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Revue TELECOM 185 - Seido lab loT sécurisé du foyer à l'éco-quartier

Articles Revue TELECOM

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15/06/2017

 

SEIDO LAB

loT sécurisé du foyer

à léco-quartier

 

 

Par Sawsan Al Zahr, José Horta, Ziad Ismaïl (2012) et Gérard Memmi (1976) dans la revue TELECOM n° 185

 

Le système électrique évolue depuis une architecture centralisée, reliant une multitude de consommateurs à quelques grands sites de production, vers une architecture distribuée accueillant de nouvelles sources d’énergie renouvelables et de micro-productions décentralisées. Dans ce nouveau système, les consommateurs deviennent des acteurs à part entière, produisant de l’énergie et contrôlant finement leurs consommations. Face à ces évolutions, le système électrique doit s’adapter, devenir plus flexible et plus réactif afin de maintenir un fonctionnement fiable et sûr.

 

Avec la prise de conscience collective des enjeux environnementaux liés au réchauffement climatique, la fourniture en électricité évolue résolument vers une nouvelle politique orientée par la production et non plus par la demande. Le développement croissant des sources d’énergies renouvelables et des éléments de stockage, forcément distribuées de par leur taille, met les réseaux de distribution devant de nouveaux défis. En effet, ces réseaux non seulement devront recevoir de l’électricité mais aussi maintenir l’équilibre entre la demande et la production, et ce en dépit de la nature fatale (donc aléatoire) de la production renouvelable. L’une des solutions pour maintenir cet équilibre consiste à optimiser ou mieux contrôler/gérer la consommation, une solution plus connue sous le terme «gestion de la demande».

 

Gestion de la demande

La gestion de la demande est un portefeuille de mesures modifiant la consommation énergétique dans l’objectif d’améliorer les performances du système énergétique ponctuellement ou dans la durée. Par exemple, l’utilisation de nouveaux matériaux d’isolation dans la construction permet d’augmenter significativement l’efficacité énergétique du bâtiment et par conséquent, d’économiser de l’énergie sur le long terme.

 

                                                                                       

 

Un habitat « prosommateur » équipé d’un gestionnaire d’énergie intelligent qui a pour rôle d’ordonnancer certains usages électriques, flexibles dans le temps et modulables en puissance, en réponse à un signal tarifaire tout en satisfaisant les contraintes liées aux occupants de l’habitat (SEIDO LAB, demande de brevet FR1562001, décembre 2015).

 

 

 

 

 

 

 

 

Un marché de l’énergie local distribué, basé sur une technologie Blockchain.

 

Aujourd’hui, les technologies de communication et les systèmes embarqués offrent une opportunité de développer des solutions de gestion de la demande avancées telle que la « réponse à la demande ». Celle-ci désigne une modification de la consommation énergétique pour satisfaire un besoin temporaire du réseau. Plus précisément, la réponse à la demande ne réduit pas forcement la consommation mais modifie son profil. Par exemple, une politique de tarification intelligente et dynamique inciterait les consommateurs à déplacer leurs consommations pour diminuer ou augmenter la demande, pendant une période de temps donnée, selon l’état du réseau.

En la matière, nous distinguons deux classes de solutions, à savoir intrusives et incitatives. Une solution intrusive consiste par exemple à contrôler plus directement certains usages du consommateur. Ce contrôle s’effectue selon le besoin du réseau plutôt que selon le besoin du consommateur. Cela va poser des questions d’adhésion qui se résolvent par une contrepartie sous forme de compensation (financière ou autre). Par ailleurs, une solution incitative reposerait sur des mécanismes de tarification dynamique (temps d’utilisation, prix en temps réel, prix de pointe, etc.) ou bien sur des programmes plus sophistiqués (interruptible/restrictif, réponse à la demande d’urgence, marché de capacité, etc.). Bien que les solutions de contrôle direct puissent donner de meilleurs résultats que les solutions incitatives vis-à-vis de la stabilité du réseau, leur déploiement dépend fortement de l’acceptabilité des consommateurs. En effet, de telles solutions nécessiteraient l’utilisation de données relevant de la vie privée des consommateurs.

Dans le cadre de SEIDO LAB, nous nous intéressons à la gestion de la demande située à plusieurs échelles (habitat individuel, bâtiment résidentiel ou tertiaire, quartier). L’objectif est de développer des solutions adaptées aux différentes échelles, tenant compte à la fois des contraintes physiques du réseau de distribution et des contraintes liées aux services fournis aux clients.

 

Vers des marchés locaux décentralisés ?

Les réseaux de distribution s’orientent donc vers un mode de fonctionnement plus souple et plus dynamique. En effet, de plus en plus de consommateurs deviennent « prosommateurs » jouant ainsi un rôle actif dans la gestion de l’énergie grâce à la flexibilité de la demande d’un côté, et à la production locale d’un autre côté. Cependant, cette tendance est freinée par le manque de coordination entre les différents acteurs dans l’architecture actuelle des réseaux de distribution.

L’une des solutions portées par SEIDO LAB, dans le périmètre de l’éco-quartier, propose une architecture générique permettant aux résidents d’échanger de façon autonome des blocs d’énergie et des services de flexibilité avec leurs voisins et les autres acteurs du marché (opérateurs, agrégateurs, fournisseurs, etc.). Nous proposons de mettre en place, à la base de cette architecture, un marché d’échange d’énergie entre résidents visant à équilibrer localement la production d’énergie renouvelable avec la flexibilité de la demande. Cet équilibre a pour effet de réduire la congestion et les pertes, et par conséquent d’augmenter la capacité du réseau.

Notre solution consiste en une plateforme transactionnelle implémentée à l’aide d’une technologie Blockchain. Nous proposons des mécanismes d’enchères pour les échanges de blocs d’énergie. Pour inciter les consommateurs à gérer localement leurs flexibilités en fonction des besoins des prosommateurs et du réseau, nous proposons des tarifications dynamiques d’acheminement d’énergie.

 

Cybersécurité, confidentialité et vie privée

La plupart des solutions de gestion de la demande reposent sur le partage de données avec des tiers (voisins, agrégateurs, etc.). Ces données peuvent être relatives à la consommation, à la production ou encore à des données relevées par des capteurs déployés dans l’habitat. De par leur caractère personnel, ces données sont sensibles. Par exemple, les données de consommation énergétique peuvent donner des informations précises sur les activités des consommateurs (présence, absence, habitudes, etc.).

Du fait de l’évolution continuelle des menaces, la gestion des risques de sécurité dans le contexte d’un « Smart Grid » représente un défi majeur. Nous proposons dans SEIDO LAB des modèles basés sur la théorie des jeux non coopérative pour optimiser le déploiement de ressources de défense dans le réseau. Nous identifions le choix optimal des modes de sécurité sur les équipements d’une infrastructure relative aux compteurs intelligents (Advanced Metering Infrastructure), permettant de protéger la confidentialité des données des consommateurs. En outre, nous proposons un modèle analytique permettant d’identifier et de renforcer les équipements de communication les plus sensibles du réseau électrique.

Dans SEIDO LAB, nous nous intéressons également à la gestion des risques dans un environnement industriel. Afin d’améliorer la sécurité des systèmes de contrôle industriel, la stratégie de défense a besoin d’être à la fois proactive, anticipant les cibles potentielles des attaquants, et réactive, ajustant le type et l’intensité de la réponse en fonction du niveau de la menace. Notre solution définit la politique de sécurité optimale garantissant que les objectifs du défenseur soient satisfaits. Cette politique est obtenue par la résolution d’un processus de décision markovien sous contraintes construit à partir d’un graphe d’attaque engendré préalablement et représentant l’évolution de l’état de l’attaquant dans le système.

 

SEIDO LAB

En ouvrant la voie à des services de plus en plus innovants et pervasifs, l’Internet of Things (IoT) est pour les observateurs un élément clé d’une nouvelle révolution industrielle que l’on nomme « Industrie 4.0 ». Estimé à 500 millions il y a dix ans, le nombre d’objets connectés à l’Internet se situait en 2016 entre 6,4 et 9 milliards respectivement selon Gartner et IDC (sans compter les smartphone, tablettes et ordinateurs). L’estimation de 50 milliards objets connectés à l’horizon 2020, avancée par Ericsson et Cisco et largement reprise, est revue à la baisse par Gartner et IDC, qui prévoient entre 20,8 et 28,1 milliards objets connectés à cet horizon. Chuck Robbins, CEO de Cisco a déclaré à l'IoT World Forum qui s'est tenu à Londres en mai 2017 qu'en 2020, un million d'objets seront connectés chaque heure. Où que se situe l’estimation, elle reflète une forte croissance du marché IoT.

La sécurité que chacun s’accorde à considérer comme critique ne bénéficie pourtant pas du même essor et du même développement que celui constaté et estimé pour l’IoT. Dans une étude publiée en avril 2016, Gartner prédit que plus de 25% des attaques identifiées à l’horizon 2020, impliquera des objets connectés alors que la sécurité de l’IoT pèsera moins de 10% des budgets dédiés à la sécurité informatique. En effet, la sécurité de l’IoT représentait un marché de 348 milliards de dollars en 2016, soit une hausse de 23,7% par rapport à 2015, une tendance qui se poursuivrait en 2017 et 2018. Cette croissance s’accélérera après 2020, toujours d’après l’étude de Gartner.

Ces analyses soutiennent la vision commune de Télécom ParisTech et EDF R&D qui ont créé dès 2012, pour une période de cinq ans, un laboratoire commun de recherche dédié à des travaux de recherche portant sur l’IoT et sa Cybersécurité. L’enjeu était de préparer et de faciliter le déploiement de services de gestion de la demande et d’efficacité énergétique s’appuyant sur l’interopérabilité des objets communicants, mais aussi d’assurer la cohérence de l’ensemble du système et sa sécurité (sûreté, confidentialité, etc.).

SEIDO LAB, reconduit en janvier 2017 pour une nouvelle période de cinq ans, poursuit les travaux commencés en 2012 avec un partenariat élargi à Télécom SudParis et CNRS LAAS. Le programme de recherche de cette nouvelle période du laboratoire porte sur la collaboration de services IoT (composition de services, gestion de conflits, gestion active de la demande) et l’intelligence répartie (systèmes autonomiques), sujets dans lesquels la sécurité by design (identification et sécurité hardware, confidentialité et flux d’exécution) constituent des axes majeurs d’étude. Ces travaux sont appliqués aux périmètres de l’habitat, du bâtiment, de l’usine et du quartier.www.seido-lab.fr

 

Biographie des auteurs

 

 

Sawsan Al Zahr Ingénieur chercheur au département Informatique et Réseaux de Télécom ParisTech, ses activités de recherche actuelles portent sur des problèmes d’optimisation liés aux domaines des Smart Grids et l’IoT avec un intérêt particulier à la réponse à la demande, l’allocation de ressources et l’ordonnancement. Ingénieur Télécom de l’Université de Damas en Syrie, elle est titulaire d’un doctorat en Informatique et Réseaux de Télécom ParisTech.

 

 

 

José Horta Ingénieur Télécom de l’Universidad de la Republica en Uruguay en 2012, il prépare actuellement un doctorat entre Télécom ParisTech et EDF R&D sur la conception d’une architecture permettant le développement de services innovants dans le domaine des Smart Grids, basée sur l’IoT. Depuis 2006, il a occupé diverses fonctions de consulting. Il a cofondé en 2011 la société Simpletech offrant des services de communications unifiées pour l’Amérique Latine.

 

 

 

Ziad Ismaïl (2012) Post-doctorant au département Informatique et Réseau à Télécom ParisTech, il est titulaire d’un double-diplôme d’Ingénieur de l’ESIB au Liban et de Télécom ParisTech en 2012, et d’un doctorat en Informatique et Réseaux de Télécom ParisTech en 2016. Ses principaux intérêts de recherche comprennent l'optimisation de politiques de sécurité, la modélisation de stratégies de sécurité et la théorie des jeux.

 

 

Gérard Memmi (1976) Ingénieur Télécom ParisTech, il est titulaire d’un doctorat d’Ingénieur et d’un doctorat d’état en Informatique de l’UPMC. Entre 1986 et 1996, il a occupé diverses fonctions de direction dans le Groupe Bull qui l’a chargé de la fondation et la direction de son "US Applied Research Laboratory". Entre 1996 et 2009, il s’est investi dans plusieurs start-ups. Depuis 2009, il est Professeur à Télécom ParisTech et responsable du département Informatique et Réseaux.

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