Soutenance mémoire
Notion sur l’internet des objets (IoT)
Les trois couches d’un modèle IOT
Le concept de l’Internet des objets a été l’objet des recherches depuis plus d’une décennie, mais même si, encore de nombreux aspects ne sont pas clairement définis. Par exemple, aujourd’hui il n’y a pas une architecture standardisée et spécifique pour l’IoT. Malgré ce manque de compatibilité, il y a une architecture à trois couches (figure 2) bien connu qui est généralement accepté, ces couches sont : la couche de perception, la couche réseau et la couche d’application.
1. La couche de perception La tâche principale de la couche de perception est de reconnaitre les propriétés physiques telles que la température, l’humidité, le niveau de la lumière, la vitesse, etc., par divers dispositifs de détection, et de convertir ces informations en signaux numériques. Les objets de cette couche peuvent avoir des capacités de détection et/ou des capacités d’actionnement. (Un actionneur est un dispositif qui peut recevoir des commandes programmées et effectuer des tâches à des moments précis).
2. La couche réseau La couche réseau est la couche responsable de la transmission des données reçues de la couche de perception à une base de données, serveur, ou d’un centre de traitement. Les principales technologies utilisées pour réaliser cette couche sont : les technologies cellulaires
La couche de perception
La couche réseau
La couche d’application2G / 3G / LTE, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee ou Ethernet, et avec ces différents technologies on peut donc faire le traitement de plusieurs objets qui seront connectés à l’avenir. L’internet des objets sera un énorme réseau qui relie non seulement une multitude d’objets, mais englobe également des réseaux hétérogènes.
3. La couche d’application La couche application analyse les informations reçues de la couche réseau. Cette couche fournit des applications pour toutes sortes de défis technologiques. Ces applications favorisent l’Internet des objets, ce qui explique pourquoi cette couche joue un rôle important dans la propagation de l’IoT.
Les composants d’un modèle IOT
Tous les composants nécessaires à la conception d’un modèle d’essai IoT sont classés cidessous sur la base du modèle à trois couches (Voir figure 3) :
La couche de Perception se compose de : Les capteurs : détectent les propriétés physiques et convertissent ces propriétés en signaux numériques. Les Actionneurs : reçoivent des commandes pour effectuer des actions à des moments spécifiques. End-devices : sont de petites cartes avec un microcontrôleur intégré utilisé pour fournir des capacités de traitement et de communication pour les capteurs et les actionneurs.
La couche réseau comprend : Les protocoles de communication : utilisés pour les end-devices. Station de base (Gateway) : pour contrôler le passage des informations entre les end-devices et l’internet.
La couche d’application comprend Les plateformes IoT Cloud : sont des bases de données virtuelles en ligne qui stockent les informations de l’End-device et donne la visualisation de ces informations (tableaux, graphiques) pour les utilisateurs finaux.
L’application Software : pour les Smartphones, tablettes, ordinateurs de bureau qui fournissent des interfaces graphiques (GUI) pour la surveillance et le contrôle des end-devices.
1. End-devices
Le développement actuel dans les technologies de la micro-électronique et les communications sans fil, ont permis de développer des cartes électroniques de faible coût et de faible puissance. Ces cartes électroniques sont des end-devices multifonctionnels de petite taille, équipées par des capteurs et / ou actionneurs, des microcontrôleurs (µC), et des entrée/sortie pour les communications sans fil :
Des capteurs : mesurent les conditions extérieures avec haute précision. Des actionneurs : exécuter une action ou une tache.
Les microcontrôleurs (µC) : sont des très petits ordinateurs qui contiennent une unité de traitement programmable et des broches d’entrée / sortie. Radio Tranceiver : pour transmettre et recevoir les données sans fil. Il existe plusieurs types d’émetteur-récepteur, avec des protocoles de communication spécifiques. D’autres solutions sont résumées dans les sections suivantes.
2. Les protocoles de communication pour l’IoT
Les protocoles suivants sont utilisés pour connecter les end-devices avec l’application software à travers la station de base :
Connectivité sans fil et filaire : Zigbee ShockBurst Enhanced (ESB) ZWave Wi-Fi Bluetooth Ethernet
Zigbee
L’organisation Zigbee définit plusieurs spécifications pour créer des réseaux sans fil à grand portée et à faible puissance, ces spécifications seront utilisées dans les bandes de fréquences 868/915 MHz et 2.4GHz. L’avantage principal du Zigbee c’est la possibilité de transmettre les données sur des longues distances, Il définit un débit de données maximum de 250Kbit/s dans la zone de fréquence 2,4 GHz, ce qui est adapté pour les transmissions des données à partir d’un capteur ou un autre dispositif.
Le protocole Zigbee utilise la couche physique et la couche MAC, il utilise aussi des propriétés de la couche réseau et la couche application afin de cibler le domaine de l’automatisation sans fil et les applications de contrôle à distance .
Parmi les propriétés de Zigbee on trouve :
L’évitement des collisions. La gestion des intervalles de temps. Intégrer la sécurité de transmission.
Parmi les propriétés principales du Zigbee est la portée qui peuvent atteindre jusqu’à 70m avec contrôle complet de la transmission.
Le Zigbee est utilisée dans les domaines suivants :
L’automatisation des bâtiments Les télécommandes L’énergie intelligente La santé L’automatisation des maisons
Les services de télécommunications.
ShockBurst Enhanced (ESB)
ShockBurst Enhanced (ESB) est un protocole de communication bidirectionnelle, il se caractérise par l’accusé de réception et la retransmission automatique des paquets perdus.
Parmi les caractéristiques importantes du protocole ESB est la transmission des paquets avec une liaison de données bidirectionnelle fiable. Une transmission est un échange de paquets entre un émetteur (PTX) et un autre récepteur (PRX) .
Supporte un réseau en étoile qui contient généralement un récepteur primaire (PRX) et jusqu’à 8 émetteurs primaires (PTX), ou l’inverse (figure 6). Transfert de données bidirectionnel entre chaque PTX et le PRX. Accusé de réception de paquets et la retransmission automatique des paquets perdus.
compatible avec la famille nRF24Lxx de Nordic semi-conducteur (on va utiliser cette famille dans la suite).
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Guide du mémoire de fin d’études avec la catégorie applications de contrôle pour IOT |
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Contexte général du projet
I. Présentation de SOMA NTIC
1. Fiche technique
2. Historique
3. Organigramme
4. Présentation des solutions de SOMA NTIC
II. Cadre du projet
1. Objectif du projet
2. Acteur du projet
3. Planification du projet
III. Cahier des charges
IV. Conclusion
Chapitre II : Notion sur l’internet des objets (IoT)
I. Les trois couches d’un modèle IOT
1. La couche de perception
2. La couche de réseau
3. La couche d’application
II. Les composants de l’internet des objets (IOT)
1. End-devises
2. Les protocoles de communication pour l’IOT
3. La station de base pour un réseau M2M
III. Les applications de contrôle pour IOT
1. Application WEB
2. Application mobile
IV. Conclusion
Chapitre III : Les composants de base du projet
I. Introduction
II. Le module nRF24L01
1. Introduction
2. Les caractéristiques
III. Le module ESP8266
1. Introduction
2. Les caractéristiques
3. Les commandes AT
IV. Les cartes de contrôle
1. Arduino UNO
1.1. Introduction
1.2. Schéma interne de la carte UNO
1.3. Alimentation
2. La carte NANO
2.1. Introduction
2.2. Schéma interne de la carte UNO
2.3. Alimentation
V. La carte Ethernet Shield
1. Introduction
2. Les caractéristiques de l’Ethernet Shield
VI. Conclusion
Chapitre IV : Réalisation du projet
I. Introduction
II. La prise connectée (End-Devise)
1. Introduction
2. Les exigences de la prise
3. Les simulations et la réalisation
3.1. Mettre les appareils ON/OFF
3.2. Mesurer la consommation d’énergie
3.3. Mesurer la température
3.4. Envoyer et recevoir les données de la station de base
3.5. Alimentation intégrée
III. La station de base (Gateway)
1. Introduction
2. Les exigences de la station de base
3. Les simulations et la réalisation
3.1. La liaison filaire avec l’Ethernet
3.2. La liaison sans fil avec Wi-Fi
3.3. Envoyer et recevoir les données de la prise
3.4. Alimentation intégrée
IV. L’application de contrôle : Application WEB
V. Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie et Webographie
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