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Revue TELECOM 178 - Du Minitel des Objets à l'Internet des Objets

Articles Revue TELECOM

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15/11/2015


DU MINITEL DES OBJETS A

L'INTERNET DES OBJETS





Par Laurent Toutain et Alexander Pelov dans la revue TELECOM n° 178
 
L'Internet des Objets va modilier profondément la vision que l'on a du réseau Internet. La nature contrainte des objets, dictée à la fois par des critères techniques, mais surtout économiques, fait que quel que soit l'état de la technologie, ils auront des ressources limitées aussi bien en puissance de calcul qu'en énergie. Ces contraintes sont nouvelles pour l'Internet qui a toujours été basé sur des hypothèses d'abondance : bande passante quasi illimitée et connexion permanente au réseau. Or dans les objets, la transmission et parfois, plus encore, la réception de données sont les éléments les plus énergivores. Un des avancées technologiques majeures de ces dernières années pour simplifier la réseau a été la définition de radios longue portée. Celles-ci permettent des transmissions sur des distances importantes de l'ordre de plusieurs kilomètres en ville et de la dizaine de kilomètres en campagne. SigFox a été le pionner de ces technologies. SemTech développe également avec des partenaires un écosystème sur une autre technologie appelée LoRa. Mais ces architectures ne sont pas fortement intéfrées dans l'Internet. Le réseau doit faire sa révolution  pour adapter son architecture à ces réseaux containts. L'objectif étant de favoriser les communications et la création de nouveaux services.


Les usages

Avoir une architectures simple et peu coûteuse, même si elle n'admet qu'un trafic très limité, permet de nombreux cas d'usages. Une des premières applications a été le relevé de compteurs, en particulier gaz et eau. La faible consommsation électrique est un facteur primordial pour assurer une durée de vie de plusieurs années. Ceci s'applicque également à la supervision d'infrastructures sur des grandes distances pour détecter des défaillances sur différents types d'ouvrages (réseaux d'eau, routes, pipelines, chauffage urbain,...).

La radio longue portée peut également être un support à la ville dite intelligente impliquant une remontée d'information provenant de différents capteurs pour la gestion des déchets, la surveillance de la pollution, la supervision des places de parking... Elle permet des actions à distance comme pour la gestion optimisée de l'léclairage public, la location de vélo en libre service pour en citer deux parmi des centaines d'autre.
Les applications en agriculture sont également favorisées par la grande couverture en milieu rural. Ainsi il est possible de contrôler la qualité d'un sol, son irrigation, de suivre des troupeaux.
Sur des plus courtes distances, cette technologie peut également s'appliquer aux bâtiments dans un environnement industriel ou domestique. Avec pour ce dernier, le suivi médical non critique comme secteur d'application.

Dans tous les cas, la densité est potentiellement élevée d'objets (un seul relais pourrait gérer entre 10 000 et 100 000 objets à raison d'un maximum d'une dizaine de messages par jour) et de données ne dépassant pas la centaine d'octets, et de taille majoritairement inférieure à 50 octets.






La radio longue portée

La radio longue portée qui a émergée depuis quelques années s’appuie sur des bandes de fréquences libres d’utilisation comme le Wi-Fi. Les bandes de fréquences en dessous du Gigahertz (868 Mhz et 433 Mhz) assurent une bonne propagation. Le régulateur impose aux équipements de n’émettre que 1% du temps pour éviter la monopolisation d’un canal au détriment des autres usages. La puissance d’émission est limitée en Europe à 25 mW. Les débits varient entre 1 kbit/s et 200 kbit/s.

Pour permettre d’atteindre de bonnes performances aussi bien en temps de transmission des données qu’en portée, il est nécessaire de déployer une infrastructure avec un relais situé sur un point haut.

La régulation a été quelque peu dépassée par cette utilisation des bandes ouvertes. Des travaux sont en cours pour l’intégrer dans les futures architectures 5G.


L’Internet des Objets

Il est naturel que l’IETF, l’instance de standardisation de l’Internet, travaille sur un environnement pour les objets contraints. Il est adopté par plusieurs acteurs. À titre d’exemple, on le retrouve dans le réseau électrique intelligent (Smart Grid), les nouvelles régénérations de ZigBee, et les réseaux industriels déterministes.
 

Au niveau du réseau pour transporter de l’information d’un point à un autre, le protocole envisagé est IPv6 qui offre un nombre d’adresses quasi-illimité et des propriétés d’auto-configuration. Une couche intermédiaire 6LoWPAN l’adapte aux contraintes énergétiques.

Si l’architecture REST, qui a été popularisée par le Web, est aussi pertinente pour l’Internet des Objet, sa mise en oeuvre avec le protocole HTTP est trop gourmande. Le protocole CoAP (Constraint Application Protocol) reprend un grand nombre des éléments de HTTP mais en réduisant fortement la taille des données échangées et l’empreinte du code dans les objets tout en restant compatible avec son ancêtre.

Il est donc préférable pour l’Internet des Objets de se focaliser sur la notion de « ressource », plutôt que d’insister sur une connectivité globale. Les ressources véhiculées par HTTP dans l’Internet traditionnel ou par CoAP dans les environnements contraints, contiennent soit une représentation numérique du monde réel, soit des informations de gestion du réseau comme les clés de chiffrement, les fréquences à utiliser, et ainsi de suite.

La généralisation du concept de ressources est expérimentée à Rennes avec le réseau Fabian mis à disposition du LabFab pour un prototypage rapide d’applications longue portée. Il permet de revenir à plusieurs fondamentaux de l’Internet : nommage uniforme où les objets sont identifiés par un nom, transparence du réseau qui évite la configuration de serveurs intermédiaires, indépendance des technologies de transmission permettant d’utiliser cette architecture avec n’importe quelle technologie de radio à longue portée. Les premiers prototypes fonctionnent avec la technologie LoRa, donnant naissance au réseau Lora Fabian, avec d’autres à suivre.


Biographie des auteurs

Alexander Pelov (twitter @ixau)

et Laurent Toutain (@ltn22)



sont maîtres de conférences à Télécom Bretagne et travaillent dans le domaine de l'Internet des Objets. Alexander Pelov est spécialiste du Smart Grid et Laurent Toutain des protocoles réseaux, en particulier IPv6. Tous deux animent le centre de compétence Smart Grid avec ITRON et Texas Instruments. Ils viennent de créer la société Acklio, intégrateur de réseaux longue portée.

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