Le Web 4.0 et l’internet des Objets

Les usages des technologies web 4.0 commencent à se faire connaître du « grand public », le Web 4.0 et l’internet des Objets est fortement lié aux changements du web. Selon l’Union Internationale des Télécommunications, l’Internet des Objets est une « infrastructure globale pour la société de l’information, qui rend les services avancés disponibles en reliant les objets (physiques ou virtuels) à travers les technologies de l’information et la communication interopérable.

D’un point de vue conceptuel, l’Internet des objets caractérise les objets physiques connectés. Connexion à un réseau ouvert sur Internet avec sa propre identité numérique et capable de communiquer les uns avec les autres. D’ici 2020, le Gartner Institute attend plus de 50 milliards d’objets connectés sur le marché. À travers cette perspective, nous pouvons dire que nous assistons à une véritable révolution numérique qui traite des transformations significatives dans nos modes de vie.

L’Internet des Objets et les nouveaux services

Certes, avec les progrès de la technologie nouvelles possibilités et services apparaissent. Par exemple: Les objets connectés produisent de grandes quantités de données (Big Data) dont le stockage et le traitement génèreront des milliards d’informations qui permettront aux entreprises de créer de nouveaux services. En ce qui concerne une amélioration majeure dans le secteur de l’industrie et de la logistique. Nous pouvons maintenant surveiller les machines à distance, effectuer une maintenance prédictive des équipements ou affecter la traçabilité des produits.

Dans l’automatisation résidentielle, l’IdO couvre tous les appareils de communication, capteurs (thermostats, détecteurs de fumée, présence …), les compteurs intelligents et les systèmes de sécurité reliés aux appareils de type boîtier domotique. Dans le domaine de l’environnement, ce sont des capteurs qui surveillent la qualité de l’air, la température, le niveau sonore, l’état d’un bâtiment, etc.

Le phénomène l’IdO est également très visible dans le domaine de la santé et du bien-être avec le développement de montres, de bracelets et d’autres capteurs connectés qui surveillent les signes vitaux.

Les Standards

Le Web 4.0 et l'internet des ObjetsD’abord le manque de normes peut perturber le bon usage et le développement de solutions avec l’IdO, puisque chaque application a ses données différemment. Les dernières années, les protocoles d’application se sont multipliés. Actuellement un vrai casse-tête pour les concepteurs d’appareils connectés, les développeurs, les hébergeurs, etc. Ainsi il est souvent difficile pour les développeurs électroniques de choisir entre les options de connectivité, lorsqu’ils travaillent avec des applications et des systèmes pour l’Internet des Objets.

Notamment de nombreuses technologies de communication sont bien connues telles que WiFi, Bluetooth, ZigBee et téléphone portable 2G / 3G / 4G, mais il existe également plusieurs nouvelles options de réseau émergentes. Des facteurs tels que: le type d’application, la bande passante, les exigences en matière de données, les exigences en matière de sécurité et d’énergie, la durée de vie de la batterie sont quelques-uns des facteurs qui déterminent le choix de l’utilisation. Nous listons ci-dessous certaines des technologies de communication clés offertes aux développeurs :

Bluetooth

Bluetooth

Une technologie de communication à courte portée importante est, bien sûr, le Bluetooth, qui est devenu très important dans l’informatique et sur de nombreux marchés de produits de consommation. Le nouveau Bluetooth Low-Energy (BLE) – ou Bluetooth Smart, comme il est maintenant étiqueté – est un protocole important pour les applications l’IdO. Il est important de noter que, tout en offrant une portée similaire à Bluetooth, il est conçu pour offrir une consommation d’énergie considérablement réduite.

Cependant, Smart / BLE n’est pas vraiment conçu pour le transfert de fichiers et convient mieux aux petites données. Il a un grand avantage en raison de son intégration dans les smartphones et de nombreux autres appareils mobiles.

Zigbee

ZigBee

Zigbee est un protocole de communication sans fil à courte portée largement utilisé dans la domotique et dans l’industrie. Les protocoles ZigBee PRO et ZigBee Remote Control (RF4CE), entre autres profils ZigBee disponibles, sont basés sur le protocole IEEE802.15.4. Il est préférable dans les applications où une faible puissance est requise et l’échange de données est peu fréquent à de faibles débits de données. La faible consommation d’énergie, l’évolutivité élevée, la sécurité et la durabilité rendent le Zigbee adapté aux applications M2M et l’IdO.

Z-Wave

ZWave

Z-Wave est une technologie de communication RF de faible puissance conçue principalement pour l’automatisation résidentielle pour des produits tels que les contrôleurs de lampes et de capteurs, entre autres, avec des débits de données jusqu’à 100kbit / s. En fonctionnant à 900 MHz, il n’est pas affecté par le Wi-Fi et d’autres protocoles de communication sans fil fonctionnant à 2,4 GHz, tels que Bluetooth et Zigbee. Optimisé pour une communication fiable et à faible latence de petits paquets de données Z-Wave est un protocole plus simple, mais le seul fabricant de puces est Sigma Designs par rapport à diverses sources pour d’autres technologies sans fil telles que ZigBee et autres.

RFI

RFID

L’identification par radiofréquence (RFID) est l’utilisation sans fil des champs électromagnétiques pour identifier les objets. La RFID courte portée mesure environ 10 cm, mais la portée longue peut aller jusqu’à 200m. Ce protocole a été spécialement conçu pour que les appareils sans batteries puissent envoyer un signal. Dans la plupart des systèmes, un côté d’un système RFID est alimenté, créant un champ magnétique, qui induit un courant électrique sur la puce. Cela crée un système avec assez de puissance pour envoyer des données sans fil encore et encore. Pour cette raison, les étiquettes RFID sont utilisées à des fins d’expédition et de suivi..

6LoWPAN

LoWPAN

6LoWPAN qui est un protocole de communication basé sur IP est un acronyme pour IPv6 sur réseau personnel sans fil de faible puissance. Le 6LoWPAN permet donc aux appareils plus petits dotés d’une capacité de traitement limitée de transmettre des informations sans fil à l’aide d’un protocole Internet. Le détail le plus important de 6LoWPAN est IPv6. La norme a la liberté de bande de fréquence et de couche physique et peut également être utilisé dans diverses plates-formes de communication, y compris Ethernet, Wi-Fi, 802.15.4 et ISM sous-1GHz. Conçu pour envoyer des paquets IPv6 sur des réseaux basés sur IEEE802.15.4 et implémenter des standards IP ouverts, y compris TCP, UDP, HTTP, COAP, MQTT et websockets, le standard fournit des nœuds adressables de bout en bout, permettant à un routeur de se connecter au réseau à IP.

Thread

Thread

Un nouveau protocole réseau IPv6 basé sur IP et destiné à l’environnement domotique est le thread. Basé sur 6LowPAN, et aussi comme ça, ce n’est pas un protocole d’application l’IdO comme Bluetooth ou ZigBee. Cependant, du point de vue de l’application, il est principalement conçu comme un complément au WiFi car il reconnaît que même si le Wi-Fi est bon pour de nombreux appareils grand public, il a des limites pour une utilisation dans une installation domotique.

Wifi

Wifi

La connectivité Wi-Fi est souvent un choix évident pour de nombreux développeurs, en particulier en raison de la pénétration du WiFi dans l’environnement domestique sur les réseaux locaux, mais elle nécessite une consommation d’énergie élevée.

Actuellement, la norme WiFi la plus répandue dans les foyers et dans de nombreuses entreprises est la norme 802.11n, qui offre un débit important dans la plage des centaines de mégabits par seconde. Généralement, la portée de la technologie Wi-Fi est de 10 mètres, mais la connectivité Wi-Fi peut être fournie jusqu’à 30 kilomètres en utilisant des antennes privées.

Cellular

Toute application l’IdO nécessitant un fonctionnement sur de longues distances peut tirer parti des fonctionnalités de communication cellulaire GSM / 3G / 4G. Bien que le mobile soit capable d’envoyer de grandes quantités de données, en particulier pour la 4G, la consommation d’énergie et les dépenses seront très élevées pour de nombreuses applications. Toutefois, cela peut être idéal pour les projets de données à faible bande passante sur Internet. Un produit clé dans ce domaine est la gamme de produits SparqEE, y compris la carte de développement CELLv1.0 à faible coût et une série de cartes de connexion blindées pour les plates-formes Raspberry Pi et Arduino.

NFC

NFC

NFC (Near Field Communication) est une technologie qui permet des interactions bidirectionnelles simples et sécurisées entre des appareils électroniques et particulièrement applicables aux smartphones, permettant aux consommateurs d’effectuer des transactions de paiement sans contact, d’accéder au contenu numérique et de connecter des appareils électroniques. Essentiellement, il étend la capacité de la technologie de la carte sans contact et permet aux appareils de partager des informations distantes de moins de 4 cm.

Sigfox

Une technologie alternative de grande envergure est Sigfox, qui en termes de portée vient entre WiFi et cellulaire. Il utilise des bandes ISM, qui sont libres d’utiliser sans avoir besoin d’acquérir des licences, pour transmettre des Sigfoxdonnées à travers un spectre très étroit vers et à partir d’objets connectés. L’idée de Sigfox est que pour de nombreuses applications M2M fonctionnant sur une petite batterie et ne nécessitant que de faibles taux de transfert de données, la gamme WiFi est très courte, alors que le téléphone est très cher et consomme beaucoup d’énergie. SigFox et ses partenaires montent des antennes dans des tours (comme une entreprise de téléphonie cellulaire) et reçoivent des transmissions de données à partir de dispositifs tels que des capteurs de stationnement ou des compteurs d’eau.

Déjà déployé sur des dizaines de milliers d’objets connectés, le réseau est actuellement lancé dans les grandes villes européennes, dont dix villes au Royaume-Uni. Le réseau offre un réseau robuste, économe en énergie et évolutif qui peut communiquer avec des millions d’appareils fonctionnant sur batterie dans des zones de plusieurs kilomètres carrés, ce qui le rend approprié pour de nombreuses applications M2M qui doivent inclure des compteurs intelligents, des moniteurs patient, des dispositifs de sécurité, éclairage et capteurs environnementaux.

Neul

Neul

Semblable à Sigfox et fonctionnant dans la gamme inférieure à 1 GHz, Neul profite de très petites tranches du spectre White Space du téléviseur pour offrir une évolutivité élevée, une couverture élevée, une faible consommation et des réseaux sans fil à faible coût. Les systèmes sont basés sur la puce Iceni, qui communique en utilisant la radio en espace blanc pour accéder au spectre UHF de haute qualité maintenant disponible en raison de la transition de la télévision analogique à la télévision numérique.

La technologie de communication s’appelle Weightless, qui est une technologie de réseau sans fil de grande portée conçue pour l’IoT, en concurrence avec les solutions GPRS, 3G, CDMA et LTE WAN existantes. Les débits de données peuvent varier de quelques bits par seconde jusqu’à 100 kbps sur le même lien; et les appareils peuvent consommer 20 à 30 mA de batteries 2xAA, ce qui signifie 10 à 15 ans sur le terrain.

LoRaWan

LoRaWAN

LoRaWAN, similaire à Sigfox et Neul, est orienté vers les applications WAN (Wide Area Network) et est conçu pour fournir des WAN à faible consommation avec des fonctionnalités spécifiquement requises pour prendre en charge la communication bidirectionnelle mobile à faible coût dans les l’IdO, M2M et smart applications urbaines et industrielles. Optimisés pour une faible consommation d’énergie et prenant en charge de vastes réseaux avec des millions et des millions d’appareils, les débits de données vont de 0,3 kbps à 50 kbps.

 

MQTT (Télémétrie Message Queue Transport)

Il a été créé il y a environ 15 ans pour surveiller les nœuds de capteurs distants et conçu pour économiser de l’énergie et de la mémoire. Il est basé sur le modèle de communication ‘Publish Subscribe’. En utilisant MQTT, un périphérique connecté peut s’abonner à n’importe quel nombre de threads hébergés par un courtier MQTT. En général, il s’agit d’un protocole léger qui s’exécute sur les périphériques embarqués et les plates-formes mobiles. Les bonnes performances et la fiabilité de MQTT sont démontrées par Facebook Messenger, Amazon IoT (AWS-IoT), IBM Node-Red etc. Des organisations qui l’utilisent pour servir des millions de personnes chaque jour.

CoAP (protocole d’application restreint)

Le protocole d’application restreint (CoAP) est un protocole d’application Internet pour les dispositifs restreints (défini dans la RFC 7228). Il permet aux périphériques restreints de communiquer avec l’Internet plus large en utilisant des protocoles similaires.

Le CoAP est conçu pour être utilisé :

  • Entre des périphériques sur le même réseau restreint ;
  • Les périphériques et les nœuds généraux sur Internet ;
  • Entre des appareils sur différents réseaux connectés par Internet.

C’est un protocole client / serveur et fournit un modèle d’interaction individuel « demande / rapport » avec des adaptations multicast. Compatible avec Internet, il est conçu pour interagir avec HTTP et REST Web via des proxy simples. Les deux protocoles de messagerie MQTT et CoAP apparaissent comme les principaux protocoles légers pour le marché croissant de l’IdO.

Réseaux mobiles

Le réseau mobile ou, en d’autres termes, le réseau cellulaire, signifie des protocoles de communication sans fil tels que 2G, 3G et 4G. Il est facile d’envoyer et de recevoir des données en grande quantité, notamment via 4G.

Réseaux mobiles

Les exigences de coût élevé et de puissance élevée sont les inconvénients de cette technologie, mais avoir une portée élevée de 200 km sera utile pour les applications mobiles dans la zone l’IdO. S’il est basé sur LTE Advanced, qui est une technologie 4G, le débit maximal de ce protocole de communication est de 1 Gbit /s.

Il existe de nombreux protocoles et standards du marché qui sont spécifiquement conçus pour ou peuvent être utilisés pour l’IdO. Nous avons mentionné ci-dessus certains d’entre eux et d’autres tels que les WebSockets Wi-Fi, ZigBee, LoRA, RF simple, XMPP, RFID, NFC etc. Le choix d’une personne doit être basé sur les exigences de conception et les restrictions d’application que vous envisagez de développer. Les possibilités dans l’espace l’IdO sont infinies.

Les défis de l’IdO

L’IdO est un écosystème complexe, dont chacun nécessite des connaissances particulières. Cependant, de nombreuses initiatives, loin d’être formelles, sont encore expérimentales, tandis que le manque de compétences en l’IdO est le deuxième défi auquel sont confrontés les porteurs de projets après les coûts initiaux.

Les défis de l'IdO

Pour travailler avec cette grande quantité de données, les entreprises ont encore beaucoup à préparer. La maîtrise des compétences est nécessaire pour gérer la diversité et la complexité des projets l’IdO. Parmi les principaux travaux de l’IdO, citons: la gestion de projet, le matériel et les réseaux, les logiciels et la connectivité, le cloud computing, le Big Data, l’analytique, la sécurité numérique et les affaires.

Dans le cas de l’IdO, lorsque la technologie change, les protocoles et les dispositifs aussi. Selon le rapport de recherche 451 Research beaucoup d’entreprises ne répondent toujours pas aux exigences pour gérer ces données de façon satisfaisante. 46% des entreprises ont des difficultés à pourvoir des postes liés à la technologie l’IdO et aujourd’hui. Leurs principaux défis impliquent de nouveaux moyens de stockage, d’analyse et de sécurité des données.

C’est à nous d’exploiter le potentiel de l’Internet des objets et d’inventer les usages de demain.

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