou en stock, et peut envoyer des mises à jour régulières au système de gestion d'inventaire dans le Cloud. Avantage de la bande ISM : Les tags RFID UHF peuvent être lus à des distances plus longues, permettant une surveillance efficace sur de larges zones sans besoin de connexion réseau individuelle pour chaque tag. 81 82 70 Classification réseaux IOT Réseaux « courte distance » : de quelques centimètres à quelques mètres. Bluetooth Zigbee RFID Réseaux « longue distance » : de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres. Wi-Fi Réseaux cellulaires (2G, 3G, 4G, 5G) Sigfox LoRa Satellite 83 Classification réseaux IOT Selon typologie : WAN (Wide Area Network) : un réseau de plusieurs dizaines de kilomètres carrés LPWAN (Low Power Wide Area Network) : réseau de plusieurs dizaines de kilomètres carrés mais utilisant peu d’énergie (car peu de bande passante) PAN (Personal Area Network) : le réseau de quelques mètres (Bluetooth) LAN (Local Area Network) : le réseau Internet privé de votre domicile ou de votre entreprise (Wifi) Satellite : partout dans le monde pour peu de ne pas être dans un tunnel (GPS) 84 Classification réseaux IOT 85 Réseaux IOT courte distance 86 RFID Technologie RFID: Radio Frequency Identification, aussi apelée identification par radiofréquence ou radio-identification Elle permet l’identification et la traçabilité des produits d’une façon unique. Ce système permet de sauvegarder et récupérer des données à distance sur des étiquettes RFID, également appelées « Tags RFID ». Ces étiquettes sont collées ou incorporées dans des produits et sont activées par un transfert d’énergie électromagnétique. 87 RFID 88  Fonctionnement RFID Le fonctionnement d’une solution RFID Le lecteur RFID envoie des LES deux éléments peuvent lire et est basé sur deux éléments, une radiofréquences pour activer répondre aux signaux envoyés et étiquette RFID et un lecteur RFID. l’étiquette. L’étiquette radio reçoit le échanger des données entre eux. signal émis par le lecteur. 89 RFID 90 1. Une étiquette RFID se compose de : Une petite puce de circuit intégré contenant le numéro de série unique du produit. Une antenne enroulée capable de transmettre le numéro de série unique à un lecteur mobile ou fixe en réponse à une requête. 2. Un lecteur RFID qui capte les signaux des étiquettes RFID et envoie les données à la base de données. 3. la base de données où sont stockées les informations sur les objets étiquetés. 91 Types étiquettes RFID 3 types L’étiquette RFID passive compte sur l’énergie du signal électromagnétique du lecteur RFID pour fonctionner. Ce dernier doit donc se situer à proximité du produit à identifier et à tracer ; L’étiquette RFID active est équipée d’une batterie ou d’une pile. Elle peut ainsi transmettre des informations en continu à un lecteur situé à une plus longue distance ; L’étiquette RFID semi-passive est un mélange des deux technologies. Elle fonctionne grâce à une batterie qui alimente la puce RFID à des intervalles de temps réguliers. 92 Déterminer le type d'alimentation de l'étiquette Étiquette passive : N'a pas de batterie et est activée par l'onde radio du lecteur. Si l’étiquette ne répond pas sur de longues distances, il est probable qu’elle soit passive, car la portée est limitée par la puissance du lecteur. Étiquette semi-passive (ou semi-active) : Possède une petite batterie pour alimenter la puce, mais utilise le signal du lecteur pour communiquer. A généralement une portée plus longue que les étiquettes passives et offre une meilleure sensibilité de lecture. Étiquette active : Dispose de sa propre source d’alimentation (batterie) pour émettre des signaux périodiques. Peut être identifiée si elle fonctionne à de très longues distances (plusieurs dizaines de mètres) même sans lecteur RFID à proximité immédiate. 93 Standards RFID Le choix de l’étiquette RFID repose en partie sur les fréquences utilisées par les systèmes RFID : L’étiquette basse fréquence (125 kHz) ; L’étiquette haute fréquence (13,56 MHz) ; L’étiquette ultra haute fréquence (868 MHz). L’étiquette super haute fréquence (2,45 GHz). La fréquence joue sur la distance et la vitesse de lecture 94 Standards RFID Les étiquettes RFID UHF Les fréquences les plus hautes sont utilisées pour échanger plus d’informations à un débit plus important. Ainsi, les étiquettes UHF sont plutôt utilisées dans les domaines de la logistique où il y a un besoin de lecture rapide sur un grand nombre de produits à identifier et tracer. Les étiquettes RFID HF Les étiquettes HF sont utilisées pour des applications comme le contrôle d’accès, le paiement ou encore l’authentification. Par rapport aux étiquettes UHF, les étiquettes HF ont une distance de lecture plus courte. 95 Standards RFID BF – 125 KHz HF – 13,56 MHz UHF – 866 MHz SHF – 2,45 GHz DISTANCE DE LECTURE 0,5m 1m 0,1 à 6m 3m LIQUIDES +++ ++ - -- CORPS HUMAIN METAL +++ ++ - -- ENVIRONNEMENT VITESSE DE -- - ++ +++ COMMUNICATION DISTANCE DE -- - +++ +++ LECTURE/ÉCRITURE ANTI COLLISION -- ++ +++ +++ / -- Traçabilité Base NFC : contrôle animale, d’accès, paiement contrôle d’accès sans contact, EXEMPLES ou applications authentification Applications de Télépéage D’UTILISATION industrielles en des personnes logistique environnement (passeport contraint, … électronique), … 96 Avantages RFID Comparée aux technologies traditionnelles d’identification, la RFID optimise les opérations de lecture et permet : Une capacité de stockage supérieure à celle d’un code à barres Une lecture à distance sans contact Une lecture simultanée de plusieurs étiquettes Une lecture à l’aveugle Une capacité de modifier le contenu de l’information (réinscriptible) D’avoir un format de tag adapté au support et à son environnement 97 RFID: usages 98 Exercice: RFID vs Code à barre vs QR Code 99  QCM 1. Quelle est la principale fonction de la couche réseau dans un système IoT ? A) Gérer la présentation des données B) Assurer la communication entre les dispositifs IoT C) Protéger les données avec des mécanismes de sécurité D) Fournir des interfaces utilisateur 2. Quel est le rôle des passerelles (gateways) dans un réseau IoT ? A) Collecter et stocker des données B) Assurer l'interconnexion entre différents réseaux C) Effectuer des traitements d'analyse de données D) Tous les choix ci-dessus 100 3, La norme 802.15.4 est principalement utilisée pour : A) Les réseaux cellulaires B) Les communications Bluetooth C) Les réseaux Zigbee D) Les réseaux Wi-Fi 4. Quelle est la principale caractéristique de la communication dans un réseau IoT ? A) Haute bande passante B) Faible latence C) Faible consommation d'énergie D) Connexion permanente 5. Quel type de réseau est généralement utilisé pour les dispositifs IoT dans des zones étendues ? A) LAN (Local Area Network) B) PAN (Personal Area Network) C) WAN (Wide Area Network) D) MAN (Metropolitan Area Network) 101 1+ Réponse : 1+B 2+B 3+C 4+C 5+C 102 Exercice sur les Bandes de Fréquences ISM Contexte : Les bandes de fréquences ISM sont des bandes de fréquence spécifiques qui peuvent être utilisées sans licence dans de nombreux pays. Ces bandes sont souvent utilisées pour les communications sans fil dans des applications industrielles, scientifiques et médicales. Questions : 1.Identification des bandes ISM : Listez les bandes de fréquences ISM les plus couramment utilisées dans le monde et indiquez la fréquence (en MHz) de chacune d'elles. Correction: Bandes de fréquences ISM : 868 MHz (Europe) 915 MHz (Amérique du Nord) 2,4 GHz 5,8 GHz 1.Caractéristiques de transmission : a) Décrivez les caractéristiques techniques typiques d'une transmission utilisant la bande ISM à 2,4 GHz. b) Quel est l'impact de l'atténuation du signal sur les communications dans cette bande, notamment en milieu urbain ? 103 Correction: Caractéristiques de transmission a) Caractéristiques techniques à 2,4 GHz : Largeur de bande typique : 20 MHz (peut aller jusqu'à 40 MHz pour certains protocoles) Portée typique : 100 mètres en intérieur, jusqu'à 300 mètres en extérieur Sensibilité : Généralement autour de -85 dBm pour une bonne réception b) Impact de l'atténuation : En milieu urbain, la présence d'immeubles et d'autres obstacles peut causer des réflexions et des pertes de signal, réduisant ainsi la portée effective de la communication. 104  Applications des bandes ISM : a) Citez au moins trois applications courantes qui utilisent les bandes de fréquence ISM. Correction: Réseaux de capteurs sans fil, Télécommandes pour appareils électroniques, Dispositifs de suivi RFID Normes et protocoles : a) Nommez deux protocoles de communication qui fonctionnent sur les bandes ISM. Correction: ZIGBEE, LORAWAN 105 Zigbee 106 Zigbee caractéristiques Opère sur le protocole IEEE 802.15.4 Faible consommation de puissance / longue durée de vie de batterie Portée : 10 à 100 mètres Fréquences Débit Remarque 2.4 Ghz 250 kb/s Le plus utilisé (ISM) Interférence: Wifi; bluetooth 915 Mhz 40 kb/s Amérique (ISM) 868 Mhz 20 kb/s Europe. Meilleure pénétration des obstacles 107  Zigbee: Topologie (s) Nombre de noeuds 65000 (théorique) Nombre de sauts Illimité (théorique) 108  Identifier le Topologie? Chaque appareil peut communiquer directement avec d'autres appareils dans le réseau, et les messages peuvent être transmis de manière dynamique entre plusieurs appareils pour atteindre leur destination. (mesh) Un coordinateur central gère plusieurs routeurs, qui à leur tour gèrent d'autres appareils finaux ou routeurs en formant une structure en branches. Les appareils finaux ne communiquent qu'avec leurs routeurs parents. (Arbre) Un coordinateur central est relié à plusieurs appareils finaux. Tous les appareils communiquent directement avec le coordinateur, mais pas entre eux. (Etoile) 109 Zigbee: noeuds 3 types de noeuds Coordinateur Routeur Appareil d’Extrémité 110 Zigbee: noeuds Coordinateur point central du réseau pour définir des permissions, autoriser l’accès à d’autres appareils, et coordonner le réseau personnel. ➔ 1 seul par reseau se connecte au réseau filaire (ou Wifi) pour assurer la communication avec les autres équipements (ex: smartphone) 111 Zigbee: noeuds Routeur Tous les appareils à fonction complète, qui sont alimentés fonctionnent en tant que routeurs pour répéter le signal Zigbee. Les routeurs parlent à tous les autres appareils à portée sur le réseau et “répètent” le signal réseau. Appareil d’Extrémité Appareil à fonction réduite, ou fonctionnant sur batterie, ne répète pas et ne transmet pas les signaux. Ils ne se parlent pas entre eux. 112 Zigbee: avantages Géré par la zigbee alliance ➔ Normalisation à l’echelle industrielle (à partir de Zigbee 3.0) ➔ Interopérabilité des produits indépendamment des vendeurs à partir de Zigbee 3.0 ➔ Risque de non interopérabilité entre les produits plus anciens ➔ Environ 3600 objets zigbee en domotique compatibles entre eux 113 Zigbee: inconvénients Le coordinateur est le point de défaillance central. S’il tombe en panne ou est indisponible, tout le réseau devient injoignable Une fois le coordinateur est remplacé par un autre, la formation du réseau ne se refait pas automatiquement, il faut tout reconfigurer à nouveau. 114