Internet des objets (IdO) amélioré / interopérable

Description

L'internet des objets (IdO) est une innovation technologique en croissance continue et rapide, qui vise à rendre nos activités quotidiennes plus connectées numériquement. Grâce à une plus grande interconnexion et à une meilleure analyse des données, l'IdO permet de prendre des décisions plus efficaces et mieux informées.

Pour ce faire, on rend les objets physiques quotidiens compatibles avec l'internet, en les associant à des capteurs, à des capacités de traitement et à d'autres logiciels qui permettent le partage et l'échange de données. Ce processus promet de "transformer notre façon de travailler, de vivre et de jouer" (Singhania, 2015). Cette fusion du physique et du virtuel permet d'apporter des solutions plus innovantes aux problèmes urbains du monde réel. À l'avant-garde de la transformation numérique, l'IdO peut être utile dans toutes sortes de scénarios, des embouteillages à la surveillance des maisons intelligentes, en passant par l'efficacité énergétique et un large éventail de questions de sécurité.

À l'heure actuelle, bien qu'il existe sur le marché une grande variété d'appareils compatibles avec l'IdO, dont beaucoup ont été mis en œuvre pour améliorer les infrastructures municipales, le potentiel de la technologie n'est souvent pas atteint. Cela est dû à l'existence de diverses normes pour les réseaux et les appareils, qui limitent la capacité des appareils ne partageant pas ces normes à s'interconnecter, à se parler et donc à partager des données pour une capacité de réseau optimale. La réponse à ce problème est l'IdO amélioré ou interopérable, qui permet l'intégration et l'interconnexion transparentes des appareils compatibles avec l'IdO, ce qui élargit considérablement le potentiel d'utilisation de cette technologie dans la résolution des problèmes des villes intelligentes.

De nombreuses solutions technologiques urbaines peuvent fonctionner mieux et plus efficacement lorsqu'elles fonctionnent ensemble au sein d'un système connecté. Par exemple, les navetteurs ont tout intérêt à connaître le meilleur itinéraire à emprunter grâce à des informations actualisées sur le trafic, tout en sachant où se trouvent les places de stationnement. Ces informations ne peuvent être fournies de manière fiable sans un retour d'informations de la part de tous les appareils concernés. Cependant, il n'existe pas de norme universelle pour les appareils compatibles avec l'IdO en raison de la relative nouveauté de la technologie. Cela réduit la capacité des appareils à se connecter entre eux et à partager des données, ce qui limite essentiellement la capacité des solutions IdO. Ce problème doit être résolu pour exploiter le véritable potentiel des technologies basées sur l'internet.

L'un des avantages de l'IdO est qu'il permet de suivre l'utilisation des appareils grâce à l'analyse des données. Cela peut contribuer à limiter l'inefficacité énergétique des appareils utilisés dans un large éventail d'activités. L'IdO permet également de contrôler les appareils ou d'en limiter l'utilisation à distance. Sans appareils connectés à l'internet, ou sans appareils capables de communiquer entre eux, le partage de données importantes pour l'analyse de l'infrastructure urbaine est fortement limité. Sans cette analyse, il sera difficile de savoir si les infrastructures urbaines et les solutions de villes intelligentes fonctionnent bien.

Source : Vasilov, L. (2021) Octet de connaissances : Building blocks of IOT architecture, Cloud Credential Council. Disponible à l'adresse : https://www.cloudcredential.org/blog/knowledge-byte-building-blocks-of-iot-architecture/ (consulté le 1er novembre 2022).

Modèle de valeur

Source : Bhayani, Malay & Patel, Mehul & Bhatt, Chintan : Bhayani, Malay & Patel, Mehul & Bhatt, Chintan. (2016). L'internet des objets (IdO) : À la manière d'un monde intelligent. 10.1007/978-981-10-0767-5_37.

Source : Rosil, M. et Muts, I. (2022) Le coût de l'IdO : Ready-to-use vs. Custom IoT Solutions, Euristiq. Disponible à l'adresse : https://euristiq.com/cost-of-iot/.(consulté le 8 novembre 2022).

Contexte de la ville

Les villes intelligentes utilisent les technologies de l'information pour transformer de manière bénéfique les opérations, le travail et la vie des citoyens (Harmon et al., 2015). L'intégration de systèmes intelligents avec des produits et services intelligents basés sur l'IdO dans un cadre de villes intelligentes exige que les conditions suivantes soient remplies :

• Capteurs : Pour les produits intelligents basés sur l'IdO, les capteurs sont des composants nécessaires. Ces capteurs généreront une énorme quantité de données.
• Sécurité : Un réseau de ville intelligente est sujet à des cyberattaques. L'authentification des utilisateurs permet aux utilisateurs autorisés d'accéder au réseau en toute sécurité.
• Tolérance aux pannes/sécurité des pannes : En cas de panne de courant ou de catastrophe, l'infrastructure critique des composants de l'IdO doit être tolérante aux pannes et à l'épreuve des défaillances.
• Récolte d'énergie : Les capteurs intelligents de l'IdO doivent être intégrés à des processus de collecte d'énergie pour que les appareils puissent fonctionner pendant 10, 15 ou 20 ans sans intervention humaine.
• Connectivité : Les capteurs lents et rapides sont pris en charge par le réseau IdO. Par conséquent, la connectivité des données peut être assurée par la visualisation du réseau et la diffusion en temps réel.
• Facilité de gestion : Le réseau IdO doit comprendre des outils permettant la gestion à distance de ces appareils, car un nombre important d'appareils intelligents et de capteurs peuvent être répartis géographiquement sur de longues distances.
• Dispositifs en réseau maillé : Les appareils IoT doivent pouvoir se connecter les uns aux autres sans passer par un backend, distribuer les données entre les nœuds finaux et communiquer avec d'autres appareils proches pour un traitement groupé.
• Des API ouvertes pour les citoyens afin de permettre la création de services : Le réseau pour les villes intelligentes doit permettre d'accéder à des données partagées largement utilisées et servir de plateforme pour la mise en œuvre d'applications innovantes.
• Backend ou stockage en nuage : Les données et les statistiques sont sauvegardées, analysées et post-traitées dans le stockage, elles peuvent être utilisées pour faire des choix à grande échelle dans le temps.
• Communication des réseaux de capteurs : Les dispositifs IdO doivent communiquer en utilisant une variété de canaux.

La mise en œuvre réussie de l'IdO peut être responsable de plusieurs avantages évidents pour les villes, parmi lesquels l'amélioration de l'infrastructure et des services qu'elles fournissent aux citoyens et aux visiteurs au quotidien, ainsi que de leurs propres opérations internes. En raison de la variété et de la diversité des applications de la technologie de l'IdO, le contexte dans lequel elle s'inscrit au niveau de la ville est souvent tout aussi vaste.

Source : Harmon, Robert & Castro-Leon, Enrique & Bhide, Sandhiprakash. (2015). Les villes intelligentes et l'internet des objets. 485-494. 10.1109/PICMET.2015.7273174.

Facteurs de soutien

La mise en œuvre réussie de l'IdO peut être responsable de plusieurs avantages évidents pour les villes, parmi lesquels l'amélioration de l'infrastructure et des services qu'elles fournissent aux citoyens et aux visiteurs au quotidien, ainsi que de leurs propres opérations internes. En raison de la variété et de la diversité des applications de la technologie de l'IdO, le contexte dans lequel elle s'inscrit au niveau de la ville est souvent tout aussi vaste.

Cependant, il existe un certain nombre de facteurs limitant ce processus. Il s'agit notamment de la question déjà soulignée de la multiplicité des normes pour les appareils compatibles avec l'IdO. Il incombe donc en partie aux villes de veiller à exiger l'uniformité des normes de la part de leurs fournisseurs de technologie et de s'assurer qu'elles utilisent des plates-formes qui permettent l'interopérabilité des normes. Cette proactivité des villes est importante pour garantir que toutes les technologies innovantes des villes intelligentes puissent communiquer entre elles.

Les facteurs de soutien à l'IdO sont les suivants

• Apaiser les inquiétudes du public quant à l'utilisation des technologies futuristes, notamment en ce qui concerne les questions de sécurité, comme le piratage des données personnelles et la protection de la vie privée.
• Veiller à ce que tous ces dispositifs "parlent la même langue" afin que l'IdO puisse fonctionner comme il se doit et permettre une véritable interconnexion.
• éviter le problème des îlots déconnectés des réseaux IdO

Initiatives du gouvernement

Les initiatives gouvernementales et les actions au niveau de l'UE qui soutiennent le déploiement des technologies de l'IdO sont les suivantes :

• Des plans de stratégie numérique à l'échelle de l'UE sont en place et cherchent activement à promouvoir et à développer la coopération avec les principales parties prenantes du secteur. Il s'agit notamment des entreprises numériques, des organisations non gouvernementales concernées et des universités (Commission européenne, Stratégie numérique 2020). En outre, l'UE dispose d'une stratégie pour les données, qui garantit que les propositions politiques et les solutions juridiques visant à rationaliser les préoccupations en matière de données peuvent être mises en œuvre au-delà des frontières nationales, au sein de la zone du marché unique.
• Une autre initiative clé est le domaine d'intervention "Digitising European Industry" (DEI), dans lequel l'UE accorde une grande priorité à l'interopérabilité des plateformes, à la normalisation partagée et à la création d'un écosystème d'innovation technologique. Parallèlement, en signe de soutien et de reconnaissance de l'importance de la croissance de l'IdO et des technologies connexes, la Commission a débloqué 400 millions d'euros dans le cadre du projet Horizon 2020 pour promouvoir la création de plateformes et les efforts de pilotage à grande échelle.

Cartographie des parties prenantes

Potentiel du marché

La demande de produits de l'internet des objets (IdO) augmente dans le monde entier. Selon l'International Data Corporation (IDC), plus de 41 milliards d'appareils IoT devraient être déployés d'ici 2025.

La croissance du marché de l'IdO a été particulièrement notable sur le marché européen, avec une prévision de croissance jusqu'en 2023 de près de 10 % par an. En outre, on s'attend à ce que, d'ici 2030, environ 23 % de tous les dispositifs IdO se trouvent en Europe. L'adoption de l'IdO en Europe est aujourd'hui responsable de l'Allemagne, du Royaume-Uni et des Pays-Bas, tandis que les nations d'Europe de l'Est et les pays nordiques s'en approchent de près (CBI, 2022). Le marché mondial de l'IdO devrait croître d'environ 60 milliards d'euros en 2022, pour atteindre une taille globale d'environ 400 milliards d'euros. Le marché a connu une croissance continue et régulière au cours des dernières années, malgré les turbulences provoquées par la pandémie de coronavirus et le conflit russe en Ukraine.

Modèles d'exploitation

Source : Burkhalter, M : Burkhalter, M. (2019) Smart city innovation : 3 models for IoT network ownership, Perle. Disponible à l'adresse : https://www.perle.com/articles/smart-city-innovation-3-models-for-iot-network-ownership-40186046.shtml (consulté le 4 novembre 2022).

Exigences légales

• Les stratégies de l'Union européenne en matière de données et de numérique contribuent à promouvoir et à contrôler la réglementation juridique de l'IdO. C'est particulièrement important si l'on considère les préoccupations du grand public et des médias concernant, entre autres, la protection de la confidentialité et de la sécurité des données. Cette plus grande sécurité juridique autour des produits et services basés sur l'IdO facilitera la croissance de la technologie et sa mise en œuvre à grande échelle.
• En outre, la Commission européenne a publié un document de travail sur la responsabilité pour les technologies numériques émergentes, qui contribue à clarifier les problèmes de responsabilité liés à ces technologies.
• En ce qui concerne le GDPR, dans les situations où l'IoT implique le partage de données personnelles, le règlement général européen sur la protection des données de 2018 est applicable. C'est souvent le cas avec les dispositifs IoT, qui dépendent de la collecte et de l'analyse des données des utilisateurs pour fonctionner efficacement. Les fournisseurs de services IoT, en vertu du droit de l'UE, doivent prendre des mesures étendues pour assurer la protection et la sécurité de ces données.
• Outre la loi de 2018, des discussions sont en cours sur la mise en œuvre d'un règlement sur la vie privée et les communications électroniques. Cette loi spécifique concernerait toutes les communications électroniques, y compris le dialogue entre machines. Les fournisseurs et les utilisateurs de technologies IoT doivent être conscients de la probabilité de l'entrée en vigueur de cette loi, afin de préparer leurs produits et leurs réseaux à l'avenir.

Données et normes

Un large éventail de technologies innovantes est disponible pour aider l'IdO :

• Bluetooth et Bluetooth Low Energy (BLE) : Le protocole Bluetooth est sûr, abordable, de portée limitée et économe en énergie par rapport à d'autres protocoles sans fil. Il stimule la connectivité des dispositifs IdO et contribue à réduire la consommation d'énergie.
• ZigBee : Le protocole ZigBee permet aux objets intelligents de communiquer entre eux. La norme IEEE 802.15.4-2003 définit un ensemble d'exigences de protocole ZigBee pour la commande à distance et les radios à faible puissance.
• ZigBee IP : la première norme ouverte est un réseau sans fil à maillage complet basé sur IPv6 et basé sur ZigBee IP. Sans compromis sur la puissance ou le coût, la technologie permet de contrôler simplement des milliers d'appareils afin d'offrir une connectivité internet transparente.
• Réseau étendu à longue portée (LoRaWAN) : Il s'agit d'un protocole conçu pour fonctionner avec le contrôle d'accès au média (MAC) afin de gérer des réseaux publics massifs avec un seul opérateur. Il redistribue les données sur une gamme de canaux radio et de taux de transmission en utilisant des messages codés par opposition à la transmission à bande étroite.
• 6LoWPAN : les protocoles 6LoWPAN comptent parmi les protocoles IoT les plus importants. Les capteurs et les petits appareils IoT peuvent se connecter les uns aux autres en toute sécurité grâce à des modules 6LoWPAN sans fil. La norme IEEE 802.15.4 devait initialement servir de base au protocole 6LoWPAN, qui spécifie comment les réseaux sans fil à faible consommation doivent fonctionner à 2,4 GHz.
• LTE Advanced (LTE-A) : La norme de réseau Long-Term Evolution (LTE), qui représente la technologie de réseau 4G la plus récente, a été développée en 2008. Le LTE-A (advanced) améliore l'architecture du LTE. Cela implique une augmentation de la capacité du réseau, de l'efficacité du spectre, de l'efficacité énergétique et de la réduction des coûts de l'opérateur.
• Z-Wave : La technologie sans fil Z-Wave utilise des ondes radio de faible énergie. Le système est largement utilisé pour faire fonctionner les équipements domestiques connectés sans fil, notamment l'éclairage, la sécurité, les thermostats, les ouvre-portes de garage, etc.
• RPL, RPL Enhancements et CORPL : L'IETF (Internet Engineering Task Force) a publié en 2012 un tout nouveau protocole appelé Distance Vector Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks (RPL). Lorsque vous utilisez le RPL, un graphe acyclique dirigé orienté vers la destination (DODAG), il n'y a qu'une seule façon d'aller d'un nœud feuille à un nœud racine. De nombreuses améliorations ont été proposées pour renforcer la fonctionnalité du protocole RPL fondamental. Le protocole CORPL repose sur le DODAG. En sélectionnant plusieurs transitaires de manière opportuniste, les nœuds s'actualisent mutuellement en fonction des informations mises à jour.
• CARP et E-CARP : Le Channel Aware Routing System (CARP) est un protocole de routage distribué non standard utilisé dans les réseaux de capteurs sous-marins sans fil (UWSN). Cette méthode consomme moins d'énergie et transmet les paquets dans un délai raisonnable.
• Transport de télémétrie par file d'attente de messages : Le protocole de messagerie connu sous le nom de Messaging Queue Telemetry Transport (MQTT), apparu pour la première fois en 2003, relie les appareils embarqués à des logiciels intermédiaires et à des applications.
• Constrained Application Protocol (CoAP) : Le groupe CoRE (Constrained Resource Environments) a créé la norme IETF connue sous le nom de Constrained Application Protocol. Similaire à HTTP, CoAP a une architecture d'interaction client-serveur. Les solutions CoAP qui peuvent servir à la fois de clients et de serveurs sont généralement utilisées dans les communications de machine à machine.

Source : Vaigandla, Karthik & Radha, Krishna & Allanki, Sanyasi Rao. (2021). Une étude sur les technologies, les normes et les protocoles de l'IdO. 10.17697/ibmrd/2021/v10i2/166798.