L'Internet des objets est un concept complet qui se développe rapidement et qui comprend des recherches dans le domaine de l'informatique, de la technologie des réseaux, de la microélectronique et de la technologie des capteurs. Ce paradigme représente l'orientation principale du développement des technologies de réseau à l'avenir et résoudra de nombreuses tâches de routine de l'humanité, de la mesure des indicateurs environnementaux à l'augmentation de l'efficacité de la production.

Dans cet article, nous allons nous familiariser avec les définitions de base de l'Internet des objets et ses caractéristiques, analyser le domaine et mettre en évidence les principaux problèmes et tâches qui entravent la mise en œuvre de ce concept.

Qu'est-ce qu'un IoT?

L'Internet des objets (IoT) est défini comme un concept dans lequel la plupart des appareils utilisés par les personnes seront équipés de microcontrôleurs de contrôle et d'interfaces réseau pour la transmission de données numériques et la communication entre eux. Le groupe RFID définit l'IoT comme un réseau mondial d'installations accessibles dont l'adressage unique est basé sur des protocoles de communication standard .

On peut distinguer les domaines d'utilisation suivants de l'Internet des objets: industrie et production; transport et transport; surveiller l'état technique des structures des bâtiments, la qualité de l'air, le bruit de fond et la consommation d'énergie; gestion des déchets; données intelligentes sur le stationnement et les embouteillages; éclairage public intelligent et usage domestique.

D'un point de vue technique, l'IoT n'est pas une nouvelle technologie, mais une combinaison d'outils existants qui offrent les fonctionnalités suivantes:

• communication et interaction - les objets peuvent créer une connexion avec des ressources Internet ou entre eux et mettre à jour leur état. Les technologies sans fil telles que GSM et UMTS, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee et d'autres normes de réseau sans fil actuellement développées sont d'une importance capitale.
• adressabilité - sur l'Internet des objets Les objets sont distribués dans l'espace et doivent avoir un adressage sans ambiguïté.
• l'identification vous permet d'associer de manière unique des données à un objet particulier et de les récupérer. Les normes RFID et NFC sont des exemples de technologies qui peuvent même identifier des objets passifs qui n'ont pas de ressources énergétiques intégrées.
• sondage : les appareils IoT collectent des informations environnementales à l'aide de capteurs, les échangent ou modifient leur état sous son influence.
• traitement de l'information intégré - les objets peuvent être équipés d'un processeur ou d'un microcontrôleur pour une analyse et un traitement de l'information instantanés.
• localisation - les appareils connaissent leur emplacement physique, ce qui est obtenu grâce à l'utilisation du GPS ou d'un réseau de communication mobile, ainsi que de balises (par exemple, des lecteurs WLAN ou RFID avec des coordonnées connues).

Les principaux problèmes et tâches

Le concept de l'Internet des objets est complet et implique l'intégration de domaines tels que le matériel, les réseaux et les logiciels. Il en résulte un grand nombre de problèmes et de tâches à la fois technologiques et socio-juridiques.

Architecture du système

L'objectif fondamental de l'IoT est le développement et la sélection de la bonne architecture de système, car l'ensemble du processus de développement dépendra des décisions prises aux stades initiaux de la recherche. Pour le moment, il n'y a pas d'accord spécifique sur l'architecture IoT qui serait approuvé et utilisé universellement.

Les modèles d'architecture à trois et cinq niveaux sont les plus courants. Le premier d'entre eux est basique et comprend le niveau de perception, le réseau et les niveaux d'application. Ce modèle définit l'idée de base de l'IoT, mais il n'est pas suffisamment détaillé, ce qui est nécessaire pour une recherche plus approfondie. Par conséquent, la littérature suggère des architectures avec un grand nombre de niveaux. Par exemple, un modèle à cinq niveaux, qui comprend en outre des couches de traitement et une couche de transport.

D'autres exemples sont l'architecture nuageuse et brumeuse. Selon les chercheurs, une tendance a récemment émergé dans le développement de l'informatique de brouillard, dans laquelle les capteurs et les passerelles de réseau effectuent certaines des tâches de traitement et d'analyse des données.

Misty et le cloud computing sont souvent utilisés ensemble, car cela est nécessaire pour des performances optimales des applications IoT. Pour implémenter un calcul vague, une passerelle peut être construite entre les réseaux locaux et le cloud. Ici, une approche à plusieurs niveaux est appliquée, qui fournit les fonctions de surveillance (contrôle de la capacité et des ressources utilisées), de prétraitement (filtrage, traitement et analyse des données), de stockage (réplication, distribution et stockage des données) et d'assurer la sécurité des données (cryptage et assurer l'intégrité et la confidentialité des données ) Pour le moment, cette architecture présente le plus grand intérêt et, selon les chercheurs, est la plus prometteuse.

Puissance de l'appareil

Une tâche importante de l'IoT est l'alimentation des appareils en mouvement constant et qui n'ont pas de source d'énergie constante. Dans de nombreux cas, les batteries et les blocs d'alimentation sont problématiques en raison de leur taille, de leur poids et de leurs besoins d'entretien. Les espoirs des développeurs et des chercheurs résident dans l'avenir des processeurs basse consommation pour les systèmes embarqués qui peuvent consommer beaucoup moins d'énergie. Il existe des capteurs sans fil rechargeables qui peuvent transmettre leurs lectures sur une distance de plusieurs mètres. Comme les systèmes RFID, ils reçoivent de l'énergie à distance ou du processus de mesure lui-même, par exemple en utilisant des matériaux piézoélectriques ou pyroélectriques. De plus, pour réduire les coûts d'énergie, il est nécessaire de former une pile de protocoles avec la plus petite quantité de données transmises.

D'où les tâches de développement et de choix d'une norme sans fil. En termes de coûts d'énergie, les technologies standard, telles que GSM, Wi-Fi et Bluetooth, ne conviennent pas - elles ont une large bande passante et utilisent une quantité d'énergie inacceptable pour les systèmes IoT.

Pour résoudre ce problème, des normes ont été développées qui répondent aux exigences de l'Internet des objets, par exemple IEEE 802.15.4, IEEE 802.11 Low Power, Bluetooth Low Energy, 6LoWPAN, RFID, NFC, ZigBee, Sigfox, LoraWAN et d'autres protocoles pour les réseaux sans fil qui utilisent peu énergie et compatible avec les protocoles de transport et de couche réseau existants.

Développement de la pile de protocoles Web

Le développement d'une pile web pour l'IoT nécessite la construction compétente de sa structure, qui répondra à la fois aux exigences de l'infrastructure de communication (compatibilité avec les normes existantes) et aux exigences de l'Internet des objets. Des exemples de telles normes sont: au niveau de la présentation - CoAP; couche de transport - UDP; couche réseau - IPv6 / 6LoWPAN.

Ces normes interagissent avec l'infrastructure de communication de la même manière que les protocoles de pile illimités, mais la quantité de données transférées est bien moindre. Ce fait permet de réduire la consommation d'énergie des appareils IoT et d'augmenter leur durée de fonctionnement.

Schéma d'adressage du périphérique

Les schémas d'adressage sont un aspect essentiel en termes d'unicité des adresses attribuées aux appareils IoT, car ils doivent identifier de manière unique les autres appareils et échanger des informations avec eux. Les caractéristiques les plus importantes de la création d'une adresse unique sont: son caractère unique, sa fiabilité, sa stabilité et son évolutivité.

Le protocole IPv4 existant et omniprésent ne permet d'identifier qu'un groupe de périphériques situés dans une certaine zone géographique, mais il n'a pas la capacité d'allouer chaque nœud IoT individuel. IPv6 peut atténuer les problèmes d'identification des périphériques, mais l'hétérogénéité des nœuds sans fil, les types de données variables, les opérations simultanées et la fusion de données à partir de différents périphériques aggravent encore le problème.

Évolutivité des systèmes IoT

Le prochain problème avec l'IoT est l'évolutivité. Selon les estimations de Cisco, en 2020, 50 milliards d'appareils seront connectés au cloud, et selon les estimations de Gartner, 26 milliards. L'IoT a un volume global plus large que l'Internet ordinaire. Par conséquent, l'évolutivité de l'espace IoT sera plus complexe qu'avec les applications Web conventionnelles. Cependant, la plupart des données reçues par les appareils IoT peuvent ou doivent être traitées localement et immédiatement éliminées.

Qualité de service garantie (QoS)

Les utilisateurs Web autorisent une latence variable pour les services Web conventionnels, mais l'inaccessibilité temporaire des capteurs ou des actionneurs IoT affectera directement le monde physique. Une approche contrôlée et optimale pour desservir le trafic réseau divers est nécessaire, chacun ayant ses propres besoins.

Un autre aspect de l'IoT est le fonctionnement continu du réseau pour une transmission de données omniprésente et implacable. Bien que la pile TCP / IP le garantisse en routant de manière plus fiable et efficace, de la source à la destination, l'IoT fait face à un goulot d'étranglement dans l'interface entre la passerelle et les appareils tactiles sans fil. L'ajout de réseaux et d'appareils ne doit pas nuire aux performances du réseau, aux performances des appareils, à la transmission fiable des données sur le réseau ou à l'utilisation efficace des appareils à partir de l'interface utilisateur.

Sécurité et confidentialité des informations personnelles

Outre les aspects de sécurité, tels que l'authenticité et la fiabilité du canal de communication et l'intégrité des messages, d'autres exigences seront importantes dans l'IoT. Il sera nécessaire de fournir à l'appareil un accès sélectif à la gamme de services, ou à un certain moment pour empêcher la communication avec d'autres appareils. L'intergiciel devrait avoir des mécanismes intégrés pour résoudre ce problème, ainsi que l'authentification des utilisateurs et la mise en œuvre du contrôle d'accès. De nombreuses tâches de sécurité de l'information peuvent être résolues à l'aide de méthodes cryptographiques et nécessitent davantage de recherches avant d'être largement utilisées.

Activité internationale

Les activités internationales dans le domaine de l'Internet des objets prennent de l'ampleur et de nombreuses initiatives sont mises en œuvre dans les industries, les universités et à différents niveaux du gouvernement. En Europe, des efforts importants sont déployés pour intégrer les activités des groupes et des organisations de recherche, couvrant le M2M, le WSN et la RFID, dans un système IoT unique afin de définir un modèle de référence pour l'interaction de l'Internet des objets et des éléments clés pour y parvenir. Au Japon, en Corée, aux États-Unis et en Australie, des initiatives à grande échelle sont mises en œuvre dans le cadre desquelles l'industrie et les ministères collaborent à divers programmes IoT. Un travail intensif dans le domaine de l'IoT est également mené en Chine dans son 12e plan quinquennal, qui stipule que les ressources et les investissements doivent être concentrés sur le développement de l'IoT dans divers domaines.

Cela implique la nécessité de créer une union unique pour tous les pays afin de résoudre les problèmes de l'IoT afin d'accélérer le rythme de développement de la sphère et de déterminer la voie pour la mise en œuvre coordonnée de cette idée technologique.

Quel est le résultat?

Avec l'essor continu des nouvelles technologies IoT, le concept de l'Internet des objets va bientôt inexorablement évoluer à très grande échelle. Ce nouveau paradigme de réseautage affectera chaque partie de notre vie, des maisons automatisées à la surveillance intelligente de la santé et de l'environnement en introduisant de «l'intelligence» dans les objets qui nous entourent.

L'Internet des objets est un domaine intégré qui nécessite l'élaboration de normes dans divers domaines. En raison de la complexité et de la nature structurelle du concept, de nombreuses tâches liées à divers domaines se posent sur le chemin de son développement. L'industrie peut bénéficier du développement de l'Internet des objets, qui est étroitement lié aux télécommunications, au matériel informatique, aux logiciels et aux services.