ressources - Académie de Nancy-Metz
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RESSOURCES Que fait le lave linge connecté ? S11-c Thèmes de séquence 10) Identifier l'évolution des objets LES OBJETS CONNECTES A) « 60 secondes pour comprendre l'Internet des objets » : https://youtu.be/xU748NZC1tk B) TECHNOLOGIE La Neve Page 1 sur 10 RESSOURCES Que fait le lave linge connecté ? S11-c Thèmes de séquence 10) Identifier l'évolution des objets LE RESEAU SIGFOX Sigfox est un réseau LPWAN qui permet aux objets de communiquer sans fil, entre eux ou avec un serveur. Le réseau est fourni par la start-up toulousaine portant le même nom qui est le seul opérateur de son réseau. Caractéristiques techniques Sigfox repose sur la technologie radio UNB (Ultra Narrow Band). Le signal utile n’occupe que très peu de bande passante, il ne fait que quelques dizaines de Hertz de large au lieu de quelques centaines de KHz voir MHz pour le GSM. Sigfox utilise actuellement la bande européenne ISL la plus populaire sur 868MHz ainsi que la 902 MHz aux USA. Une conséquence du choix de l’utilisation de bandes étroites est que les ondes se propagent sur de plus amples distances. Sigfox a ainsi besoin d’installer moins d’antennes qu’un opérateur téléphonique pour couvrir une surface donnée. Sigfox interdit de transférer des messages avec beaucoup d’information (le client peut envoyer entre 0 et 140 messages par jour et chaque message peut contenir jusqu’à 12 octets de données réelles de charge utile, sans prendre en compte les données d’identification du device). Sigfox permet une communication bidirectionnelle. Une telle communication permet par exemple de pousser un paramètre de configuration vers leurs objets. Cette fonctionnalité est implémentée comme un polling, où l’objet reste maître et peut demander au système d’information s’il y a des données à télécharger. Ce qui permet d’éviter de rester connecté en permanence. La consommation d’émission standard d’un modem Sigfox varie de 20 mA à 70 mA et sa consommation est quasi nulle lorsqu’il est inactif. La puissance d’émission peut être réglée jusqu’a 14 dBm. La puissance rayonnée de l’antenne ne doit pas dépasser 25 mW. La communication sur Sigfox est sécurisée : protection anti-rejeu, message de brouillage, séquençage, etc. Seuls les fournisseurs de périphérique comprennent les données échangées entre le périphérique et les systèmes informatiques. Sigfox agit seulement comme un canal de transport, poussant les données vers le système informatique du client. Architecture La technologie Sigfox s’intègre aisément aux objets connectés grâce à son modem miniature qui permet à l’objet de communiquer des informations sur le réseau de Sigfox. Une fois les données récupérées par le serveur propriétaire Sigfox, via les antenne Sigfox, ces dernières sont directement retransmises sous HTTP au serveur client qui peut les intégrer sur ses applications logicielles et utiliser les données récoltées pour faire fonctionner les services adéquats, comme le montre la figure ci-dessous : TECHNOLOGIE La Neve Page 2 sur 10 RESSOURCES Que fait le lave linge connecté ? S11-c Thèmes de séquence 10) Identifier l'évolution des objets Objets connectés Antennes SigFox source: Factorysystemes Couverture, modèle économique et application : Le réseau Sigfox s’étend aujourd’hui sur la majorité du territoire en France, en Espagne, au Royaume-Uni, ainsi que dans certaines villes comme New York ou Moscou. Pour vérifier la couverture dans votre région , il faut consulter leur catalogue SNO. Le coût d’un abonnement de SIGFOX dépend de deux paramètres : le volume de messages échangé par les appareils et le nombre d’appareils. Annuellement, les prix varient de 1 à 14€ par appareil. Sigfox fait tout pour attirer à lui l’écosystème des fabricants. Le protocole Sigfox est supporté par plusieurs composants radio existants comme Atmel, Silicon Labs, STMicroelectronics, Texas Instruments et Samsung Artik.Sigfox est utilisé pour les applications qui ont besoin d’envoyer occasionnellement de petites quantités de données. Plusieurs applications sont possible, par exemple connecter les systèmes d’alarmes ou la télé-relève des compteurs d’eau ou d’électricité. LE BINAIRE ET LES OCTETS Pour les objets connecté l’information peut être transmise par un ou plusieurs fils électrique, par ondes hertziennes, lumineuse. Pout bien comprendre l’émission d’information étudions la transmission par fil électrique, mais qui est identique pour les ondes (à la place de donner un influx électrique on envoie une implusion dans la longueur d’onde désirée). Sur un seul fil on peut : soit faire passer du courant, soit ne pas faire passer du courant. Ce qui peut représenter une information oui (courant passe : c’est l’état logique 1) ou non (courant ne passe pas : c’est l’état logique 0). Cette information qui n’a que 2 possibilité (0 ou 1) est un bit. Imaginons que l’on prenne 8 fils : on a une combinaison possible entre ces 8 fils d’état logiques 0 ou 1 . Le nombre de combinaison corresponds à 28 =256 possiblités. Pour plus d’information lire : http://www.pompeau-net.fr/611-binaire-octet TECHNOLOGIE La Neve Page 3 sur 10 RESSOURCES Que fait le lave linge connecté ? S11-c Thèmes de séquence 10) Identifier l'évolution des objets LE CODE ASCII Nous allons choisir d’utiliser le code ASCII . Cela signifie que chacune de ses possibilités corresponds à un caractère. Voici le tableau de correspondance entre les 8 bits (ou octet) et les caractères du code (donc chaque caractère est supporté par un octet). TECHNOLOGIE La Neve Page 4 sur 10 RESSOURCES Que fait le lave linge connecté ? S11-c Thèmes de séquence 10) Identifier l'évolution des objets Comment communiquent vos objets connectés ? Thibaut Watrigant Extrait du site :https://www.aruco.com/2014/10/technologies-communication/ Alors que les objets connectés se multiplient, les technologies de communication restent méconnues. Cet article vous permettra de comprendre comment vos objets connectés communiquent avec leur environnement. La communication courte-portée Certaines technologies de communication sont à courte portée (faible distance entre émetteur et récepteur). L’échange de données peut d’abord se faire par contact physique entre l’émetteur et le récepteur, par exemple grâce à un port ethernet ou à un port USB. La technologie NFC (Near Field communication) consiste à transmettre des données sur des ondes haute fréquence (13,56 MHz), permettant l’échange d’informations entre des périphériques jusqu’à une distance d’environ 10 cm. Les débits de transfert autorisés s’échelonnent jusqu’à 424 kbit/s. La technologie principalement est supportée par Sony, Philips, Nokia, Samsung et Panasonic. Aujourd’hui, la technologie NFC est utilisée dans les paiement carte bancaire par contact ou encore elle est présente sur les pass Navigo de notre métro Parisien. Souvent, l’émetteur est une puce RFID, un composant passif (qui n’a pas besoin d’énergie externe pour fonctionner) qui comporte une antenne et une puce électronique associée à un identifiant unique. Lorsque le lecteur (pensez aux bornes de RATP) va demander à recevoir des données, il va transmettre TECHNOLOGIE La Neve Page 5 sur 10 RESSOURCES Que fait le lave linge connecté ? S11-c Thèmes de séquence 10) Identifier l'évolution des objets le message de demande par des ondes qui vont également alimenter l’émetteur (pensez à votre carte NAVIGO) qui, en retour, va transmettre les informations désirées et stockées sur la puce électronique. Logo compatibilité NFC La connexion à internet via un Hub Les technologies de courte portée vues précédemment sont adaptées dans le cas où la distance entre émetteur et récepteur est réduite (moins de 10cm). Pour connecter vos objets à l’internet dans le cas d’une distance de communication modérée, vous pouvez utiliser un Hub qui fera office d’interface entre l’internet virtuel et vos objets connectés. Les objets communiqueront au Hub, directement connecté à internet, via les technologies Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Z-wave. Ce processus de connexion à l’internet via un Hub est adapté lorsque ce dernier rôle est assuré par le smartphone de l’utilisateur, qui inclut donc les technologies Bluetooth et Wi-Fi. Par exemple, les drones Parrot fonctionnent sur ce principe (avec la technologie Wi-Fi), tout comme les capteurs de plante Parrot (avec la technologie Bluetooth), les montres connectées,… Le Bluetooth autorise l’échange bidirectionnel de données à courte distance en utilisant des ondes radio ultra haute fréquence (2400–2483.5 MHz). Le picoréseau (mini-réseau qui se crée de manière TECHNOLOGIE La Neve Page 6 sur 10 RESSOURCES Que fait le lave linge connecté ? S11-c Thèmes de séquence 10) Identifier l'évolution des objets instantanée et automatique quand plusieurs périphériques Bluetooth sont dans un même rayon) s’organise selon une topologie en étoile : il y a un « maître » (pensez au smartphone) et plusieurs « esclaves » (pensez au drone Parrot). Un périphérique « maître » peut administrer jusqu’à 7 esclaves « actifs » (la liaison est active) et 255 esclaves en mode « parked ». La technologie Bluetooth est réputée pour être très faible consommatrice d’énergie, de très faible portée (sur un rayon de l’ordre d’une dizaine de mètres), de faible débit, très bon marché et peu encombrante. Le Wi-fi (contraction de Wireless Fidelity)est un ensemble de protocoles de communication sans fil qui permettent de créer des réseaux locaux sans fil à haut débit (54 Mbit/s théoriques, 27 Mbit/s réels) sur une portée de plusieurs dizaines de mètres (entre 20 et 50m en intérieur). Les réseaux locaux s’appuient sur des ondes ultra haute fréquence (2.4 GHz ou 5 GHz). Exemple de processus de communication dans le cas d’un Hub (=gateway) fourni par le concepteur de l’objet connecté Le processus peut également s’appuyer sur un Hub qui peut ne pas être le smartphone de l’utilisateur mais un composant physique conçu par le concepteur de l’objet connecté. Par exemple, les ampoules Hue de Philips sont livrés avec un Hub qui se branche à la box internet de l’utilisateur. De même, la Mother de Sen.se, constitue le Hub des capteurs appelés les Cookies. Le concepteur du Hub TECHNOLOGIE La Neve Page 7 sur 10 RESSOURCES Que fait le lave linge connecté ? S11-c Thèmes de séquence 10) Identifier l'évolution des objets choisi la technologie par laquelle il veut que son hub communique avec les objets connectés l’environnant. Les principales technologies choisies sont la Wi-Fi, le Zigbee, les Z-wave. Les réseaux cellulaires longues portées Dans le cas d’objets qui ont besoin de pouvoir communiquer de longue distance, ou de zones difficilement accessibles, la solution de la communication courte portée et la solution de la communication par Hub sont inefficientes. Il est donc dans ce cas nécessaire de s’appuyer sur un réseau cellulaire qui permet une connexion en tout lieu couvert par les antennes. Les objets connectés peuvent d’abord s’appuyer sur les réseaux cellulaires couverts par les opérateurs de téléphonie (2G,3G, 4G, LTE) pour transmettre leurs données. Ces réseaux permettent un transfert d’information en très haut débit mais consomment en contrepartie beaucoup trop d’énergie pour pouvoir être supportés par des objets connectés autonomes en énergie. C’est pour ces raisons qu’un réseau dédié aux objets connectés a été développé par la start-up toulousaine Sigfox, qui repose sur des transmissions de données sur des basses fréquences qui consomment beaucoup moins d’énergie. Sous forme d’un abonnement annuel variant entre 1 et 9 €, les objets connectés peuvent transmettre entre 0 et 140 messages par jour sur la bande 868MHz, chaque message pouvant contenir jusqu’à 12 octets de données réelles de charge utile. TECHNOLOGIE La Neve Page 8 sur 10 RESSOURCES Que fait le lave linge connecté ? S11-c Thèmes de séquence 10) Identifier l'évolution des objets Exemple de fonctionnement du réseau Sigfox La communication MESH Certains objets connectés communiquent non pas vers un récepteur unique, ni vers un Hub, mais vers leurs pairs. Ainsi, chaque objet connecté est capable de recevoir et d’émettre des données, ce qui forme un réseau maillé qui atteint le Hub, connecté à l’internet. L’avantage de ce type de communication est la redondance du message qui est transféré à chaque fois à tous les pairs de l’objet connecté qui émet le message. Mais cette communication nécessite d’être programmée de manière précise : tous les objets communicants doivent émettre leurs messages de manière synchronisée pour éviter les interférences entre les émissions et réceptions des données. Ce type de communication est par exemple utilisé pour les capteurs de parking des villes intelligentes et s’appuie sur l’architecture suivante : TECHNOLOGIE La Neve Page 9 sur 10 RESSOURCES Que fait le lave linge connecté ? S11-c Thèmes de séquence 10) Identifier l'évolution des objets mesh-network Les technologies de communication de demain Toutes les technologies et processus de communication vus ci-dessus utilisent des standards différents et adressent des usages différents. A l’heure des objets connectés, de nouveaux usages et besoins émergent (besoin de transmettre de courts messages, sans consommer beaucoup d’énergie…). La 5G, annoncée pour les années 2020, entend regrouper et intégrer toutes les technologies évoquées pour une utilisation plus efficiente des bandes de fréquences disponibles. Affaire à suivre… TECHNOLOGIE La Neve Page 10 sur 10
