Dans ce chapitre, nous allons continuer notre exploration des objets connectés, du côté des sciences et des techniques. Quelles sont les technologies et les disciplines scientifiques nécessaires aux développeurs et aux chefs de projets d’IoT ?
Hardware
Le hardware regroupe tous les éléments matériels d’un système informatique. Pour les objets connectés, les besoins sont principalement liés aux capteurs ainsi qu'aux technologies annexes, comme des capteurs intelligents ou des capteurs passifs. Les capteurs sont essentiels pour détecter le mouvement, la position ou les interactions avec l’objet connecté. Voici une liste indicative des principaux capteurs actuellement utilisés par les développeurs d’IoT.
Type de capteurs | Type de captation |
Accéléromètres | accélération, capture de mouvement |
Capteurs à induction | présence, champ magnétique |
Capteurs CCD | couleur, mouvement, vitesse, dimensions |
Capteurs de pression | pression atmosphérique, tension artérielle, poids |
Diodes/Résistances | température |
Gyroscopes | position spatiale, inclinaison, inertie |
Microphones | niveau sonore, impulsion sonore, reconnaissance vocale |
Photodiodes | présence, couleurs, distances, luminosité |
Source: inspiré du tableau page 10, Les Cahiers de Veille de la Fondation Télécom, 2015.
Le semi-conducteur ou encore le SOC (System On Chip) sont aussi nécessaires. Pour rappel, un semi-conducteur est un matériau qui conduit imparfaitement l’électricité. Il est utilisé en électronique pour réaliser des composants tels que des diodes, des transistors ou des circuits intégrés. Un SOC, ou système sur une puce, est un circuit intégré qui rassemble les principaux composants d'un ordinateur sur une seule puce électronique. Ses composants peuvent inclure un processeur central, de la mémoire, des capteurs, ou une puce radio pour l’émission et la réception.
Autres technologie hardware importante à maîtriser : celle du microprocesseur, en particulier son architecture.
En résumé, la maîtrise des technologies hardware passe principalement par les capteurs, les “systems on chip” et les microprocesseurs. Auparavant, ces éléments, indispensables à l’émission et à la réception de ces données, pouvaient peser un certain nombre de kilos. Maintenant, ils sont miniaturisés et peuvent être totalement embarqués dans les systèmes de type IoT.
Software
Une simple spécialisation en hardware n’est pas suffisante : il faut savoir mettre en oeuvre ce hardware à l’aide d’un logiciel, un software. Une équipe de développement IoT doit inclure ses propres développeurs de logiciels. Le langage le plus utilisé à ce jour est le langage C++. Il existe aussi de nombreux langages et logiciels nouveaux qui permettent de modéliser et de développer les fonctionnalités associées aux objets connectés.
La notion de logiciel implique aussi un accès à des plateformes de développement adaptés. Les logiciels de l’IoT sont fins et optimisés en permanence. Il faut donc être capable de valider de façon dynamique la conception d’objets connectés. Concrètement, l’équipe de développement doit pouvoir compter sur un certain nombre de logiciels spécialisés, pour valider les exigences exprimées par un besoin ou par un client. Celles-ci seront ainsi modélisables et testables immédiatement. C’est un préalable nécessaire à un développement logiciel bien maîtrisé. Cela peut passer par des plateformes de développement intégré — Integrated Development Environment, ou IDE, en anglais — qui formalisent dans un même environnement l’écriture de code, le test et le débogage.
En résumé, pour le volet software de l’IoT, il est nécessaire de connaître à la fois les logiciels existants, les nouveaux logiciels de testabilité et de validation, ainsi que les logiciels de maîtrise et de contrôle qualité de tous les développements.
Télécommunications
La notion de connectivité est au centre de l’IoT. Elle peut se décliner sous plusieurs questions : comment maîtriser les émissions radio ? Comment organiser des réseaux filaires si l’environnement de l’objet ne permet pas le sans-fil ? Comment s’approprier les protocoles les plus répandus pour l’IoT, tels que LoRa, ou Sig développé par Sigfox?
L’équipe de développement doit inclure des personnes qui soient capables de comprendre ce qu’est une bande passante, le débit en termes de données, ou qui connaissent les contraintes des fréquences disponibles pour un objet connecté.
Prenons l’exemple d’un avion connecté. Depuis peu, il est désormais possible de téléphoner à bord d’un avion de ce type, depuis que les fréquences ont été libérées. Pendant longtemps, les fréquences n’étaient gérées que par les militaires. Aujourd’hui, ces fréquences sont des moyens mis à disposition des industriels pour permettre la connectivité.
La notion de connectivité implique aussi la capacité à contrôler ce qui passe sur ces flux de données. Pour revenir à l’exemple de l’avion connecté, toutes les données sécurisées, maîtrisées depuis le cockpit du pilote, doivent obligatoirement être séparées de la connectivité des passagers. Il s’agit d’une contrainte forte de sécurité qu’il faut intégrer. La maîtrise des télécommunications passe donc par la définition des usages et leur adaptation à un environnement spécifique. C’est ce qu”on appelle “l’écosystème d’usage” de l’IoT.
La télécommunication est donc un volet technologique et scientifique précis, qu’une équipe de développement doit impérativement maîtriser.
Systèmes cyberphysiques
Le développement et la conception d’objets connectés implique de prendre en compte la transversalité. Cela veut dire être capable de concevoir un objet de type mécanique qui contienne de l'électronique, de l’informatique et des moyens de télécommunication. Les capteurs intelligents sont un exemple de ces capteurs développés avec des SOC.
Même s’il existe des objectifs d’efficacité, de productivité et de chiffre d’affaires, un système complexe ne se développe pas aisément à moindre coût. Pour y parvenir, il faut revisiter les notions d’architecture système. Dans le cas des objets connectés, on parle de “système cyberphysique”. Le terme est utilisé pour regrouper des systèmes qui rassemblent informatique et électronique, dans le but d’agir sur des éléments physiques, comme des machines. L’architecte système est une personne qui prend en compte les différentes dimensions d’un produit (alimentation en énergie, ergonomie, hardware, software, etc.) et ses contraintes spécifiques, tout en cherchant à obtenir un produit final optimisé.
Ces méthodologies “d’architecture système” ont disparu de certains secteurs depuis une vingtaine d’années. La tendance dans les entreprises était à l’analyse par disciplines et en silos. De fait, les filières méthodologiques ou éducatives pour former des architectes systèmes sont en reconstruction. Entendons-nous bien, il s’agit d’architectes de systèmes techniques : avion, hélicoptère, plateforme pétrolière, train. Les architectes navals sont ceux qui sont restés les plus visibles. Pour ce qui est des systèmes informatiques, les compétences se sont développées et ont permis, d’ailleurs, la création et la mise au point d’outils et de méthodes puissantes. Ainsi, il arrive fréquemment qu'un fabricant de tels systèmes vous explique qu’il a des experts dans chaque domaine, mais plus d'architecte système ; ou bien des anciens qui ont du mal avec les approches et outils issus de l’informatique. Aujourd’hui, un certain nombre d’industriels du nucléaire, mais aussi de l’aéronautique ou du spatial, sont en train de redécouvrir ces métiers.
Pour concevoir des systèmes cyberphysiques optimisés, il faut aussi se demander comment l’objet connecté va traiter les données. Comment sont-elles transformées pour arriver à produire de l’intelligence ? L’objet connecté doit donc être doté de capacités de traitement du signal, de l’image et de la donnée en masse. Cela implique aussi l’inclusion d’algorithmes de traitement qui vont extraire les paramètres les plus intéressants, adapter le modèle et enrichir l’information. D’autre part, toutes les données ne sont pas du même type ou au même format, et ne sont pas directement exploitables. On parle alors de données brutes qu’il faut reformater, agréger, voire trier. Intégrer l’interopérabilité et la qualité des données reçues des différents capteurs ou autres IoT devient comme un des facteurs importants du traitement des données.
En résumé, le développement de l’IoT est multidisciplinaire car il comprend du hardware, du software, des télécommunications et potentiellement des domaines physiques multiples (masse, vibration, acoustique, température, aérodynamique…), orchestrés par une pensée d’architecture système. Ce développement doit aussi tenir compte du traitement et de l’utilisation des données, pour obtenir des objets connectés performants et sécurisés.
