Internet des objets (Internet of Things IoT ) : définition, sens d’objet et objectifs
Les concepts d’Internet des objets
I. Introduction
Notre vie quotidienne a été bouleversée par l’évolution de l’Internet, qui nous relie les uns aux autres indépendamment des distances et des fuseaux horaires qui nous séparent.
Cette évolution a concouru au développement d’une nouvelle génération d’objets interconnectés et dotés d’une capacité de communication et de détection en utilisant les différentes technologies existantes (technologie RFID, réseaux sans fils,…).
Il s’agit donc d’une nouvelle façon d’interagir avec les objets qui peut changer radicalement notre vie, c’est «L’internet des Objets ou plus couramment IoT pour Internet of Things en anglais».
La section suivante est consacrée à l’Internet des objets IoT, l’évolution du web et d’internet, Nous donnons ensuite une brève description de la notion d’objet par rapport à l’IoT, une définition de l’IoT, ainsi que ses objectifs.
Par la suite, nous citerons les technologies utilisées dans l’IoT (Bluetooth, Wifi, NFC, RFID…) et les différents domaines d’application.
Pour finir, quelques travaux existants sont présentés. Enfin, nous citerons les risques de l’IoT qui peuvent toucher notre sécurité.
II. Internet des objets
À l’origine, le terme Internet des objets a été utilisé pour la première fois en 1999 par Kevin Ashton pour décrire des objets équipés de puces d’identification par radio fréquence (ou puce RFID).
Chaque objet identifié de manière unique et universelle et peut alors être rattaché à un ensemble d’informations le concernant, ces dernières étant lisibles par d’autres machines.
Le concept a toutefois évolué avec le temps et s’est généralisé vers une approche consistant à connecter un très grand nombre d’objets du quotidien au réseau Internet, les dotant ainsi d’une identité propre et leur permettant, entre autres, d’offrir des services et de collecter des informations de manière autonome [1].
1. Évolution du Web et de l’Internet
On confond souvent entre ces deux termes.
En effet, le Web est un ensemble d’informations, tandis que l’Internet est le réseau informatique qui permet de les transporter (canal de communication), Internet existait avant le Web et proposait bien d’autres services qui fonctionnent toujours aujourd’hui (mail, news, ftp …).
1.1 Le Web
Le web est une application du réseau Internet était initialement utilisé par des universités à des fins de recherche.
Par la suite Il est passé par plusieurs phases distinctes jusqu’à devenir un ensemble de technologies permettant de représenter des ressources identifiées par des adresses uniques (URI) , ces ressources pouvant être des pages Web, mais aussi des fichiers, des flux ou des services (Facebook, Twitter..) [2].
À l’heure actuelle, le Web interconnecte un très grand nombre d’appareils fortement hétérogènes et permet aux utilisateurs de communiquer, de rester en contact et de partager des informations (textes, photos et vidéos) avec d’autre personnes
1.2 L’internet
Contrairement au Web, l ‘Internet se développe et s’améliore constamment.
Dans ce contexte l’importance d’Internet des Objets devient considérable, (puisqu’il s’agit de la première véritable évolution d’Internet).
Celle-ci donnera lieu à des applications révolutionnaires capables de transformer profondément notre mode de vie, et notre façon d’apprendre, de travailler et de nous divertir [2].
2. Définition de l’Internet des objets IoT
La définition de l’IoT selon l’Union Internationale des Télécommunications (UIT), l’Internet of Things (IoT) est une :
« infrastructure mondiale pour la société de l’information, qui permet de disposer de services évolués en interconnectant des objets (physiques ou virtuels) grâce aux technologies de l’information et de la communication interopérables existantes ou en évolution » [3].
L’Internet des objets IoT peut se définir aussi comme étant « un réseau qui relie et combine les objets avec l’Internet, en suivant les protocoles qui assurent leurs communication et échange d’informations à travers une variété de dispositifs. ».
Il existe plusieurs définitions sur le concept de l’Internet des objets IoT, mais la définition la plus pertinente a notre travail de recherche est celle proposée par Weill et Souissi qui ont défini l’IoT comme :
«L’Internet des objets est une extension de l’Internet actuel à tous les objets pouvant communiquer de manière directe ou indirecte avec des équipements électroniques eux-mêmes connectés à l’Internet.
Cette nouvelle dimension de l’Internet s’accompagne de forts enjeux en matière technologique, économique, sociétale et de gouvernance» [5] .
Cette vision de l’Internet des objets IoT introduira une nouvelle dimension aux technologies de l’information et de la communication qui permettent aux personnes de se connecter à n’importe quel moment depuis n’importe quelle place à n’importe quel objet.
Figure 1: Une nouvelle dimension pour l’IoT [3]
2.1 Sens d’objet pour l’Internet des objets IoT
Un objet avant toute est un entité physique par exemple un livre, une montre, une voiture ou un téléphone, et l’objet connecté est un matériel a de composants électroniques lui permettant de communiquer des informations avec un autre objet en utilisant une liaison sans fil par exemples Bluetooth ou Wifi etc.
Un objet connecté peut effectuer généralement deux rôles :
- un rôle de capteur pour surveiller l’apparition d’un événement ou récupérer des informations [6] (capteur de température, capteur de présence, mesure de la distance…)
- un rôle d’actionneur pour réaliser une action suite à un événement spécifique mesuré ou détecté [6] (alerte via SMS en cas de danger, allumage du ventilateur à distance …)
Figure 2 Quelques exemples sur les objets connectés
2.2 Objectifs de l’Internet des objets IoT
L’IoT doit permettre une connectivité pour tout le monde dans tout le temps, partout et idéalement depuis n’importe quelle plate-forme [7].
Les technologies utilisées dans l’Internet des objets IoT
3. Technologies utilisées dans l’IoT (Internet des objets)
Plusieurs technologies sont utilisées pour faire communiquer un objet avec Internet. Dans ce qui suit, nous présentons les différents concepts et technologies de l’IoT (Internet des objets) :
Figure 3 Différentes catégories de réseaux sans fil
3.1 WWAN (IEEE 802.20)
La norme IEEE 802.20, connue sous le nom de MBWA (Mobile Broadband Wireless Access) a été développée en 2002.
Elle permet de créer les réseaux métropolitains mobiles qui ont pour but de permettre le déploiement mondial de réseaux sans fil haut débit à un coût accessible et disponible avec une connexion permanente.
Cette norme utilise des bandes de fréquences en dessous des 3,5 GHz. Elle permet des débits maximaux par utilisateur de 1 Mbits/s en descente et 300 Kbit/s en montée avec des cellules d’un rayon de 15 km maximum.
Il existe d’autres versions sont prévues, utilisant un canal plus large de 5 MHz permettant des débits de 4 Mbits/s en descente et 1,2 Mbit/s en montée pour chaque utilisateur [8].
3.2 WMAN (IEEE 802.16)
La norme IEEE 802.16 est appelée aussi BWA (Broadband Wireless Access).
Elle a pour but de créer des réseaux locaux sans fil de la taille d’une ville. Elle offre une alternative aux réseaux câblés entre différents bâtiments. Il existe plusieurs versions de cette norme.
La norme IEEE 802.16 fonctionne dans la bande de fréquence 10 à 66 GHz.
La norme IEEE 802.16a fonctionne quant à elle dans la bande de fréquence de 2 à 11 GHz, cette dernière permet la couverture de larges zones jusqu’à 50 Km de rayon et atteindre une bande de fréquence 10 à 66 GHz comme le transport de flux audio/vidéo, la téléphonie numérique.
La norme IEEE 802.16e ajoute la mobilité à ces réseaux.
Enfin, la norme IEEE 802.16.2 permet l’inter compatibilité entre toutes les normes
Toutes Ces dernières incluent la notion de Qualité de Service (QoS) permettant par exemple le transport la voix ou la vidéo [8].
3.3 WLAN (IEEE 808.11)
La norme IEEE 802.11 sert à créer des réseaux sans fil, d’une taille d’une cinquantaine de mètres.
Elle est prévue pour transférer de gros débits. Il existe de nombreuses normes dérivées de celle-ci.
Les trois plus connues sont la norme 802.11b qui offre un débit de 11 Mbit/s dans la bande de fréquence des 2,4 GHz, la norme IEEE 802.11a qui offre un débit de 54 Mbit/s dans la bande de fréquence des 5,3 GHz et la norme IEEE 802.11g qui est un mariage des deux précédentes en offrant un débit de 54 Mbit/s dans la bande de fréquence des 2,4 GHz [8].
3.4 WPAN (IEEE 802.15)
Elle sert à créer des petits réseaux sans fil, appelés WPAN. Ces réseaux sont de l’ordre d’une dizaine de mètres et sont prévus pour connecter différents périphériques autonomes entre eux (réseaux de capteurs).
Cette norme est appelé Bluetooth. En réalité, ce n’est qu’un seul cas de cette norme.
La norme IEEE 802.15.1 a été adoptée à partir des spécifications Bluetooth déjà existantes. Mais la norme IEEE 802.15 est divisée en quatre parties [8] :
IEEE 802.15.1
Définit le standard Bluetooth1.X permettant un débit d’environ 1 Mbit/s. Ce débit a été multiplié par 24 avec la norme Bluetooth 3.x.
IEEE 802.15.2
Définit des recommandations pour l’utilisation de la bande de fréquence des 2.4 GHz (fréquence utilisée par d’autres réseaux sans fil).
IEEE 802.15.3
Définit la norme UWB (Ultra Wide Band), standard connu sous le nom de Wimedia, géré par la Wimedia Alliance.
IEEE 802.15.4
Définit la norme ZigBee qui possède un débit faible mais à faible consommation d’énergie.
3.5 Wireless Sensor Netowrks
Les réseaux de capteurs (Wireless Sensor Networks) constituent une catégorie de réseaux bien distincte des quartes familles vues jusqu’ici.
Alors que les WWAN, WMAN, WLAN et WPAN sont conçus pour répondre à des problématiques de communications où l’homme est souvent un acteur principal (accès à un réseau global comme Internet, téléphonie, télécommande…), les WSN offrent des moyens de communication très souvent spontanés entre objets autonomes, généralement sans aucune intervention humaine.
Les réseaux de capteurs sont utilisés dans divers domaines:(militaire, environnement, commerce: gestion de stocks, médical, bâtiment: surveillance des infrastructures, transport: identification des bagages…) [9].
Figure 4 Exemples des capteurs sans fil
3.6 RFID
Le plus souvent désigné par son acronyme RFID (Radio Fréquence Identification), est une technologie permettant de mémoriser et de récupérer des informations stockées sur des supports distants.
Cette technologie assurera deux fonctions basiques pour l’Internet des Objets : l’identification et la communication.
Un système d’identification par radio-fréquence est constitué de trois éléments:
- Une Radio-étiquette (RFID tag) : c’est un circuit intégré mémorisant l’information sur l’objet auquel la puce est incorporée. Il est muni d’une antenne pour la réception/transmission des signaux.
- Un lecteur : utilisé pour envoyer le signal radio à la puce RFID et capturer la réponse de cette dernière, Le système opère dans la bande de fréquence non licenciée ISM (Entre : 125KHz – 2,45GHz). Cette fréquence dépendra la distance de Communication entre le lecteur et l’antenne (de 1 à 10m) ainsi que la vitesse de transfert des données (de 10Kb/s à 200Kb/s).
- Un intergiciel : il reçoit et traite les informations reçues du lecteur.
Son principe de fonctionnement général est le suivant :
Le lecteur initie la communication en diffusant une requête via une antenne.
Les radio-étiquettes du voisinage utilisent l’énergie électromagnétique émise par cette antenne pour s’alimenter et transmettre leur identifiant et leurs données stockées. Le lecteur Interprète ensuite ces informations en binaire.
La technologie RFID est utilisée aujourd’hui dans beaucoup d’autres domaines tels que les Titres de transport, Identification des animaux, Traçabilité des bagages dans les aéroports… [10].
Figure 5 exemple d’un système RFID [10]
3.7 Autres types de réseaux sans fil
Il existe d’autres types de réseaux sans fil qui sont utilisées dans l’Internet des objets IoT, on cite : NFC, wirelessHART, 6lowPAN…
Domaines d’applications de l’IoT, travaux et risques
4. Domaines d’applications de l’IoT
Quels sont les domaines d’application de l IoT ?
Plusieurs domaines d’application sont touchés par l’IoT, Parmi ces principaux domaines nous citons: le domaine du sécurité, le domaine du transport, l’environnement et l’infrastructure et les services publics….etc.
Quelques exemples courants sont présentés dans la figure suivante:
Figure 6 Domaines d’application de l’IoT
Nous allons maintenant détailler ces secteurs avec des exemples de projets.
4.1 Les transports
Depuis la création de l’IoT en 1999, le nombre des véhicules intelligents sont en croissance, presque Tous les véhicules vendus aujourd’hui dans le monde renferment déjà des capteurs et de moyens de communication pour traiter la congestion du trafic, la sécurité, la pollution et le transport efficace des marchandises, etc.
L’objectif est qu’une voiture soit capable de communiquer de façon autonome avec d’autres véhicules ou une centrale de surveillance pour prévenir les accidents et réduire les coûts d’assurance.
Des applications Smartphone (comme Waze) sont déjà très répandues dans le monde pour avertir les usagers de l’application en temps réel sur la présence d’un radar de vitesse mobile, d’accidents ou de ralentissement sur les autoroutes voire de proposer un itinéraire plus rapide à l’aide de Google Maps.
Certaines voitures sont également équipées de la fonction appel SOS.
Si la voiture subit un accident, elle appelle automatiquement les secours, fournit sa localisation et la possibilité de communiquer avec les usagers. Cette option devient même obligatoire dans les voitures neuves commercialisées dans l’union européenne à compter du 1er avril 2018 [11].
Les constructeurs automobiles travaillent aussi sur des projets de véhicules autonomes (sans conducteur) capables de se déplacer d’un point A à un point B sans aucune intervention humaine.
4.2 La santé
Le secteur de la santé a connu un très grand nombre d’applications permettant à un patient et à son docteur de recevoir des informations, parfois même en temps réels, qu’il aurait été impossible de connaître avant l’apparition d’IoT.
Par exemple, (Porteuse Digital Health) qui est le premier médicament connecté sur le marché grâce à un capteur directement intégré dans l’être humain qui permet après ça le suivi des patients à distance.
Il existe Plusieurs autres dispositifs sont disponibles, fixé autour du poignet et permettent également de suivre l’activité physique quotidienne du patient, mesurer le taux de sucre, compter le nombre de pas, les kms parcourus, le nombre de calories brûlées…,
Le dispositif lui envoie une alerte dans les cas anormaux.
Récemment, Goldman Sachs a publié une étude qui prouve que l’Internet des Objets pourrait faire économiser des milliards de dollars au service de santé américain [12].
4.3 La domotique
La domotique regroupe l’ensemble des technologies permettant l’automatisation des équipements d’un habitat.
Elle vise à apporter des fonctions de confort : commandes à distance, gestion d’énergie (optimisation de l’éclairage et du chauffage… etc.), sécurité (comme les alarmes) et de communication (contacts et discussion avec des personnes extérieures) [13].
Les services offerts par la domotique couvrent 3 domaines principaux :
- Assurer la protection des personnes et des biens en domotique par la prévenir des risques d’accident (incendie, fuite de gaz, etc.).
- Confort de la vie quotidienne surtout pour les personnes âgées ou handicapées
- Faciliter les économies d’énergie grâce à la réactivité maîtrisée d’une maison intelligente.
4.4 Agriculture
L’agriculture intelligente a pour objet de renforcer la capacité des systèmes agricoles, de contribuer à la sécurité alimentaire en intégrant le besoin d’adaptation et le potentiel d’atténuation dans les stratégies de développement de l’agriculture durable [14].
Cet objectif a été atteint enfin par l’utilisation des nouvelles technologies, telles que l’imagerie satellitaire et l’informatique, les systèmes de positionnement par satellite de comme GPS, aussi par l’utilisation des capteurs qui vont s’occuper de récolter les informations utiles sur l’état du sol, taux d’humidité, taux des sels minéraux, etc. et envoyer ces informations au fermier pour prendre les mesures nécessaires garantissant la bonne production.
Les applications de l’IoT
5. Travaux existants dans l’IoT
Plusieurs travaux sont déjà présentes dans tous les secteurs : aéronautique, automobile, ferroviaire, fabrication industrielle et médicale, énergie, etc. Parmi ceux là nous citons :
– – Kolibree
Est la première brosse à dents intelligente, équipé de plusieurs capteurs qui lui permettent d’évaluer quels endroits de la bouche l’utilisateur a effectivement brossés et le indique lorsqu’il faut changer de zone afin d’améliorer la qualité du brossage [15].
Kolibree propose le choix de partager les données avec un dentiste pour estimer l’état de vos dents.
– PlastcCard
Une carte qui fait réunir tous les systèmes de paiement en un seul lieu. Cette carte est équipée de puces NFC et RFID, ainsi que d’une bonne vieille puce et d’une bande magnétique.
Un écran tactile est placé en façade. Il permet de passer différentes informations : nom du porteur, numéro de carte…etc.
La sécurité est prise en considération.
Dès qu’elle n’est plus à portée du Smartphone auquel elle est reliée, la carte peut afficher un message pour demander de la renvoyer à son propriétaire ou, pour plus de prudence, un dispositif d’effacement à distance s’active.
6. Travaux futurs
Selon les statistiques, en 2020 il devrait y avoir 50 milliards d’objets connectés à Internet [7].
Ces objets connectés comprennent non seulement les Smartphones, les tablettes, les téléviseurs mais aussi les horloges, les ampoules, les serrures, les chaussures, les colliers de chien, des trottinettes etc.
Parmi ceux-là nous citons :
Google prévoit de lancer une bicyclette intelligente (Google self-driving bike) avec la fonction de guidage automatique sans que vous ayez besoin de la diriger. Tout ceci grâce à une caméra 360 située à l’avant du vélo.
Le vélo peut fonctionner comme un Uber et venir vous chercher là où vous le demandez simplement depuis l’application mobile dédiée. Cet appareil a pour ambition de faciliter la vie des habitants du pays qui sont les plus cyclistes du monde [16].
– L’entreprise « Deeper » vient de sortir un nouvel objet connecté qui s’intitule le « Deeper Fishfinder ».Cet objet a été créé pour les pêcheurs amateurs et professionnels.
En effet, ce nouvel appareil est étudié pour localiser les poissons, donner des informations sur la température de l’eau et sa profondeur ainsi que le relief sous-marin. Il est utilisable dans l’eau douce et l’eau salée.
– Le Parlement Européen a adopté l’obligation pour les constructeurs automobiles d’intégrer le système eCall dans toutes les voitures neuves disposant d’un système d’alerte.
Concrètement, les véhicules seront tous équipés d’un système de téléphonie mobile et d’une carte SIM dédiée, qui permet de joindre les centres de secours gratuitement [11].
7. Risques de l’IoT pour la sécurité
Quels sont les risques liés aux objets connectés ?
Plus les technologies informatiques se diversifient, et plus les possibilités de contournement (Hacking) se multiplient.
Or l’IoT risque de ne pas échapper à la règle. Une étude du cabinet d’analystes VDC [17] tend d’ailleurs à confirmer cette crainte : seuls 27% des professionnels des systèmes embarqués estiment que les objets connectés sont peu ou pas vulnérables aux attaques.
Si cette étude met surtout en avant le fait que les données transmises automatiquement par les objets peuvent être altérées par l’utilisateur, l’interception des données lors de leur transmission (piratage du moyen de communication : signal GPS, réseau Wifi, etc.) Pose un très grand risque.
III. Conclusion
Jusqu’ici, nous avons présenté une vision générale de l’IoT, la définition, les technologies utilisées et les domaines d’application.
De ce qu’on a vu, on peut dire que l’IoT est conçue pour offrir une meilleure qualité de vie par l’automatisation des gestes quotidiens en fonction des besoins et des attentes de l’utilisateur final.
