L’Internet des Objets : 101

Nous lançons une série d’articles sur l’Internet des objets (IoT) dans le but de donner une vision globale et une bonne compréhension du domaine. À travers cette série d’articles, nous tenterons de couvrir les différentes couches de l’écosystème IoT : de la couche matérielle à la couche applicative, en passant par la couche protocolaire. Nous aborderons aussi l’importance de la donnée dans l’IoT, ainsi que les défis de la sécurité. Nous présenterons les différentes technologies mises en place avec quelques exemples pratiques d’implémentation.

Nous entamons donc cette série d’articles avec une petite introduction générale à l’IoT où nous présentons les différents concepts qui seront détaillés dans nos prochains articles.

Bonne lecture !

C’est quoi l’IoT ?

En 1989, Mark Weiser, professeur à Berkeley et considéré comme le père de l’informatique ubiquitaire, avait une vision d’un monde où la technologie disparaissait dans les objets de la vie quotidienne. Aujourd’hui, sa vision commence à prendre forme : avec le développement informatique et électronique, tout se miniaturise et se connecte à Internet : du téléphone, aux SmartWatchs, aux capteurs. On parle désormais de l’Internet des objets (IoT). Le terme IoT a été utilisé pour la première fois au laboratoire Auto-ID center au MIT en 1999, où ils travaillaient sur l’identification de la fréquence radio (RFID) en réseau et sur les technologies de détection émergentes.  Depuis 2013, le dictionnaire OXFORD définie l’IoT comme: « The interconnexion via the Internet of computing devices embedded in everyday objects, enabling them to send and receive data »

La quantité d’objets connectés se multiplie à grande vitesse. D’après Cisco, on prévoit 50 milliards d’objets connectés dans le monde d’ici 2020. En France, de plus en plus de startups émergent dans le domaine de l’IoT, à l’image de Withings, Netatmo ou Sigfox, avec un marché estimé à 500 millions d’euros d’ici 2016 d’après l’IDC.

Les usages de l’IoT se diversifient et touchent quasiment tous les domaines : la maison connectée, la santé et le bien être, les voitures connectées, etc. Mais l’IoT ne se limite pas aux consommateurs finaux ; il s’étend aussi aux collectivités à l’image des villes intelligentes ou encore aux business tels que l’industrie et l’agriculture.

Comment ça Marche ?

Comme introduit au début, l’écosystème IoT est assez complexe, car il intègre plusieurs technologies et domaines de compétences. Un système IoT englobe, généralement, à la fois du hardware, des protocoles de communication, du software, du cloud et du mobile. Ainsi, un projet IoT nécessite d’avoir une équipe pluridisciplinaire.

On peut décomposer un système IoT en 4 fonctionnalités distinctes comme le montre la figure ci-dessous :

source: factorysystemes

1. Collecter / Actionner :

A cette étape, on est au niveau de l’objet connecté. On parle de capteurs qui permettent de faire des mesures de l’environnement physique (ex : température, humidité, bruit) et des actionneurs qui peuvent agir sur l’environnement (ex: des moteurs pour fermer ou ouvrir une porte). Certains objets peuvent être dotés de capacités électroniques, informatiques et réseaux qui leur permettent de se connecter directement au réseau Internet. Mais généralement, ayant des contraintes matérielles et logicielles (autonomie limité, capacité de traitement limité, pas de stack réseau, etc), les objets implémentent des protocoles de communication à basse énergie / bas débit et communiquent avec le réseau internet à travers une passerelle « gateway ». Un exemple de cette gateway est notre téléphone portable qui permet de collecter les données de ma smartwatch.

Les protocoles de communication basse énergie / bas débit peuvent être classés selon leur portée: courte (ex: BLE, NFC), moyenne (ex: Zigbee) ou longue (ex. : Sigfox et LoRa).

2. Communiquer :

C’est l’étape qui permet l’envoi des données depuis le réseau local vers le cloud. On parle essentiellement des protocoles pour transporter la donnée et on peut en distinguer deux modèles : Le modèle Publish / Subscribe  avec des protocoles de type MQTT et le modèle REST avec des protocoles comme HTTP ou encore CoAP.

3. Exécuter :

C’est l’étape de stockage et de traitement de la donnée. À cette étape on parle souvent de « Plate-forme IoT » qui est souvent une solution cloud capable de connecter plusieurs objets connectés, stocker leurs données, les traiter, les analyser et les exposer à travers différentes applications. Les plateformes IoT permettent aussi de faire communiquer de objets hétérogènes. Ces plateformes se multiplient de nos jours (Amazon, Google, Microsoft, etc.) et on parle même de « guerre des plateformes IoT».

4. Visualiser :

C’est l’étape qui permet d’exposer les services des objets connectés à travers différentes applications dédiées. Un utilisateur, à travers une application mobile, peut par exemple communiquer avec ses objets en consultant leurs données ou en envoyant des actions vers ses objets.

Que reste-t-il à faire ?

Aujourd’hui, beaucoup de travaux sont faits sur des cas d’utilisation IoT où une personne interagit avec un objet ou un objet qui communique avec un autre. Mais la vision IoT 2020 est beaucoup plus large que cela. On parle plutôt  d’objets en mode plug’n play, capables de se découvrir et de communiquer entre eux. On parle de réseaux d’objets connectés qui embarquent de l’intelligence et sont capables de faire des actions de façon autonome.

Ainsi, des nouveaux usages sont possible comme l’assistance productive à la personne ou l’assistance médicale à distance et la prédiction des maladies. Au niveau de la ville, on peut imaginer des usages comme la prédiction des bouchons et des retards, un meilleur management de la distribution de l’énergie ou encore une meilleure sécurité grâce à la prédiction des crimes.

Pour atteindre cette vision, plusieurs challenges restent à relever, nous listons les plus importants :

1. L’interoperabilité des objets : Aujourd’hui, l’hétérogénéité des protocoles de communications en IoT reste un casse-tête à gérer car il n’existe pas de standard de communication. Cependant, de nombreux efforts sont réalisés,  à l’image des réseaux Sigfox et  LoRA.
2. La gestion de la donnée : D’après l’IDC, 35% de la donnée digitale proviendra de l’IoT d’ici 2020 et 90 % de cette donnée sera stockée dans le cloud. Il est donc important d’avoir des plateformes échelonnables et capables de traiter des données en temps réel. On parle aujourd’hui, par exemple, du Fog Computing comme approche cloud pour l’IoT.
3. La sécurité et le respect de la vie privée : Les données IoT étant critiques (ex. : les données de santé), des initiatives sont en cours pour mettre en place des standards de sécurité pour l’IoT :  Comment sécuriser la chaine IoT de l’objet jusqu’à la donnée ? Comment assurer la confidentialité de ces données ? Comment éviter le Bigbrother ?

A travers ce premier article, nous avons introduit et donné une vision ensemble sur  le sujet de l’Internet des Objets. Ainsi, nous avons essayé d’abord de définir le terme IoT , ensuite, nous avons présenté d’une façon globale l’écosystème IoT et les différentes briques technologiques. Enfin, nous avons  présenté la vision 2020 de l’IoT et les challenges techniques qui restent à  relever pour l’atteindre. Les prochains articles traiteront plus en details les différentes parties de l’écosystème IoT. Ainsi nous aborderons successivement: la partie hardware et réseaux Low energy, la partie protocoles d’envoi de données, la partie plateforme cloud pour l’IoT, la partie analyse et exploitation de la donnée IoT et la partie sécurité. Stay Tuned!