Technologies et protocoles IoT

Entrez dans le monde de l'IoT. Ce guide vous fournira des bases solides sur les technologies et protocoles IoT pour vous aider à faire les bons choix dans le cadre de votre projet.

Guide des technologies et protocoles IoT

En faisant converger des systèmes incorporés, des réseaux de capteurs sans fil et des systèmes de contrôle et d'automatisation, l'Internet des objets (IoT) permet de créer des usines connectées, des commerces, maisons et villes intelligents ainsi que des appareils wearable. Les technologies IoT vous permettent de transformer votre activité grâce à des insights basés sur les données, à des processus opérationnels améliorés, à de nouveaux métiers et à une utilisation plus efficace des matériaux.

Les technologies IoT continuent de se développer, avec d'innombrables fournisseurs de services, un large éventail de plateformes et l'émergence chaque année de millions de nouveaux appareils, ce qui oblige les développeurs à prendre de nombreuses décisions avant de se lancer dans l'écosystème IoT. Ce guide vous permettra de vous familiariser avec les protocoles IoT courants, ainsi qu'avec les exigences relatives à la puissance et à la connectivité.

Écosystème des technologies IoT

L'écosystème des technologies IoT se compose des couches suivantes : Appareils, Données, Connectivité et Utilisateurs de technologies.

Couche Appareils

Combinaison des capteurs, des actionneurs, du matériel, des logiciels, de la connectivité et des passerelles constituant un appareil qui se connecte et interagit avec un réseau.

Couche Données

Données collectées, traitées, envoyées, stockées, analysées, présentées et utilisées dans un contexte professionnel.

Couche Métier

Fonctions métier de la technologie IoT, comme la gestion des marketplaces de facturation et de données.

Couche Utilisateur

Composants qui permettent aux humains d'interagir avec des appareils IoT.

La pile de technologies IoT - Partie 1 :
Appareils IoT

Appareils IoT

Voici quelques termes courants liés aux appareils de la pile de technologies IoT :

Systèmes incorporés

Ces systèmes, à la fois matériels et logiciels, gèrent une fonction spécifique liée à un système plus important. Les systèmes incorporés sont basés sur un microprocesseur ou sur un microcontrôleur.

Appareils intelligents

Ces appareils disposent d'une capacité de calcul et incluent souvent un microcontrôleur.

Microcontrôleur (MCU)

Ces petits ordinateurs sont incorporés sur des micropuces et contiennent des processeurs, de la mémoire vive (RAM) et de la mémoire morte (ROM). Bien qu'ils contiennent les éléments nécessaires à l'exécution de tâches simples, les microcontrôleurs sont plus limités en puissance que les microprocesseurs.

Microprocesseur (MPU)

Les fonctions des processeurs sont regroupées sur un ou plusieurs circuits intégrés. Bien que les microprocesseurs aient besoin de périphériques pour effectuer les tâches, ils réduisent considérablement les coûts de traitement car ils ne contiennent qu'un processeur.

Appareils non informatiques

Ces appareils ne font que connecter et transmettre des données. Ils ne disposent d'aucune capacité de calcul.

Transducteurs

Dispositifs physiques qui convertissent une forme d'énergie en une autre. Dans les appareils IoT, il s'agit notamment des capteurs et actionneurs internes qui transmettent des données lorsque des objets interagissent avec leur environnement.

  • Actionneurs

    Réalisent des actions physiques lorsque leur centre de contrôle leur donne des instructions, généralement suite à des changements identifiés par les capteurs.

  • Capteurs

    Détectent les changements au sein de leur environnement et génèrent des impulsions électriques pour communiquer. Les capteurs détectent par exemple les changements de température, de composition chimique et de position physique.

La pile de technologies IoT - Partie 2 :
Protocoles et connectivité IoT

Lors de la planification d'un projet IoT, il est important de tenir compte de la manière dont l'appareil se connectera et communiquera. Cela déterminera les protocoles IoT qui s'appliqueront à celui-ci.

Connexion des appareils IoT

Dans la pile de technologies IoT, les appareils se connectent via des passerelles ou des fonctionnalités intégrées.

Que sont les passerelles IoT ?

Les passerelles connectent les appareils IoT au cloud. Les données collectées à partir des appareils IoT transitent par une passerelle, sont prétraitées en périphérie, puis envoyées au cloud.

L'utilisation de passerelles IoT permet d'allonger l'autonomie de la batterie, de réduire la latence et de raccourcir les transmissions. Les passerelles vous permettent également de connecter des appareils sans accès direct à Internet et offrent une couche de sécurité supplémentaire en protégeant les données qui circulent dans les deux sens.

Comment connecter des appareils IoT au réseau ?

Le type de connectivité requis dépend de l'appareil, de sa fonction et de ses utilisateurs. En général, celui-ci est déterminé par la distance que les données doivent parcourir (courte ou longue).

Types de réseaux IoT

Réseaux à faible puissance et à courte portée

Ces réseaux conviennent aux maisons, bureaux et autres environnements de petite taille. Ils se prêtent à des batteries de petite taille (et, dans certains cas, à des configurations sans batterie) et leur utilisation est souvent peu coûteuse.

Voici quelques exemples courants :

Bluetooth

Idéal pour le transfert de données à haut débit, le Bluetooth envoie des signaux vocaux et de données à une distance maximale de 10 mètres.

Wi-Fi/802.11

Compte tenu de son faible coût d'utilisation, le Wi-Fi est devenu la norme dans nos maisons et bureaux. Cela dit, il peut ne pas convenir à tous les scénarios en raison de sa portée limitée et de sa consommation d'énergie 24h/24 et 7j/7.

Z-Wave

Réseau maillé permettant à des appareils ménagers de communiquer à l'aide d'ondes radio de faible puissance. Z-Wave offre une interopérabilité de la couche Application entre les systèmes domotiques.

ZigBee

Couramment utilisé dans les domaines de la domotique et des appareils médicaux, Zigbee convient tout particulièrement aux réseaux personnels composés de petits appareils à faible consommation, faible bande passante et courte portée.

Liaisons sans fil à faible consommation énergétique (LPWAN)

Permet la communication sur un minimum de 500 mètres, requiert une puissance minimale et est utilisé pour la majorité des appareils IoT. Par exemple, les réseaux étendus à longue portée (LoRaWAN) relient des appareils mobiles, sécurisés et bidirectionnels fonctionnant sur batterie.

Voici quelques exemples courants :

IoT 4G LTE

Compte tenu de leur capacité élevée et de leur faible latence, ces réseaux sont un excellent choix pour les scénarios IoT qui requièrent des informations ou des mises à jour en temps réel.

IoT 5G

Bien qu'ils ne soient pas encore disponibles, les réseaux IoT 5G devraient favoriser de nouvelles innovations dans le domaine de l'IoT en offrant des vitesses de téléchargement bien plus élevées et une connectivité à beaucoup plus d'appareils dans une zone donnée.

Cat-0

Ces réseaux LTE constituent l'option la moins coûteuse. Ils préparent le terrain à la technologie Cat-M qui va remplacer la 2G.

CAT-1

Cette norme destinée à l'IoT cellulaire remplacera à terme la 3G. Les réseaux Cat-1 sont faciles à configurer et constituent une excellente solution pour les applications nécessitant une interface vocale ou de navigation.

LTE Cat-M1

Ces réseaux sont entièrement compatibles avec les réseaux LTE. Ils optimisent les coûts et la puissance avec une deuxième génération de puces LTE conçues spécifiquement pour les applications IoT.

Bande étroite

Cette norme radio fonctionne sur un sous-ensemble de la norme LTE. Elle se concentre sur la couverture intérieure, et offre des coûts réduits ainsi qu'une longue autonomie de la batterie.

NB-IoT/Cat-M2

Utilise la modulation DSSS (étalement de spectre à séquence directe) pour envoyer directement les données au serveur. Il n'est donc plus nécessaire d'avoir recours à une passerelle. Bien que les réseaux NB-IoT coûtent plus cher à configurer, l'absence de passerelle rend leur exécution moins coûteuse.

Sigfox

Ce leader mondial des réseaux IoT propose des réseaux sans fil permettant de connecter des objets de faible puissance qui émettent des données en continu.

Protocoles IoT : comment les appareils IoT communiquent-ils avec le réseau ?

Les appareils IoT communiquent à l'aide des protocoles IoT. Le protocole IP (Internet Protocol) est un ensemble de règles qui détermine la façon dont les données sont envoyées à Internet. Les protocoles IoT garantissent que les informations d'un appareil ou d'un capteur seront lisibles et compréhensibles par un autre. Compte tenu de la diversité des appareils IoT disponibles, il est important d'utiliser le bon protocole dans le bon contexte.

Quel protocole IoT me convient le mieux ?

Le type de protocole IoT à utiliser dépend de la couche de l'architecture système sur laquelle vos données doivent circuler. Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) fournit une carte des différentes couches qui envoient et reçoivent des données. Chaque protocole de l'architecture du système IoT permet une communication d'appareil à appareil, d'appareil à passerelle, de passerelle à centre de données ou de passerelle à cloud, ainsi qu'une communication entre centres de données.

Couche Application

La couche Application sert d'interface entre l'utilisateur et l'appareil.

AMQP (Advanced Message Queuing Protocol)

Couche logicielle qui assure l'interopérabilité entre les intergiciels de messagerie. Celle-ci permet à un large éventail de systèmes et d'applications de travailler ensemble, créant ainsi une messagerie normalisée à l'échelle industrielle.

CoAP (Constrained Application Protocol)

Protocole optimisé pour les bandes passantes et réseaux contraints, et conçu pour les appareils dont la capacité de connexion est limitée dans le cadre d'une communication machine à machine. CoAP est également un protocole de transfert de documents qui s'exécute sur le protocole UDP (User Datagram Protocol).

DDS (Data Distribution Service)

Protocole de communication pair à pair polyvalent qui fait tout, de l'exécution de petits appareils à la connexion de réseaux hautes performances. DDS rationalise le déploiement, renforce la fiabilité et réduit la complexité.

MQTT (Message Queue Telemetry Transport)

Protocole de messagerie conçu pour une communication machine à machine légère, et principalement utilisé pour les connexions à faible bande passante vers des emplacements distants. MQTT utilise un modèle éditeur-abonné et est idéal pour les petits appareils qui nécessitent une utilisation efficace de la bande passante et de la batterie.

Couche Transport

La couche Transport permet la communication et protège les données lorsqu'elles circulent entre les couches.

TCP (Transmission Control Protocol)

Protocole utilisé pour la majorité des connexions Internet. Il offre une communication d'hôte à hôte, en divisant de grands ensembles de données en paquets individuels, et en renvoyant et réassemblant les paquets en fonction des besoins.

UDP (User Datagram Protocol)

Protocole de communication qui permet la communication entre processus et s'exécute sur IP. UDP améliore les taux de transfert de données sur TCP et répond aux exigences des applications qui ont besoin d'une transmission de données sans perte.

Couche Réseau

La couche Réseau permet à des appareils individuels de communiquer avec le routeur.

6LoWPAN

Version moins puissante du protocole IPv6 qui réduit les délais de transmission.

IPv6

Cette récente mise à jour du protocole IP achemine le trafic sur Internet, et identifie et localise les appareils sur le réseau.

Couche Liaison de données

La couche Données transfère les données au sein de l'architecture système, en identifiant et en corrigeant les erreurs trouvées dans la couche physique.

IEEE 802.15.4

Norme radio relative aux connexions sans fil à faible consommation. Elle est utilisée avec ZigBee, 6LoWPAN et d'autres normes pour créer des réseaux sans fil incorporés.

Liaison sans fil à faible consommation énergétique (LPWAN)

Ce type de réseau permet de communiquer sur un minimum de 500 mètres. LoRaWAN est un exemple de LPWAN optimisé pour une faible consommation d'énergie.

Couche Physique

La couche Physique établit un canal de communication, permettant aux périphériques de se connecter dans un environnement spécifié.

Bluetooth à basse consommation (BLE)

Réduit considérablement la consommation d'énergie et les coûts associés, avec une portée de connectivité comparable à celle du Bluetooth classique. Le BLE fonctionne en mode natif sur les systèmes d'exploitation mobiles, et il est de plus en plus prisé dans le domaine de l'électronique grand public en raison de son faible coût et de la longue autonomie de sa batterie.

Ethernet

Cette connexion filaire est une option moins coûteuse qui fournit une connexion de données rapide et une faible latence.

LTE (Long Term Evolution)

Norme de communication sans fil à large bande pour appareils mobiles et terminaux de données. Le LTE augmente la capacité et la vitesse des réseaux sans fil et prend en charge la multidiffusion et les flux de diffusion.

NFC (Near Field Communication)

Ensemble de protocoles de communication utilisant des champs électromagnétiques qui permet à deux appareils de communiquer à moins de quatre centimètres l'un de l'autre. Les appareils compatibles NFC fonctionnent comme des cartes d'identité et sont couramment utilisés pour les paiements mobiles sans contact, les billetteries et les cartes à puce.

Radio-identification (RFID)

Utilise des champs électromagnétiques pour suivre des étiquettes électroniques. Du matériel compatible alimente ces étiquettes en énergie et communique avec elles, en lisant leurs informations à des fins d'identification et d'authentification.

Wi-Fi/802.11

Est devenu la norme dans nos maisons et bureaux. Bien qu'il s'agisse d'une option peu coûteuse, elle peut ne pas convenir à tous les scénarios en raison de sa portée limitée et de sa consommation d'énergie 24h/24 et 7j/7.

La pile de technologies IoT - Partie 3 :
Plateformes IoT

Les plateformes IoT facilitent la création et le lancement de vos projets IoT en fournissant un service unique qui gère votre déploiement, vos appareils et vos données. Les plateformes IoT gèrent les protocoles matériels et logiciels, offrent sécurité et authentification, et fournissent des interfaces utilisateur.

La définition exacte d'une plateforme IoT peut varier car plus de 400 fournisseurs de services proposent des fonctionnalités allant des logiciels et du matériel aux kits de développement logiciel (SDK) et aux API. Toutefois, la plupart des plateformes IoT incluent ce qui suit :

  • Une passerelle cloud IoT
  • Authentification, gestion des appareils et API
  • Infrastructure cloud
  • Intégrations d'applications tierces

Services managés

Les services IoT managés permettent aux entreprises d'exploiter et d'entretenir leur écosystème IoT de manière proactive. Un large éventail de services IoT managés est disponible pour vous aider à rationaliser et à prendre en charge le processus de création, de déploiement, de gestion et de suivi de votre projet IoT.

Lien entre l'IoT et les technologies actuelles

Réalité virtuelle et IoT

Utilisés ensemble, la réalité virtuelle et l'IoT peuvent vous aider à contextualiser visuellement des systèmes complexes et à prendre des décisions en temps réel. Par exemple, la réalité augmentée (également appelée réalité mixte) crée une superposition visuelle des données collectées et présente diverses utilisations pratiques lorsqu'elle est associée à l'IoT. La combinaison de la réalité virtuelle et de l'IoT a permis des avancées technologiques dans des secteurs comme la santé, les services sur site, les transports et la production industrielle.

Informatique quantique et IoT

L'important volume de données généré par l'IoT se prête naturellement à la capacité d'accélération de l'informatique quantique au travers de calculs intensifs. De plus, le chiffrement quantique permet d'ajouter un niveau de sécurité qui est nécessaire mais actuellement entravé par la faible puissance de calcul inhérente à la plupart des appareils IoT.

Blockchain et IoT

Il n'existe actuellement aucun moyen de vérifier que les données provenant de l'IoT n'ont pas été manipulées avant d'être vendues ou partagées. Le blockchain et l'IoT unissent leurs forces pour rompre les silos de données et favoriser la confiance afin que les données puissent être vérifiées, tracées et utilisées en toute fiabilité.

Open source et IoT

Les technologies open source accélèrent l'IoT, permettant aux développeurs d'utiliser les outils de leur choix sur les applications IoT.

Serverless et IoT

Compte tenu du trafic variable des projets IoT, l'informatique Serverless offre un mode rentable de mise à l'échelle dynamique, sans avoir à gérer l'infrastructure.

Kubernetes et IoT

Grâce à un modèle de déploiement sans temps d'arrêt, Kubernetes permet une mise à jour en temps réel des projets IoT sans impact sur les utilisateurs. Kubernetes évolue facilement et efficacement à l'aide des ressources du cloud, en fournissant une plateforme commune pour un déploiement en périphérie.

IA et IoT

Les systèmes IoT rassemblent de telles quantités de données qu'il est souvent nécessaire d'utiliser l'IA et le Machine Learning pour trier et analyser ces données afin de pouvoir dégager des tendances et de prendre des mesures basées sur les insights obtenus. Par exemple, l'IA peut analyser les données recueillies à partir des équipements de production et prévoir les besoins relatifs à la maintenance, réduisant ainsi les coûts et les temps d'arrêt dus aux pannes imprévues.

Données IoT et analyse

Les technologies IoT produisent des volumes de données tellement importants que des processus et des outils spécialisés sont nécessaires pour transformer ces données en insights exploitables.

Applications courantes dans le domaine des technologies IoT :

Maintenance prédictive

Des modèles Machine Learning d'IoT conçus et formés pour identifier des signaux dans les données historiques peuvent être utilisés pour identifier les mêmes tendances dans les données actuelles. Cela permet aux utilisateurs d'automatiser les demandes de service préventif et de commander de nouvelles pièces à l'avance afin qu'elles soient toujours disponibles en cas de besoin.

Décisions en temps réel

Des architectures efficaces d'analyse IoT en temps réel sont mises à l'échelle pour des volumes de données élevés et une faible latence. Un large éventail de services d'analyse IoT est disponible, avec des composants conçus pour fournir des rapports en temps réel et de bout en bout, notamment :

  • Stockage de données volumineuses utilisant des formats que les outils d'analyse peuvent interroger.
  • Traitement de flux de données volumineuses pour filtrer et agréger les données avant de procéder à l'analyse.
  • Analyse à faible latence à l'aide d'outils d'analyse en temps réel qui fournissent des rapports et présentent les données.
  • Entrée de données en temps réel à l'aide de répartiteurs de messages.

Problèmes courants liés aux technologies IoT :

Stockage de données

Une collecte de données volumineuses entraîne des besoins importants en matière de stockage de données. Différents services de stockage de données aux capacités variables sont disponibles, comme les structures organisationnelles, les protocoles d'authentification et les limites de taille.

Traitement des données

Le volume de données collectées par le biais de l'IoT pose des problèmes en termes de nettoyage, de traitement et d'interprétation à grande vitesse. L'edge computing permet de résoudre ces problèmes en déplaçant la plupart des traitements de données d'un système centralisé vers la périphérie du réseau, plus près des appareils qui ont besoin des données. Mais la décentralisation du traitement des données pose à son tour de nouveaux problèmes, notamment en termes de fiabilité et d'extensibilité des appareils de périmètre et de sécurité des données en transit.

Sécurité et confidentialité IoT

Quel que soit le projet IoT, la sécurité et la confidentialité sont essentielles. Bien que les technologies IoT puissent transformer vos activités commerciales, les appareils IoT peuvent représenter des menaces s'ils ne sont pas correctement sécurisés. Les cyberattaques peuvent compromettre les données, détériorer les équipements et même infliger des dommages.

Une forte cybersécurité IoT va au-delà des mesures de confidentialité standard pour inclure la modélisation des menaces. L'identification des différents moyens auxquels les attaquants peuvent avoir recours pour compromettre votre système est la première étape vers la prévention des attaques.

En savoir plus sur la sécurité IoT

Ressources pour bien démarrer

L’IoT dans le monde réel : Témoignages du secteur de la fabrication

Découvrez comment des dirigeants d'entreprise utilisent l'IoT pour garder le contrôle sur les données, les appareils et les applications. Apprenez à tirer parti des technologies IoT et à mettre votre solution en service.

Lire l’e-book

Création de solutions IoT avec Azure : Guide du développeur

Profitez d'une vue d'ensemble des services qui répondent aux principales exigences des solutions IoT, ainsi que d'une progression pas à pas pour vous aider à renforcer vos compétences et à accéder rapidement à des solutions totalement fonctionnelles.

Explorer le guide

Votre activité IoT doit s’appuyer sur un modèle économique approprié

Repensez votre modèle opérationnel actuel ou trouvez un nouveau modèle compatible IoT qui prend mieux en charge la façon dont vous interagissez avec vos clients. Découvrez plusieurs stratégies basées sur la tarification et la récurrence des revenus.

Lire l’e-book

Internet des objets

Accédez aux dernières annonces sur l'IoT de Microsoft, ainsi qu'à des démonstrations de produits et de fonctionnalités, à des témoignages de clients et de partenaires, à des discussions sectorielles et à des analyses techniques approfondies.

Regardez le dernier épisode

Travaillez avec un leader de l’IoT digne de confiance

Nous contacter