IoT : l'acronyme d'une nécessité contemporaine

2 Juin 2021
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Depuis l'avènement de l'Internet et du World Wide Web, les consommateurs ont pris conscience des immenses avantages de l'interconnexion : transfert facile d'informations, possibilité d'accéder à des équipements distants, de communiquer et de travailler avec des personnes situées à l'autre bout du monde, pour ne citer que quelques avantages.

Les avantages de cette interconnexion numérique ont conduit à la naissance de nouvelles technologies et de nouveaux champs d'application pour les technologies existantes : industriel (l'architecture SCADA, les protocoles tels que Modbus et Profibus, par exemple), énergie/services publics (protocoles DNP3), machine to machine (M2M), BMS (système de gestion de bâtiment avec protocoles BACnet, KNX, X10) ou le concept Industrie 4.0.

 

Bien entendu, cette tendance actuelle à la numérisation et à l'interconnexion ne s'applique pas seulement à l'industrie. Les consommateurs, conscients des avantages apportés pas une simple télécommande de télévision, ont cherché à accéder aux éléments connectés de leur maison par le biais d'Internet. Pourquoi ne pas régler le système de chauffage de la maison avant de quitter le bureau ? Pourquoi ne pas contrôler un appareil qu'on a oublié d'éteindre, branché à distance, pendant les vacances ?

 

Ce besoin d'interconnecter les objets qui nous entourent a généré le concept de l'IoT, l'Internet des objets : des millions d'appareils connectés, interconnectés dans le grand réseau Internet, transmettant des informations, recevant des messages et effectuant des actions.

 

De nombreuses personnes associent le concept de l'IoT à celui de maison connectée ou aux biens de consommation. La réalité est que ce concept d'interconnexion des objets est mis en œuvre dans toutes les industries, apparaissant sous des acronymes spécifiques : IIoT (l'Internet industriel des objets), IoMT (l'Internet des objets médicaux) ou encore V2X (Véhicule-à-Tout). Même les tags NFC et les codes QR sur les produits ont conduit à l'apparition du terme « Internet du Packaging ».

 

Le concept de l'IoT résume une multitude de technologies, allant des dispositifs autonomes embarqués qui commencent à être interconnectés, des interfaces physiques et des protocoles de communication utilisés jusqu'au serveur et aux données sécurisées stockées dans le Cloud.

 

Quels sont les appareils qui sont généralement interconnectés ?

Tous les dispositifs possibles et inimaginables, qui peuvent apporter une amélioration ou faciliter la vie quotidienne de l'homme moderne. Que l'on parle de la qualité du cadre de vie, de l'efficacité de la productivité du travail ou de l'augmentation du confort. Cela peut être :

  • une prise électrique intelligente (qui peut être allumée et éteinte à des milliers de kilomètres de distance) ;
  • une caméra vidéo installée dans une salle d'opération qui permet aux médecins résidents d'un autre pays d'observer l'opération (ce qui facilite la formation de nouveaux spécialistes) ;
  • un compteur de gaz qui transmet périodiquement la consommation instantanée et la consommation totale ;
  • un capteur environnemental qui transmet le niveau de pollution et la température ambiante ;
  • un robot dans une usine qui transmet la position actuelle, l'état, le nombre d'opérations effectuées, permettant ainsi l'analytique de données ;

 

Le fait que la gamme de dispositifs pouvant être inclus dans le concept de l'IoT soit si diversifiée les différencie dans la mise en œuvre par :

  • La source d'énergie : l'appareil n'est pas connecté au réseau électrique national - doit-il être alimenté par une batterie/un accumulateur ?
  • Les données à transmettre et la périodicité : l'objet transmettra un petit paquet de données de manière sporadique (exemple : un commutateur connecté) ou transmettra un flux continu de données (exemple : une webcam) ;
  • L'environnement de travail et les facteurs externes : s'agit-il d'une balise en mer qui transmet des données ? S'agit-il d'une passerelle dans un panneau d'automatisation d'une usine ? S'agit-il d'un système audio connecté dans une chambre d'étudiant ?

 

Toutes ces exigences ont un rôle majeur dans le conditionnement de l'environnement de transmission et des protocoles utilisés :

 

  • Transmission sur le réseau 110 Vac/230 Vac, en bénéficiant de l'infrastructure déjà créée et en utilisant des protocoles KNX, X10 spéciaux. Ceux-ci sont plus spécifiques aux systèmes de GTB, mais pas uniquement.
  • Transmission par câble torsadé : soit la transmission en série (RS232, RS485, CAN) utilisant les protocoles Modbus ou Profibus spécifiques au domaine industriel ; soit la transmission par câble Ethernet où l'on retrouve la suite TCP/IP avec pour protocoles principaux : MQTT, HTTP, UDP, ONVIF (protocoles situés dans la catégorie de l'IoT pour les particuliers), mais aussi Profinet, Modbus sur TCP/IP (protocoles spécifiques au domaine industriel et à l'automatisation).
  • Transmission radio, la bande 433 MHz, 868 MHz (bande NSRD, gratuite dans la plupart de l'UE) est utilisée principalement pour les dispositifs IoT spécifiques aux consommateurs domestiques avec divers protocoles développés en interne ou publics (par exemple SimpliciTi - Texas Instruments). Tout cet environnement sans licence est utilisé par le protocole LoRaWAN, la modulation LoRa, permettant d'obtenir de longues distances de transmission (~ 10 km) avec une faible consommation d'énergie. Un autre protocole qui mérite d'être mentionné est Z-Wave, également dédié aux utilisateurs domestiques.
  • Transmission radio, bande 2,4 GHz, 5 GHz, où des protocoles tels que Bluetooth, Bluetooth Mesh (2,4 GHz), WiFi, Thread, ZigBee, KNXnet/IP ont été mis en œuvre. Ils permettent des taux de transfert plus élevés et certains bénéficient de l'infrastructure existante (par exemple le WiFi).
  • Transmission par le réseau GSM/GPRS et ses évolutions ultérieures permettent de couvrir les distances globales qui permettent l'utilisation de la suite TCP/IP, mais aussi des applications spécifiques : SMS ou NB-IoT.


Nous en avons énuméré quelques-uns, mais comme vous pouvez le constater, le nombre de ces supports et protocoles de transmission est très diversifié. Cela permet la diversité, mais il reste plusieurs questions qui ne sont pas entièrement résolues : la compatibilité, la standardisation, la sécurité des données transmises, etc.

Il existe toutefois des moyens/protocoles de communication qui ont passé l'épreuve du temps. Il en existe également d'autres qui sont en phase de démarrage mais qui connaissent un développement / une acceptation particuliers. Retenons : RS485, CAN, LoRa, Bluetooth, Wifi et Modbus, Profibus / Profinet, MQTT, LoRaWAN, OPC UA, suite TCP/IP.

 

Les deux éléments présentés ci-dessus (l'appareil et le moyen de transmission) ne définissent pas complètement le concept de l'IoT. L'élément qui répond à la question reste à définir : où convergent les informations véhiculées ?

Pour répondre à cette question, les concepts IoT contiennent généralement un élément central, un serveur. Qu'il s'agisse d'un serveur local, le nôtre, ou qu'il soit question d'utiliser une plate-forme commerciale, un tel serveur (pour utiliser un nom générique de « concentrateur d'informations » est nécessaire dans 99 % des cas).

Il existe actuellement sur le marché de grandes plates-formes commerciales qui fournissent des services (traitement des serveurs et stockage dans le Cloud) spécifiquement conçus pour servir l'industrie de l'IoT.

Il existe également des plates-formes « open source » qui s'adressent aux particuliers ayant des connaissances techniques. Chacun peut mettre en œuvre son serveur et peut fabriquer ou intégrer ses propres dispositifs.

Les principaux protocoles de communication (MQTT, ONVIF, ZigBee, Z-Wave) sont intégrés, mais il est également possible d'intégrer des appareils de fabricants connus.

Il est également possible d'intégrer des modules matériels personnalisés, des API et des cadres qui peuvent être facilement utilisés pour développer des dispositifs et des solutions complètes dans les délais les plus courts possibles.

 

En lisant la première partie de l'article, on peut être amené à penser que l'explosion du concept de l'IoT a été principalement déterminée par la nécessité de cette interconnexion. Il existe cependant un autre facteur important : le stockage des informations, la possibilité d'avoir un historique numérique.

Pour l'utilisateur habituel, qui considère la définition de l'IoT uniquement sous l'angle du concept de la maison connectée, l'important est de pouvoir allumer la climatisation avant de rentrer chez soi. Chez AUSY, notre objectif est de soutenir la communauté, de soutenir nos partenaires, de faciliter l'accès à la connaissance de l'IoT, d'apprendre ensemble et de façonner notre avenir.

Le concept de l'IoT ouvre de nouvelles opportunités (dans le domaine de l'intelligence artificielle, par exemple). De nouveaux concepts sont développés, comme la communication directe entre des appareils connectés avec un haut degré d'autonomie, le développement de modèles de prédiction dans divers domaines : climat, pollution, faune locale et migration, prédiction de l'activité sismique, prédiction dans le secteur des services publics (eau, énergie, ordures) ou des transports publics.

Depuis plusieurs décennies, nous sommes témoins de cette tendance à l'interconnexion numérique, tant du point de vue du human2human (humain à humain), du human2machine (humain à machine), que du human2environment (humain à environnement).

 

Et peut-être devons-nous également garder à l'esprit que nous devons développer d'autres éléments (très importants d'un point de vue social) en plus de ce développement technologique qui conduit à la diffusion de ce concept : éduquer et informer les utilisateurs sur ces notions, ce qu'elles impliquent, quels avantages elles apportent, et les responsabilités qui y sont associées :

  • la standardisation du secteur, la standardisation qui assurera la compatibilité.
  • le cadre législatif, souvent négligé, mais qui est également nécessaire pour la protection des utilisateurs, du consommateur de dispositifs IoT, et l'information.

 

A propos des auteurs

Petru Muraru

Petru fait partie d'AUSY depuis 2009 en tant qu'ingénieur SW.  Au cours de cette période, il a eu l'occasion de participer à de multiples projets, en travaillant avec différents clients et partenaires, couvrant une grande variété de domaines et de technologies (Telecom/Automobile/Transport/IoT/Cloud Services). Ce n'était qu'un début car à partir de 2021, un nouveau défi et une nouvelle opportunité se présentent : assurer la direction de l'ensemble des activités concernant la CoE IoT au sein d'AUSY.

 

Dan Pasare

Dan a rejoint AUSY en 2019, apportant son expérience dans le développement de produits industriels. Depuis qu'il a rejoint AUSY, il a participé à un projet automobile en tant que développeur SW senior. En même temps, il est un membre actif de la communauté technologique locale d'AUSY. Passionné par la technologie et enthousiaste pour partager et trouver des solutions innovantes, des aspects clés de la fondation de notre Centre of Expertise IoT.