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Revue 172 - L'Internet des objets et la Grille Intelligente

Articles Revue TELECOM

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10/04/2014


L’Internet des objets et


la Grille Intelligente

 




Propos de Claude Chaudet recueillis par Michel Cochet (1973) dans la revue TELECOM n° 172
 

De plus en plus d’objets disposent de petites capacités de calcul, de stockage et sont équipés de modules de communication. Nous pouvons d’ores et déjà, être informés sur le fonctionnement de notre domicile et de notre environnement et les contrôler. Le chauffage peut augmenter ou baisser, l’éclairage pourra s’activer, s’arrêter en fonction de la détection de personnes.
Le réfrigérateur peut générer automatiquement sa liste de courses.
Le véhicule électrique pourra un jour se présenter à l’heure demandée au domicile, au bureau, optimisera son trajet en fonction des embouteillages et trouvera seul sa zone de parking en sélectionnant une charge adaptée à son utilisation. Beaucoup d’objets connectés sont aujourd’hui commercialisés mais fonctionnent de manière isolée. L’interconnexion de ces objets entre eux, leur permettant d’agir et de prendre des décisions sans intervention humaine explicite ouvre la voie à de nombreuses applications dans des domaines variés, en particulier la gestion de la production, de la distribution et de l’utilisation de l’énergie.


Michel Cochet : Claude Chaudet, comment l’Internet des objets est-il apparu et pourquoi son application à la grille intelligente ?

Claude Chaudet : L’Internet des objets se base sur une interconnexion, dans un réseau global, de tous type d’objets (souvent très petits) communicant en général grâce à une interface sans-fil (radiofréquences). Il est alors possible d’interagir à distance avec chaque objet et de laisser les objets dialoguer entre eux pour adapter leur comportement. L’Internet des objets est possible aujourd’hui grâce aux avancées de l’électronique et de l’informatique ainsi qu’à l’omniprésence des réseaux sans-fil (cellulaires, réseaux locaux sans-fil, Personal Area Networks) qui interconnectent de « gros objets » : ordinateurs et smartphones. Plusieurs technologies et protocoles proviennent en outre du monde des réseaux de capteurs qui cherchent à améliorer l’efficacité des objets face aux contraintes de capacité, de taille mémoire et d’énergie limitées.

Plusieurs applications sont aujourd’hui une réalité. On peut trouver aujourd’hui une pléthore d’objets connectés dans domaine de la santé ou de la supervision de certains paramètres corporels pour les sportifs ou plus largement ce que les anglo-saxons appellent lequantify self. Dans le domaine médical, la surveillance de certaines populations à risque (diabétiques, cardiaques, etc.) est aussi une application phare.

On parle aussi beaucoup de domotique, de l’habitat intelligent avec la possibilité de commander la lumière, les volets, le chauffage, la sécurité, etc. afin d’automatiser le fonctionnement de sa maison ou d’optimiser sa consommation énergétique.

Au delà de la maison isolée, plusieurs applications sont d’ailleurs en cours de conception dans le domaine de la gestion de l’Energie au niveau des quartiers et des villes (smart grids). Il s’agit à la fois de rendre la demande plus intelligente et de mieux gérer la micro production. Il est impossible de stocker l’énergie et son transport sur de longues distances génère des pertes. L’opérateur électrique a donc intérêt à permettre l’utilisation de cette énergie au plus proche de sa production, et à adapter sa production propre en fonction des besoins résiduels.

Au niveau de la grille dite « intelligente », les premiers compteurs apparaissent. Pour le moment, ils sont communicants mais ils pourraient être imaginés avec beaucoup plus de fonctionnalités qui sont à développer au fur et à mesure que les offres de service vont apparaître. Cela permettra d’adapter la tarification au type de demande, au moment où elle se produit de rémunérer les reports de charge en cas de besoin. Cela permettra aussi de gérer les flux de micro-production en intervenant en permanence sur la demande.

La grille électrique va donc devenir rapidement un des champs d’application privilégié. Des objets, qu’il s’agisse de charges ou d’unités de micro production, vont fournir des informations et il sera possible d’envoyer des commandes tout d’abord au niveau de la résidence puis du quartier, ensuite de la ville et de la région. De cette manière il y aura une meilleure adaptation de la production à la demande en considérant des critères supplémentaires de disponibilité de puissance, de confort, de mode de vie, de prix des énergies, etc.

Enfin, les possibilités dans le domaine industriel sont aussi très nombreuses. Toutes les industries et toutes les usines n’auront pas les mêmes besoins mais on voit bien certaines industries avec des procédés complexes (tel que la pétrochimie, la chimie, les procédés d’électrolyse, les lignes de production avec de nombreux moteurs, etc.) vont être rapidement demandeuses de services connectés.
 

MC : Quels est l’état des réflexions et des développements possibles au niveau de la ville de demain ?

Au-delà de la gestion de l’énergie, les villes et espaces urbains peuvent profiter des possibilités offertes par l’Internet des Objets afin d’améliorer le cadre de vie au travers du concept de « ville intelligente ».

De très nombreuses réflexions portent sur l’utilisation de l’Internet des objets pour :

  • agir sur la circulation routière (adaptation des feux en fonction de la densité du trafic donc action sur la vitesse et sur la consommation de carburant, action sur les niveaux de pollution, aide à la recherche de places de parking) et sur le transport multimodal.
  • prendre en charge le véhicule électrique (modulation de la charge lente ou rapide en fonction du type d’utilisation du véhicule, recherche de points de charge disponibles) Pour le véhicule électrique, il faudra guider sa charge en fonction de la grille électrique. L’optimisation du coût de recharge et l’adaptation aux fluctuations de la tarification revêtent une importance particulière pour les flottes de véhicules dont l’utilisation pourra être optimisée.
  • agir sur l’éclairage (variation de puissance lumineuse, extinction en fonction de l’heure de la luminosité ambiante, de la présence ou non de piétons)
  • considérer les besoins en matière de sécurité des personnes et des biens (allumage de l’éclairage par détection de présence, télésurveillance avec des caméras qui sont déjà très intelligentes pour des utilisations particulières (pour des sites très sensibles par ex.))
 

MC : Comment va se traiter le volume de données associé à toutes ces activités?

CC : Pour le moment, rien n’est encore défini sur ce qui va être fait des données collectées et de l’endroit où elles vont être traitées. Un seul point est sur : il faudrait être le plus local possible afin d’éviter de surcharger les réseaux de communication. Le traitement des données, ainsi que la prise de décision tireront parti des avancées dans des domaines de l’informatique tels que l’informatique autonomique ou l’intelligence ambiante. Les objets communiqueront entre eux et seront capables de prendre des décisions, adaptant leur comportement sans intervention humaine explicite. Si ces techniques sont de plus en plus matures, leur acceptation est loin d’être évidente dans la société, surtout si l’on prend en compte les contraintes liées à la protection de la vie privée.

Les objets connectés constitueront de multiples point de mesure de nombreux paramètres très divers sur l’activité humaine. Le stockage de ces données ne pose pas de problème fondamental, malgré leur volume, mais il faudra définir correctement leur niveau de confidentialité et contrôler l’accès à ces données. Qui est le possesseur des données et qui dispose du droit d’y accéder ? Ce point, mêlant aspects techniques et juridiques, est essentiel car une fois que des données sont mises à disposition d’un opérateur ou d’un fournisseur de service, la révocation de cet accès est très difficile. Ceci devient particulièrement critique si l’on considère qu’en combinant toutes les informations saisies, il serait possible d’avoir une connaissance très précise de l’activité de chaque personne.

Il suffit de se rendre compte de la connaissance dont disposent des fournisseurs de service tels que Google en combinant Google+, les marqueurs pour Analytics, gmail et les résultats de son moteur de recherche, ou encore Facebook via les partage et les boutons «like» inclus dans chaque page visitée qui permettent de tracer un utilisateur. Ces sociétés sont pour l’instant restreintes à la vie numérique, l’Internet des Objets leur ouvre un accès direct à la vie réelle.

Par exemple, pour un opérateur énergéticien, le fait de collecter les données sur les consommations et de les rendre disponible à tout le voisinage dans un but louable de mutualisation de la demande permettra aussi facilement de savoir qui sera absent de son domicile et quand ! L’anonymisation de ces données peut fournir une certaine protection, mais anonymiser des données correctement est loin d’être aisé.
 

MC : Quelles sont les contraintes associées au nombre grandissant d’objets connectables sur le Net ?

Tout d’abord, avec l’augmentation du nombre d’objets, le besoin d’adressage se fera encore plus pressant. Actuellement, l’Internet Protocol version 4 (IPv4), qui permet d’adresser un peu plus de 4 milliards de terminaux, atteint ses limites. Le protocole IPv6 repousse largement cette limite, fort heureusement, mais il introduit aussi certaines contraintes techniques qu’il a été nécessaire de gérer spécifiquement pour l’adapter aux contraintes des objets communicants. Au niveau de l’IETF, plusieurs protocoles ont été proposés à cet effet : CoAP, 6LowPAN et RPL notamment fournissent une suite de protocoles permettant d’envisager un web des objets.

Outre l’adressage et la gestion dans le réseau qui en découle, des contraintes de débit (surcharge des réseaux due à la multitude de flux de communication) ou de délai (validité des données et des ordres) se feront probablement de plus en plus présentes avec l’augmentation du nombre de terminaux connectés.

Au niveau des technologies de transmission, de multiples protocoles tels que Zigbee, Bluetooth Low Energy, ANT ou Dash7, existent et disposent d’implémentations stables. Ces technologies sont adaptées aux contraintes des objets communicants et mettent, en particulier, l’accent sur la consommation énergétique. En effet, communiquer est coûteux en énergie et garantir une bonne autonomie des objets est un objectif important.

Pour les petits objets très peu puissant, il faut utiliser des messages les plus courts possible. D’autre part, il faut structurer le réseau, en particulier pour les objets autonomes et des objets sur batterie rechargeable ou non pour les faire durer le plus longtemps possible (comme des capteurs sous la chaussée par ex.).

Pour remplacer les interfaces radio, consommatrices en énergie, plusieurs solutions sont envisagées. L’utilisation de l’ultra-large bande permettra d’augmenter les débits et de réduire la consommation à la fois. Il est de plus en question de développer la transmission par la lumière en utilisant des diodes électroluminescentes. Il existe déjà des démonstrateurs de transmission Li-Fi (Light Fidelity) qui propose un débit tout à fait raisonnable.

En plus de développer des protocoles qui feront fonctionner le réseau, il faut expérimenter. Telecom ParisTech va prochainement inaugurer une plate-forme comportant 180 objets communicants fixes et mobiles (18). Cette plate-forme fait partie d’un équipement d’excellence national (FIT) qui permettra d’utiliser plusieurs milliers de tels objets afin d’expérimenter et de valider des études à distance. L’expérimentateur pourra prendre le contrôle total de tout ou une partie des objets communicants pour évaluer une application ou un protocole.

C’est un projet déployé par un consortium de partenaires académiques à destination de chercheurs, mais aussi et surtout d’acteurs ou de futurs acteurs de l’Internet des Objets : grandes entreprises (Orange, EDF, Thalès, Alcatel Lucent, ...), mais aussi surtout des PME qui n’ont pas la possibilité de développer leur propre structure de test.
 

MC : Quels sont les développements les plus prometteurs à court-terme ?

CC : Ainsi que je l’ai déjà mentionné, ce sera certainement la domotique. Les premiers objets automatiques (aspirateurs, robots domestiques,...) sont en vente, de même que les prises de courant intelligentes et télécommandables. Il ne faut pas oublier la sécurité et la protection du domicile, des quartiers et des sites industriels (avec des caméras un peu partout, des détecteurs de proximité).

Ensuite, ce sera la surveillance des performances sportives (rythmes cardiaque, respiratoire, performances, etc.) et la santé avec la surveillance de certaines populations à risque et ayant un plus ou moins grand handicap.

Rapidement, au niveau industriel, il y aura certainement la gestion des stocks et la traçabilité des produits.

 

L’auteur

Claude Chaudet est maître de conférences en réseaux à Télécom ParisTech depuis 2005. Il réalise l’essentiel de ses recherches dans le domaine des réseaux radio distribués (ad hoc, capteurs, véhiculaires, corporels), composants de base de l’Internet des Objets. Il s’intéresse à la conception de solutions pour améliorer la performance énergétique des réseaux, l’efficacité de la transmission d’information ou encore la précision de la localisation des terminaux.

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