Les composants d’un système loT

Les principaux éléments qui composent un système IoT sont :

Les objets (capteurs) : pour collecter les données depuis différentes sources. Ces données peuvent être de différents types : images de la caméra, température, humidité, position GPS, informations de santé, qualité de l’air, etc .

Le réseau (connectivité) : la connectivité dans un réseau IoT permet de relier l’information provenant de différents capteurs et couvrir une zone d’usage des objets tels une maison intelligente, un campus universitaire, une ville intelligente, la planète, etc. Un système IoT doit s’appuyer sur un protocole de communication pour garantir un fonctionnement efficace. En effet, il existe différents protocoles de communication qui diffèrent en fonction leur consommation d’énergie, de leur sécurité ainsi que de la distance à couvrir . Les objets connectés doivent fonctionner en continu et sans interruption, ils doivent donc être reliés à une source d’énergie en permanence. Cependant ils doivent consommer un minimum d’énergie car ils sont souvent alimentés avec des piles ou des panneau photovoltaïques. C’est pour cela que ces protocoles de communication qui permettent la connectivité des capteurs doivent être les moins énergivores possibles. Dans la littérature, on peut citer 03 grandes catégories de protocoles de communication utilisés dans un contexte IoT : LAN/PAN, LPWAN, Réseaux cellulaires (longue portée).

A. LAN/PAN (Local/Personal Area Network) : cette catégorie de réseaux de communications englobe les protocoles de courte portée (Short range communication). Cela concerne les protocoles offrant une connectivité sure, autour et dans le corps humain (santé, sport) tel que les protocoles RFID (portée jusqu’à 100m) ou NFC (portée de quelques centimètres, env. 10 cm). Cette catégorie englobe également les protocoles disposant d’une portée toujours courte mais un peu plus grande comme Bluetooth (10 à 20 m, 100m), ZigBee (portée de 10 à 50 m en intérieur.), etc. Ces deux catégories de protocoles sont utilisées par exemple dans le cadre des maison connectés (Zigbee, Zwave, etc.) ou pour les objets connectés à usage quotidien comme les bracelets, montres, smartphone ou puces connectées (Bluetooth, RFID, etc.). Dans les paragraphes suivants nous présentons les principaux protocoles utilisés dans ce contexte :

A.1 Bluetooth : La norme Bluetooth connue sous le nom IEEE 802.15.1 représente un outil de communication sans fil permettant l’échange de données numériques entre appareils électroniques, il fait partie des réseaux PAN (Personal Area Network). La connexion Bluetooth utilise des ondes radio en ultra haute fréquence ou UHF, sur la bande de fréquence autour de 2,4 GHz, avec une portée très réduite (quelque mètres, 10 à 20 m, 100m), ce qui la réserve à des usages à très courte distance. La principale utilité de cette technologie consiste à connecter différents appareils à un ou plusieurs hôtes, créant ainsi un réseau personnel (PAN), [22]. Depuis son apparition, la liaison Bluetooth est utilisée pour simplifier les connexions entre appareils électroniques, en supprimant les câbles. Elle permet de s’affranchir des fils. Parmi ces usages les plus fréquents aujourd’hui et qui viennent naturellement à l’esprit, notamment dans le cadre des loisirs, on pourra citer les liaisons entre ordinateur et souris, clavier, imprimantes et scanners etc. ou encore la liaison entre une manette de jeux vidéo et la console de jeux.

A.2 RFID : Le protocole RFID (Radio Frequency Identification) représente une technologie d’identification par radiofréquences permettant la communication entre l’objet et le détecteur situés à une distance allant de 1cm jusqu’à 100 mètres. Elle permet de scanner des produits en masse sans les voir, sans les toucher et donc permet un gain de temps considérable. Le système RFID fonctionne d’une manière très simple : l’étiquette RFID (ou bien le tag) est équipée d’une puce connectée à une antenne, qui permet à la puce de transmettre des informations qui peuvent être lues à l’aide d’un lecteur émetteur-récepteur. Aujourd’hui, cette technologie est répandue dans le monde entier et un des usages les plus évidents se situe dans les univers de la logistique et de la vente. Citons quelques exemples pratiques qui ont mis en œuvre avec succès la RFID :

◆ L’identification et suivi de personnes
◆ Gestion des stocks de produits
◆ Traçabilité des produits
◆ Identification des animaux de compagnie « Smart Farming »

A.3 NFC (Near Field communication) : c’est un protocole de télécommunication radio à très courte distance et dérivée de la technologie RFID. Cette dernière (NFC) permet de relier rapidement deux appareils électriques, la fonction principale de cette technologie est d’interagir avec un environnement donné. Il est très utile pour les Smartphones et les appareils similaire. Il existe trois modes de communication NFC [2][3]. Le protocole NFC permet à des appareils de communiquer sans contact sur une très courte distance (quelques centimètres). Il est utilisé pour les besoins de la téléphonie et des cartes de paiement. Il existe trois modes de communication NFC :

• Le mode lecteur : ou bien le mode actif, ou un dispositif NFC agit comme un lecteur sans contact quand il est mis à proximité d’une tag NFC.
• Le mode « émulation de carte » : il s’agit d’une communication entre un lecteur standard et un dispositif NFC vu par le lecteur comme un simple transpondeur. Les applications sont nombreuses : paiement sans contact, tickets de transport, tickets de spectacle, contrôle d’accès aux bâtiments
• Le mode P2P : Le mode peer-2-peer permet un échange rapide entre 2 appareils équipés de la technologie NFC.

A.4 Zigbee : connu sous le nom de la norme IEEE 802.15.4 qui représente un protocole de communication sans-fil à courte portée et à faible consommation énergétique et moins couteux. C’est un protocole de radio de communication d’une portée moyenne de 10 mètres. ZigBee est un protocole qui utilise une faible bande passante, idéal pour le transfert de données en faible volume. Parmi les applications de Zigbee on peut trouver :
• L’évitement de collision.
• Les maisons connectés (domotique)
• Les compteur intelligents (d’électricité et de gaz).

A.5 Z-Wave : protocole de communication sans fil dédié à la domotique. Sa gamme de distance opérationnelle est comprise entre 30 et 100 mètres en plein air. Ce protocole peut être utilisé dans un réseau maillé, ce qui lui permet d’élargir sa portée.

A.6 Wifi (Wirless Fidelity) : le Wi-Fi est un réseau local lancé en 1999 qui utilise des ondes radio pour relier, sans fils, plusieurs appareils informatiques et faciliter la transmission de données. Il est aussi connu sous le nom IEEE 802.11. Le Wifi est principalement utilisé pour connecter des appareils à des liaisons haut débit (10.53 Gbit/s) avec une bande de fréquence comprise entre 2,4 GHz et 5 GHz. La sécurité du protocole Wifi repose principalement sur le mécanisme du protocole WPA (Wired Equivalent Privacy), introduit en 2003 et basé sur l’algorithme de cryptage des communications. Le Wifi repose également sur le filtrage d’adresses MAC, ce mécanisme permet de contrôler l’identité de l’appareil et de restreindre l’accès au réseau, mais dans le cas de l’IoT, le filtrage MAC est limité [2]. Le Wi-Fi permet des connexions à haut débit sur des distances comprises entre 20 et 100 mètres. Il permet également de transférer rapidement beaucoup de données. Cependant c’est un protocole très énergivore qui nécessite une connexion à une alimentation électrique. Il est utilisé pour la navigation internet et le transfert de données entre périphériques informatiques et multimédia.

A.7 Bluetooth Low Energy (BLE) : La technologie BLE est un protocole de réseau personnel sans fil à très basse consommation. Le protocole BLE permet de transférer une quantité limitée de données sur une distance moyenne de 60 mètres. Contrairement aux Bluetooth classique, le BLE a une consommation d’énergie dix fois plus petite. Il est utilisé pour le transfert de données entre périphériques informatiques et multimédia.