RESSOURCES Que fait le lave linge connecté ?

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Thèmes de séquence 10) Identifier l'évolution des objets

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A) « 60 secondes pour comprendre l'Internet des objets » : https://youtu.be/xU748NZC1tk

B)

LES OBJETS CONNECTES

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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 :

LE RESEAU SIGFOX

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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.

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.

LE BINAIRE ET LES OCTETS

Objets connectés Antennes SigFox

Pour plus d’information lire : http://www.pompe-

au-net.fr/611-binaire-octet

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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).

LE CODE ASCII

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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

Comment communiquent vos

objets connectés ?

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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

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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

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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.

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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 :

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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…