L’Internet des objets (IoT) fait maintenant partie de notre vie. Que ce soit sous forme de maisons intelligentes, voitures connectées, usines intelligentes ou villes connectées; nous les objets connectés cette technologie de manière quotidienne. Cette technologie est là pour rester.
Savez-vous qu’actuellement il y a environ 12.3 milliards d’objets connectés dans le monde ? (source)
A l’horizon 2025 les objets connectés auront produits environ 73.1 ZB de données ! (source)
73.1 Milliards de Teraoctets générés en 2025
Nous voyons clairement que le nombre d’objets connectés ainsi que les données produites est colossal.
Une architecture IoT structurée et efficace est donc nécessaire pour gérer un flux de données et d’objets grandissant.
Qu’est-ce qu’une architecture IoT ?
L’architecture IoT comprend plusieurs briques de systèmes IoT connectés pour garantir que les données des objets générées par les capteurs sont collectées, stockées et traitées dans les big data warehouse et que les actionneurs des objets exécutent les commandes envoyées via une application utilisateur.
C’est un cadre qui définit les composants physiques, l’organisation fonctionnelle et la configuration du réseau, les procédures opérationnelles et les formats de données à utiliser.
Cependant, il n’existe pas d’architecture de référence standard unique pour l’IoT car elle englobe une variété de technologies. Cela signifie qu’il n’y a pas un modèle simple qui peut être suivi pour toutes les implémentations possibles.
Quels sont les éléments de base d’une architecture IoT ?
L’architecture IoT peut en fait varier considérablement en fonction de la mise en œuvre.
Elle doit être suffisamment ouverte avec des protocoles ouverts pour pouvoir prendre en charge plusieurs applications réseau.
Dans la majeure partie des cas elle se compose de 4 blocs constitutifs :
- La scalabilité
- La fonctionnalité
- La disponibilité
- La maintenabilité
Même s’il n’existe pas d’architecture IoT unique universellement acceptée, le format le plus basique et le plus largement accepté est une architecture IoT à quatre couches.
1/ Couche de perception
Cette couche est responsable de convertir des signaux analogiques en données numériques et vice versa.
L’étape initiale de tout système IoT englobe un large éventail d’objets qui agissent comme un pont entre les mondes réel et numérique.
Leur forme et leur taille varient, des minuscules puces de silicium aux gros véhicules. Par leurs fonctions, les objets IoT peuvent être divisés en groupes:
-
Capteurs : tels que sondes, jauges, compteurs et autres. Ils collectent des paramètres physiques tels que la température ou l’humidité, les transforment en signaux électriques et les envoient au système IoT.
Les capteurs IoT sont généralement petits et consomment peu d’énergie.
- Actionneurs : traduisant les signaux électriques du système IoT en actions physiques. Les actionneurs sont utilisés dans les contrôleurs de moteur, les lasers, les bras robotiques.
- Machines et dispositifs : connectés à des capteurs et des actionneurs ou comme étant des parties intégrantes.
Il est important de noter que l’architecture n’impose aucune restriction sur la portée de ses composants ou leur emplacement. En effet la couche latérale peut inclure quelques objets physiquement placées dans une pièce ou des myriades de capteurs et d’appareils répartis dans le monde entier.
2/ Couche réseau
Les données collectées par tous ces appareils doivent être transmises et traitées.
C’est le travail de la couche réseau, elle connecte donc ces appareils à d’autres objets intelligents, serveurs et appareils réseau. Elle gère également la transmission de toutes les données.
Les communications entre les appareils et les services cloud ou les passerelles impliquent différentes technologies:
- Ethernet : connecte des appareils IoT fixes tels que des caméras de sécurité et vidéo, des équipements industriels installés en permanence.
-
Réseaux cellulaires : Les plus connus actuellement étant la 5G et la 4G, elles offrent un transfert de données fiable et une couverture presque mondiale.
Il aussi existe deux normes cellulaires développées spécifiquement pour les objets IoT. LTE-M (Long Term Evolution for Machines) permet aux appareils de communiquer directement avec le cloud et d’échanger de gros volumes de données.
NB-IoT ou Narrowband IoT utilise des canaux basse fréquence pour envoyer de petits paquets de données.
- LPWAN (Low-power Wide-area Network) : a été créée spécifiquement pour les appareils IoT. Cette technologie offre une connectivité sans fil longue portée avec une faible consommation d’énergie avec une autonomie de plus de 10 ans. Nous vous conseillons fortement de consulter notre comparatif sur les différentes technologies LPWAN
- WiFi : la technologie de réseau sans fil la plus populaire, convient parfaitement aux solutions IoT gourmandes en données, faciles à recharger et à utiliser dans une petite zone. Un bon exemple d’utilisation est celui des appareils domestiques intelligents connectés au réseau électrique.
Il existe aussi d’autres technologies permettant la connectivité comme notamment le NFC (Near Field Communication), le bluetooth ou le ZigBee.
Recevez nos derniers article chaque semaine dans votre boîte email !
3/ Couche de traitement de données
La couche de traitement accumule, stocke et traite les données provenant de la couche précédente. Toutes ces tâches sont généralement traitées via des plateformes IoT et comprennent deux étapes principales.
Étape d’accumulation des données
Les données en temps réel sont capturées via une API et mises au repos pour répondre aux exigences des applications non temps réel.
L’étape du composant d’accumulation de données fonctionne comme une plaque tournante entre la génération de données basée sur les événements et la consommation de données basée sur les requêtes.
Entre autres choses, l’étape définit si les données sont pertinentes pour les besoins de l’entreprise et où elles doivent être placées.
Elle enregistre les données dans une large gamme de solutions de stockage, des data lakes capables de contenir des données non structurées telles que des images et des flux vidéo.
L’objectif global étant de trier une grande quantité de données diverses et de les stocker de la manière la plus efficace.
Étape d’abstraction des données
Ici, la préparation des données est finalisée afin que les applications grand public puissent les utiliser pour générer des informations. L’ensemble du processus comprend les étapes suivantes :
- Combiner des données provenant de différentes sources, à la fois IoT et non-IoT
- Concilier plusieurs formats de données
- Agréger les données en un seul endroit ou les rendre accessibles quel que soit leur emplacement grâce à la virtualisation des données.
De même, les données collectées au niveau de la couche application sont reformatées ici pour être envoyées au niveau physique afin que les appareils puissent les comprendre.
Ensemble, les étapes d’accumulation et d’abstraction des données masquent les détails du matériel, améliorant ainsi l’interopérabilité des appareils intelligents.
4/ Couche Applicative
La couche application est ce avec quoi l’utilisateur interagit. C’est ce qui est chargé de fournir des services spécifiques à l’application à l’utilisateur.
Actuellement, les applications peuvent être construites directement sur les plates-formes IoT qui offrent une infrastructure de développement logiciel avec des outils prêts à l’emploi pour l’exploration de données, l’analyse avancée et la visualisation de données.
Sinon, les applications IoT utilisent des API pour s’intégrer à la couche précédente.
5/ Couche de sécurité
Cette couche est transverse à toutes les couches précédentes. La sécurité de l’IoT est primordiale, nous avons observé certaines vulnérabilités comme celle du Log4j. Nous avons consacré à la cybersécurité un article détaillé
Télécharger le guide complet pour comprendre les piliers fondamentaux de l’IIoT et bien lancer votre projet
Cas d’utilisation : Architecture d’un lampadaire intelligent ?
Nous arrivons enfin à la partie qui me plait le plus, c’est-à-dire un exemple concret pour mieux comprendre et appliquer une architecture IoT optimale.
Pour cet exemple nous avons choisi un lampadaire intelligent.
L’objectif étant de monitorer et commander les lampadaires de manière manuelle et automatique.
- Couche de perception : Nous disposons d’une lampe intelligente, de capteurs de luminosité et de mouvement ainsi que d’un actionneur. Toutes les données sont remontées via technologie Lora.
- Couche réseau : Une gateway est placée pour récupérer les données remontées via les capteurs, elle les traite et les transmet via réseau cellulaire (5G ou 4G).
- Couche de traitement de données : Les données arrivent au serveur Cloud, elles sont accumulées, agrégées et puis mises à disposition sous forme d’une API
-
Couche applicative : Elle peut être sous forme Web ou mobile. L’application fait des appels d’API pour récupérer les données relatives au lampadaire (luminosité, état, maintenance …) afin qu’elles soient exploitées. L’application peut allumer ou éteindre les lampadaires automatiquement en fonction de la luminosité ou du mouvement. Et il est aussi possible à l’utilisateur de commander les lampadaires de manière manuelle.
Enfin l’application permet d’alerter l’utilisateur en cas de défaillance.
Nous avons étudié le de lampadaires connectés, mais l’IoT possède d’innombrables cas d’utilisation, allant des domestiques jusqu’aux industriels, en passant par la santé.
Il est donc essentiel de designer une architecture IoT cloud robuste capable d’évoluer avec le temps et surtout d’accepter un flux croissant de données.
L’article Architecture IoT : L’essentiel à savoir est apparu en premier sur IoT Industriel Blog.