Fonctionnement d’un écosystème IoT complet

Public cible

Ce cours s’adresse :

• aux débutants souhaitant comprendre concrètement l’IoT ;
• aux étudiants en informatique, télécommunications ou électronique ;
• aux ingénieurs réseaux et télécoms ;
• aux professionnels de la cybersécurité ;
• aux décideurs impliqués dans des projets numériques ;
• aux responsables techniques ;
• aux intégrateurs ;
• aux responsables achats ;
• aux acteurs de la régulation ;
• aux fabricants et importateurs d’équipements ;
• aux personnes impliquées dans des projets de smart city, agriculture connectée, industrie, énergie, santé ou services publics numériques.

Niveau du cours

Débutant à intermédiaire.

Aucune compétence avancée en programmation ou en électronique n’est nécessaire.

Quelques notions vues dans les trois premiers cours du module faciliteront toutefois la compréhension :

• objet connecté ;
• capteur ;
• actionneur ;
• système embarqué ;
• équipement radio ;
• routeur ;
• modem ;
• passerelle ;
• réseau IP.

Sommaire

1. Introduction : un objet connecté ne fonctionne jamais vraiment seul
2. Qu’appelle-t-on un écosystème IoT ?
3. Les grandes briques d’un écosystème IoT
4. Première brique : le monde physique
5. Deuxième brique : l’objet connecté
6. Le rôle du capteur
7. Le rôle de l’actionneur
8. Le traitement local dans l’objet
9. Comment l’objet communique
10. Le rôle du réseau de communication
11. Le rôle de la passerelle IoT
12. Edge computing : traiter les données au plus près du terrain
13. Internet et les réseaux IP
14. Le cloud et les plateformes IoT
15. Les principales fonctions d’une plateforme IoT
16. Les applications et interfaces utilisateurs
17. Les API et l’intégration avec le système d’information
18. Le parcours complet d’une donnée IoT
19. Le chemin inverse : de l’utilisateur vers l’objet
20. Télémétrie, événements et commandes
21. Exemple complet : agriculture connectée
22. Exemple complet : bâtiment intelligent
23. Exemple complet : flotte de véhicules
24. Que se passe-t-il lorsque la connexion Internet disparaît ?
25. Où se trouve réellement « l’intelligence » d'un système IoT ?
26. Les données au cœur de l’écosystème
27. Identification et gestion des équipements
28. Les mises à jour et le cycle de vie
29. La cybersécurité comme couche transversale
30. Pourquoi l’architecture varie selon les projets
31. Les erreurs fréquentes de compréhension
32. Comment analyser rapidement une architecture IoT
33. Analogie simple
34. Mini-étude de cas
35. Pourquoi c’est important ?
36. Ce qu’il faut retenir
37. Quiz d’auto-évaluation
38. Ouverture vers le cours suivant
39. Mots-clés et éléments SEO

Objectifs d’apprentissage

À la fin de ce cours, vous serez capable de :

• expliquer ce qu’est un écosystème IoT ;
• identifier ses principales briques ;
• expliquer le rôle de l’objet, du réseau, de la passerelle, du cloud et de l’application ;
• distinguer un capteur d’un actionneur ;
• comprendre comment une donnée passe du monde physique vers une application ;
• comprendre comment une commande revient de l’application vers l’objet ;
• expliquer le rôle d’une plateforme IoT ;
• comprendre la différence entre traitement local, Edge Computing et cloud ;
• identifier les principales technologies de communication pouvant intervenir ;
• comprendre comment un système IoT s’intègre dans un système d’information ;
• identifier les dépendances d’une architecture IoT ;
• comprendre pourquoi la cybersécurité doit protéger l’ensemble de la chaîne et non uniquement l’objet.

Introduction — Un objet connecté ne fonctionne jamais vraiment seul

Lorsque l’on parle d’IoT, l’attention se porte naturellement sur les objets.

Un capteur de température.

Une caméra.

Une montre connectée.

Un compteur intelligent.

Un traceur GPS.

Un module 4G.

Une station météorologique.

Pourtant, l’objet visible n’est souvent que la partie la plus évidente d’un système beaucoup plus vaste.

Prenons un capteur d’humidité installé dans un champ.

Le capteur mesure l’humidité du sol.

Mais comment cette mesure arrive-t-elle sur le smartphone de l’agriculteur ?

Elle doit être :

1. mesurée ;
2. transformée en information numérique ;
3. éventuellement traitée localement ;
4. transmise par une technologie de communication ;
5. reçue par une passerelle ou directement par un réseau ;
6. transportée vers une plateforme ;
7. stockée ;
8. analysée ;
9. présentée dans une application ;
10. éventuellement transformée en alerte ou en décision.

Si l’agriculteur décide ensuite d'activer une pompe d’irrigation depuis son application, le processus fonctionne dans l’autre sens.

Une commande part de l’application.

Elle traverse le réseau.

Elle est authentifiée et traitée par une plateforme.

Elle revient vers le terrain.

Puis un actionneur déclenche physiquement la pompe.

Nous sommes alors en présence d’un véritable écosystème IoT.

1. Qu’appelle-t-on un écosystème IoT ?

Un écosystème IoT est l’ensemble des composants techniques, logiciels, réseau et humains permettant :

• d’observer le monde physique ;
• de collecter des informations ;
• de transmettre ces informations ;
• de les traiter ;
• de les stocker ;
• de les analyser ;
• de les présenter ;
• et éventuellement d’agir sur le monde physique.

Un écosystème IoT peut donc inclure :

• des capteurs ;
• des actionneurs ;
• des microcontrôleurs ;
• du firmware ;
• des modules radio ;
• des passerelles ;
• des routeurs ;
• des réseaux mobiles ;
• Internet ;
• des serveurs ;
• des plateformes cloud ;
• des bases de données ;
• des API ;
• des applications web ;
• des applications mobiles ;
• des systèmes métiers ;
• des utilisateurs.

L’IoT est donc autant un sujet :

électronique + embarqué + radio + réseau + logiciel + données + cloud + cybersécurité + métier.

C’est précisément cette combinaison qui rend l’IoT particulièrement intéressant.

2. Les grandes briques d’un écosystème IoT

Pour simplifier, nous pouvons représenter un écosystème IoT par six grandes briques.

1. Le monde physique

C’est l’environnement que l’on souhaite observer ou contrôler.

Exemples :

• température ;
• mouvement ;
• humidité ;
• pression ;
• position géographique ;
• niveau d’eau ;
• consommation électrique ;
• ouverture d’une porte.

2. L’objet connecté

Il mesure ou agit.

Il contient généralement de l’électronique, du logiciel embarqué et éventuellement une interface radio.

3. La connectivité

Elle permet à l’objet de communiquer.

Exemples :

• Wi-Fi ;
• Bluetooth ;
• Zigbee ;
• Thread ;
• LoRaWAN ;
• NB-IoT ;
• LTE-M ;
• 4G ;
• 5G ;
• Ethernet.

4. La passerelle ou l’infrastructure réseau

Elle transporte ou agrège les communications.

5. La plateforme ou le cloud

Elle reçoit les données, gère les équipements, stocke les informations et exécute des traitements.

6. L’application et l’utilisateur

C’est là que la donnée acquiert généralement sa valeur métier.

L’utilisateur peut :

• visualiser ;
• comprendre ;
• décider ;
• recevoir une alerte ;
• envoyer une commande.

3. Première brique : le monde physique

Tout système IoT commence généralement par une réalité physique.

Il peut s’agir :

• d’une température ;
• d’une pression ;
• d’un mouvement ;
• d’une consommation ;
• d’une position ;
• d’une vitesse ;
• d’un niveau ;
• d’une vibration ;
• d’une présence ;
• d’une luminosité ;
• d’une qualité de l’air.

Un ordinateur ne comprend pas directement ces phénomènes.

Il lui faut un composant capable de transformer une grandeur physique en information exploitable.

C’est le rôle du capteur.

4. Deuxième brique : l’objet connecté

L’objet connecté est l’élément situé au plus près du terrain.

Il peut être extrêmement simple ou très complexe.

Un petit capteur autonome alimenté par pile constitue un objet connecté.

Une caméra IP équipée d’un processeur, d’un système Linux, d’un module Wi-Fi et d’un serveur web constitue également un objet connecté.

Un compteur intelligent aussi.

Un véhicule connecté peut lui-même contenir des dizaines de sous-systèmes connectés.

Un objet IoT peut typiquement contenir :

• un ou plusieurs capteurs ;
• un microcontrôleur ou microprocesseur ;
• de la mémoire ;
• un firmware ;
• une alimentation ;
• une interface de communication ;
• éventuellement un actionneur.

5. Le rôle du capteur

Le capteur est l’interface entre le monde physique et le monde numérique.

Il transforme un phénomène observable en signal exploitable.

Par exemple :

température réelle → capteur → valeur numérique : 38,4 °C

ou :

porte fermée → capteur magnétique → état logique : 0

porte ouverte → capteur magnétique → état logique : 1

Un capteur ne transmet donc pas nécessairement directement une donnée vers Internet.

Il fournit d’abord une information au système embarqué de l’objet.

Celui-ci peut ensuite :

• lire la valeur ;
• vérifier si elle est cohérente ;
• la convertir ;
• ajouter une date et une heure ;
• calculer une moyenne ;
• la conserver temporairement ;
• décider de la transmettre.

6. Le rôle de l’actionneur

Le capteur permet au système de percevoir.

L’actionneur lui permet d’agir.

Un actionneur transforme une commande numérique en action physique.

Exemples :

• moteur ;
• pompe ;
• vanne ;
• relais électrique ;
• serrure ;
• alarme sonore ;
• système d’éclairage.

Prenons une irrigation intelligente.

Le capteur indique :

Humidité = 14 %

Le système décide que cette valeur est trop basse.

Une commande peut alors être envoyée :

OUVRIR VANNE

L’actionneur ouvre physiquement la vanne.

L’IoT ne sert donc pas uniquement à observer.

Il peut également participer à une boucle :

mesurer → comprendre → décider → agir → mesurer à nouveau.

7. Le traitement local dans l’objet

Une erreur fréquente consiste à imaginer qu’un objet IoT envoie systématiquement toutes ses données vers Internet.

Ce n’est pas nécessairement le cas.

L’objet peut effectuer une partie du traitement localement.

Par exemple, un capteur mesure la température chaque seconde.

Cela représenterait :

86 400 mesures par jour.

Il serait inutile dans certains cas de transmettre les 86 400 mesures au cloud.

Le firmware peut décider :

• de calculer une moyenne toutes les cinq minutes ;
• de supprimer certaines mesures répétitives ;
• d’envoyer une donnée uniquement si un seuil est dépassé ;
• de conserver temporairement des données en mémoire ;
• de déclencher localement une alarme.

Cette capacité de traitement réduit :

• le trafic réseau ;
• la consommation d’énergie ;
• parfois la latence ;
• parfois les coûts de communication.

8. Comment l’objet communique

Une fois la donnée produite, elle doit éventuellement quitter l’objet.

Pour cela, une interface de communication est nécessaire.

Le choix dépend du besoin.

Wi-Fi

Intéressant lorsque :

• un réseau local existe déjà ;
• la consommation énergétique n’est pas la contrainte principale ;
• un débit relativement élevé est nécessaire.

Exemples :

• caméra IP ;
• imprimante ;
• équipement domestique ;
• appareil multimédia.

Bluetooth / Bluetooth Low Energy

Adapté aux communications de proximité.

Exemples :

• montre ;
• bracelet ;
• capteur médical ;
• accessoire connecté.

Un smartphone peut alors jouer le rôle d’intermédiaire vers Internet.

Zigbee ou Thread

Souvent utilisés pour former des réseaux locaux d’objets à faible consommation.

LoRaWAN

Adapté aux objets :

• peu gourmands en énergie ;
• transmettant de petites quantités de données ;
• nécessitant une couverture importante.

Exemples :

• agriculture ;
• mesure environnementale ;
• télérelève.

NB-IoT ou LTE-M

Ils utilisent l’infrastructure des réseaux mobiles et répondent à certains besoins spécifiques de l’IoT.

4G / 5G

Certains équipements peuvent intégrer directement un modem cellulaire.

Par exemple :

• caméra distante ;
• routeur industriel ;
• terminal embarqué ;
• traceur ;
• passerelle.

Dans ce cas, l’objet peut communiquer directement via le réseau d’un opérateur.

9. Le rôle du réseau de communication

La connectivité radio ne constitue qu'une partie du chemin.

Une donnée doit généralement traverser plusieurs infrastructures avant d’atteindre sa destination.

Prenons un équipement connecté en 4G.

Le chemin pourrait être simplifié ainsi :

Objet → réseau radio mobile → réseau de l’opérateur → Internet ou réseau privé → plateforme IoT

Pour un équipement Wi-Fi :

Objet → point d’accès Wi-Fi → réseau local → routeur → Internet → plateforme IoT

Pour un réseau LoRaWAN :

Capteur LoRaWAN → Gateway LoRaWAN → réseau IP → serveur réseau → plateforme applicative

Ainsi, dire qu’un objet « utilise Internet » ne décrit pas réellement toute son architecture.

Il faut déterminer :

• comment l’objet accède au réseau ;
• quels équipements intermédiaires existent ;
• quels protocoles sont utilisés ;
• où les données sont envoyées.

10. Le rôle de la passerelle IoT

La gateway, ou passerelle IoT, joue souvent un rôle essentiel.

Elle se situe entre les objets de terrain et les réseaux IP ou les plateformes centrales.

Elle peut remplir plusieurs fonctions.

Agrégation

Une seule passerelle peut collecter les données provenant de dizaines ou de centaines de capteurs.

Conversion de protocoles

Un capteur peut parler Zigbee.

Le réseau supérieur fonctionne en IP.

La passerelle réalise alors une adaptation entre les deux environnements.

Traitement local

Elle peut filtrer, analyser ou transformer certaines données.

Sécurité

Elle peut participer :

• à l’authentification ;
• au chiffrement ;
• au filtrage ;
• à la séparation entre le réseau local IoT et le reste du SI.

Continuité locale

Si Internet est temporairement indisponible, certaines passerelles peuvent continuer à :

• collecter ;
• stocker ;
• traiter ;
• exécuter certaines règles locales.

La passerelle ne doit donc pas être considérée comme une simple « boîte de connexion ».

Elle peut devenir une composante centrale de l’architecture.

11. Edge Computing : traiter les données au plus près du terrain

Le terme Edge Computing désigne le fait de réaliser une partie du traitement près de la source des données, plutôt que d’envoyer systématiquement tout vers un cloud distant.

Imaginons une caméra produisant plusieurs mégabits de données vidéo chaque seconde.

Transmettre en permanence toute la vidéo vers le cloud peut être :

• coûteux ;
• lent ;
• inutile ;
• difficile lorsque la connectivité est limitée.

Un équipement Edge peut analyser localement la vidéo.

Il peut, par exemple, n’envoyer qu’un événement :

Mouvement détecté — Zone 3 — 22:14

plutôt que plusieurs minutes de vidéo brute.

Le traitement Edge est particulièrement intéressant lorsque :

• la latence doit être faible ;
• les volumes de données sont importants ;
• la connectivité est limitée ;
• le système doit continuer à fonctionner hors ligne ;
• certaines données doivent rester localement.

12. Internet et les réseaux IP

À partir d’une passerelle ou directement depuis certains équipements, les communications utilisent souvent IP.

C’est alors que les technologies traditionnelles des réseaux informatiques rejoignent l’IoT.

On retrouve :

• adresses IP ;
• routeurs ;
• DNS ;
• VPN ;
• pare-feu ;
• TCP ;
• UDP ;
• TLS ;
• HTTP/HTTPS.

Et également des protocoles applicatifs fréquemment rencontrés dans l’IoT, par exemple :

• MQTT ;
• CoAP ;
• HTTP/REST ;
• WebSocket.

L’IoT n’est donc pas un monde séparé d’Internet.

Dans de nombreuses architectures, il utilise une grande partie des mêmes mécanismes réseau.

13. Le cloud et les plateformes IoT

Lorsque les données quittent le terrain, elles arrivent généralement vers une plateforme.

Cette plateforme peut être :

• hébergée dans un cloud public ;
• hébergée dans un cloud privé ;
• installée dans un datacenter de l’organisation ;
• exploitée par le fabricant de l’équipement ;
• développée spécifiquement pour le projet.

Le terme « cloud » est souvent utilisé de manière générique.

Mais derrière ce mot se trouvent en réalité :

• des serveurs ;
• des logiciels ;
• des bases de données ;
• des API ;
• des services d’authentification ;
• des moteurs d’analyse ;
• des systèmes de supervision.

14. Les principales fonctions d’une plateforme IoT

Une plateforme IoT peut assurer plusieurs fonctions essentielles.

14.1 Enregistrement des équipements

Avant de communiquer avec un objet, la plateforme doit souvent savoir qu’il existe.

Un équipement peut recevoir :

• un identifiant ;
• un certificat ;
• une clé ;
• un profil ;
• un propriétaire ;
• une configuration.

14.2 Authentification

La plateforme doit pouvoir déterminer :

« Cet équipement est-il réellement celui qu’il prétend être ? »

Cette fonction est fondamentale.

14.3 Collecte des données

Les messages transmis par les objets sont reçus puis traités.

14.4 Stockage

Les données peuvent être conservées pour :

• analyse ;
• historique ;
• comparaison ;
• audit ;
• statistiques.

14.5 Traitement

La plateforme peut exécuter des règles.

Par exemple :

SI température > 50 °C ALORS générer une alerte.

14.6 Gestion des équipements

Une plateforme peut permettre de connaître :

• les équipements actifs ;
• leur dernière connexion ;
• leur version firmware ;
• leur configuration ;
• leur état ;
• leur localisation.

14.7 Commandes

Elle peut transmettre des instructions vers les objets.

14.8 Mise à jour

Certaines plateformes permettent de gérer les mises à jour du firmware à distance.

15. Les applications et interfaces utilisateurs

Une donnée brute possède rarement beaucoup de valeur pour un utilisateur final.

Imaginez recevoir simplement :

DEVICE_734 = 0.18

Sans contexte, cette information est peu utile.

L’application transforme cette donnée en information compréhensible :

Parcelle 7 Humidité du sol : 18 % Seuil recommandé : 25 % État : irrigation recommandée

L’application peut être :

• mobile ;
• web ;
• desktop ;
• intégrée dans une plateforme métier ;
• utilisée dans un centre de supervision.

Elle peut proposer :

• tableaux de bord ;
• graphiques ;
• cartes ;
• historiques ;
• alarmes ;
• rapports ;
• commandes.

C’est souvent dans cette couche que l’utilisateur perçoit réellement la valeur du système IoT.

16. L’utilisateur n’est pas toujours un humain

Il est utile de préciser qu’un système IoT n’aboutit pas toujours devant une personne.

Une donnée peut être directement consommée par une autre application.

Par exemple :

Capteur → plateforme IoT → API → logiciel de maintenance

ou :

Compteur → plateforme → système de facturation

ou encore :

Capteur météo → moteur de décision → système d’irrigation

Dans ce cas, une machine communique avec une autre machine.

On parle parfois de communications Machine-to-Machine, ou M2M.

L’utilisateur final peut donc être :

• une personne ;
• une application ;
• un automate ;
• un système métier ;
• une plateforme d’intelligence artificielle ;
• une autre infrastructure.

17. Les API : relier l’IoT aux autres systèmes

Une plateforme IoT n’est généralement pas isolée.

Elle doit parfois échanger avec :

• un ERP ;
• un système de facturation ;
• un logiciel de maintenance ;
• une application mobile ;
• un système cartographique ;
• un SI métier ;
• une plateforme d’analyse.

Les API, ou interfaces de programmation, permettent ces échanges.

Exemple :

Un compteur intelligent transmet la consommation vers une plateforme IoT.

La plateforme expose ensuite cette information via une API.

Le logiciel de facturation récupère la consommation.

Nous obtenons :

Compteur → plateforme IoT → API → système de facturation

C’est ainsi que l’IoT devient une composante du système d’information global.

18. Le parcours complet d’une donnée IoT

Suivons maintenant une donnée de bout en bout.

Prenons une station météorologique agricole.

Étape 1 — Mesure

Un capteur mesure :

Température = 39,2 °C

Étape 2 — Acquisition

Le microcontrôleur lit la mesure.

Étape 3 — Traitement local

Le firmware :

• vérifie la valeur ;
• ajoute l’heure ;
• ajoute l’identifiant du capteur ;
• prépare le message.

Exemple conceptuel :

CAPTEUR_17 | 14:32 | TEMP = 39.2

Étape 4 — Transmission radio

L’équipement transmet le message.

Par exemple via LoRaWAN.

Étape 5 — Réception par une passerelle

Une gateway reçoit le message radio.

Étape 6 — Transport réseau

La passerelle transmet les données vers l’infrastructure centrale en utilisant un réseau IP.

Étape 7 — Réception par la plateforme

La plateforme identifie l’équipement.

Elle vérifie que la communication est autorisée.

Étape 8 — Stockage

La valeur est ajoutée à l’historique.

Étape 9 — Analyse

Une règle détecte :

Température > 38 °C

Étape 10 — Génération d’un événement

La plateforme crée une alerte.

Étape 11 — Présentation

L’application affiche :

Alerte température élevée — Parcelle 4

Étape 12 — Notification

L’utilisateur peut recevoir :

• une notification mobile ;
• un SMS ;
• un e-mail ;
• une alerte dans le tableau de bord.

Une simple mesure physique a donc traversé toute une chaîne numérique.

19. Le chemin inverse : de l’utilisateur vers l’objet

L’IoT n’est pas toujours un flux à sens unique.

Un utilisateur peut également commander un équipement.

Prenons l’exemple précédent.

L’agriculteur reçoit :

Humidité du sol : 12 %

Depuis son smartphone, il appuie sur :

Démarrer l’irrigation

Que se passe-t-il ?

La commande est envoyée vers la plateforme.

La plateforme doit vérifier :

• l’identité de l’utilisateur ;
• ses droits ;
• l’équipement concerné ;
• la validité de la commande.

Puis la commande suit le chemin inverse :

Utilisateur → Application → Plateforme → Réseau → Passerelle → Objet → Actionneur

Finalement, un relais ou une électrovanne reçoit :

OUVRIR

La pompe ou la vanne est activée.

Nous sommes passés du cyber au physique.

C’est une caractéristique fondamentale de nombreux systèmes IoT.

20. Télémétrie, événements et commandes

Toutes les communications IoT ne sont pas identiques.

Il est utile de distinguer plusieurs types de messages.

Télémétrie

Informations régulièrement envoyées par un équipement.

Exemples :

• température ;
• humidité ;
• batterie ;
• vitesse ;
• consommation ;
• position GPS.

Événement

Information produite lorsqu’une situation particulière survient.

Exemples :

• porte ouverte ;
• mouvement détecté ;
• batterie faible ;
• équipement hors ligne ;
• seuil dépassé.

Commande

Instruction envoyée vers l’équipement.

Exemples :

• ouvrir ;
• fermer ;
• redémarrer ;
• activer ;
• désactiver ;
• modifier un seuil.

Configuration

Modification du comportement du système.

Exemples :

• fréquence de mesure ;
• serveur de destination ;
• seuil d’alerte ;
• paramètres réseau.

Ces différences deviennent très importantes lorsqu’on analyse une architecture IoT.

21. Exemple complet — Agriculture connectée

Prenons un champ équipé de capteurs d’humidité.

Terrain

Des capteurs sont installés dans différentes parcelles.

Objet

Chaque équipement contient :

• capteur d’humidité ;
• microcontrôleur ;
• module radio ;
• batterie.

Communication

Les capteurs utilisent LoRaWAN.

Passerelle

Une gateway couvre la zone agricole.

Backhaul

La passerelle dispose d’un accès Internet, par exemple via 4G.

Plateforme

Les données sont envoyées vers une plateforme IoT.

Application

L’agriculteur consulte une application mobile.

Décision

L’application indique :

Parcelle 3 : humidité insuffisante

Action

Le système peut :

• recommander une irrigation ;
• ou, si le système le permet, commander automatiquement une vanne.

L’écosystème complet est alors :

Sol → Capteur → LoRaWAN → Gateway → 4G → Internet → Cloud → Application → Agriculteur → Commande → Pompe

22. Exemple complet — Bâtiment intelligent

Prenons maintenant un bâtiment administratif.

Des équipements peuvent surveiller :

• température ;
• consommation d’énergie ;
• présence ;
• ouvertures ;
• qualité de l’air.

D’autres équipements peuvent agir :

• climatisation ;
• éclairage ;
• contrôle d’accès.

Le système pourrait être organisé ainsi :

Capteurs → réseau local → passerelle → plateforme de gestion du bâtiment → tableau de bord

Le gestionnaire peut consulter :

• consommation ;
• température des zones ;
• alarmes ;
• historique ;
• état des équipements.

La plateforme peut également automatiser certaines actions :

Aucune présence détectée + fin de journée → extinction automatique d’une zone

Nous voyons ici que l’IoT peut devenir un outil d’optimisation énergétique et de gestion opérationnelle.

23. Exemple complet — Flotte de véhicules

Une entreprise souhaite suivre ses véhicules.

Chaque véhicule contient :

• un récepteur GNSS/GPS ;
• un système embarqué ;
• un modem cellulaire ;
• une carte SIM ou eSIM.

Le véhicule transmet régulièrement :

• position ;
• vitesse ;
• état ;
• kilométrage ;
• éventuellement température ou consommation.

Le chemin peut être :

Véhicule → réseau 4G/5G → Internet → plateforme de gestion de flotte → application

Le responsable logistique consulte ensuite une carte affichant les véhicules.

La même architecture peut être enrichie avec :

• géorepérage ;
• maintenance ;
• alertes ;
• historique ;
• optimisation des itinéraires.

24. Que se passe-t-il lorsque la connexion Internet disparaît ?

Une architecture IoT correctement conçue doit se poser cette question.

Que devient le système lorsque :

• la 4G tombe ;
• le Wi-Fi disparaît ;
• Internet est coupé ;
• le cloud est inaccessible ?

La réponse dépend de l’architecture.

Architecture totalement dépendante du cloud

L’objet peut devenir quasiment inutilisable.

Stockage local

L’objet peut conserver temporairement les mesures puis les retransmettre après le retour de la connexion.

Passerelle autonome

Une gateway peut continuer à collecter et stocker les données.

Traitement Edge

Certaines décisions peuvent continuer localement.

C’est particulièrement important pour les environnements où la connectivité est :

• intermittente ;
• coûteuse ;
• éloignée ;
• critique.

La résilience doit donc être pensée dès l’architecture.

25. Où se trouve réellement « l’intelligence » d’un système IoT ?

Il n’existe pas une seule réponse.

L’intelligence peut être distribuée.

Dans le capteur

Traitement très simple.

Dans l’objet

Le firmware applique certaines règles.

Dans la passerelle

Traitement Edge plus important.

Dans le cloud

Analyse massive de données.

Dans l’application

L’utilisateur interprète les informations.

Dans un moteur d’intelligence artificielle

Des algorithmes peuvent rechercher des anomalies ou réaliser des prédictions.

Une architecture IoT moderne peut donc répartir l’intelligence sur plusieurs niveaux.

C’est ce que l’on appelle parfois une architecture distribuée.

26. Les données au cœur de l’écosystème

L’IoT peut être considéré comme une chaîne de transformation de données.

Prenons une vibration sur une machine.

Au départ :

phénomène physique

Puis :

signal

Puis :

valeur numérique

Puis :

message réseau

Puis :

donnée stockée

Puis :

indicateur

Puis :

information métier

Puis éventuellement :

décision

La valeur d’un système IoT ne vient donc pas uniquement de sa capacité à connecter des objets.

Elle vient de sa capacité à transformer les données produites par le monde physique en informations exploitables.

27. Identifier et gérer les équipements

Lorsque quelques objets seulement sont installés, leur gestion reste relativement simple.

Mais que se passe-t-il avec :

• 100 capteurs ?
• 10 000 compteurs ?
• 500 caméras ?
• 50 000 objets répartis dans un pays ?

Il devient nécessaire de gérer une véritable flotte.

Pour chaque équipement, l’organisation doit pouvoir idéalement connaître :

• identité ;
• type ;
• fabricant ;
• modèle ;
• numéro de série ;
• version firmware ;
• adresse réseau ;
• localisation ;
• propriétaire ;
• état ;
• date de dernière connexion ;
• configuration ;
• fin de support.

Cette fonction est souvent appelée Device Management.

Elle devient essentielle lorsque le nombre d’objets augmente.

28. Les mises à jour et le cycle de vie

Un objet connecté n’est pas figé au jour de son installation.

Son logiciel peut comporter :

• des bugs ;
• des vulnérabilités ;
• des fonctions à améliorer.

Le fabricant peut donc publier de nouveaux firmwares.

De nombreux équipements permettent des mises à jour à distance, souvent appelées :

OTA — Over-The-Air.

Le cycle de vie peut ainsi être schématisé :

Fabrication → déploiement → enregistrement → exploitation → supervision → mise à jour → maintenance → retrait

La dernière étape est souvent négligée.

Pourtant, un équipement ne peut pas rester indéfiniment dans une infrastructure.

À un moment donné :

• le fabricant arrête son support ;
• les mises à jour cessent ;
• des composants deviennent obsolètes ;
• le produit doit être remplacé.

L’IoT doit donc être géré sur tout son cycle de vie.

29. La cybersécurité comme couche transversale

La cybersécurité ne constitue pas une petite fonction ajoutée à la fin du système.

Elle doit protéger l’ensemble de l’écosystème.

Cela concerne l’objet.

Mais également :

• le firmware ;
• l’identité de l’équipement ;
• la communication radio ;
• la passerelle ;
• le réseau ;
• le cloud ;
• les API ;
• l’application ;
• les comptes utilisateurs ;
• les mécanismes de mise à jour.

Pourquoi ?

Parce qu’un système peut disposer d’un capteur parfaitement sécurisé mais d’une application mobile vulnérable.

Ou d’un cloud correctement protégé mais d’un mot de passe administrateur faible sur la passerelle.

Ou encore d’un chiffrement réseau solide mais d’un firmware compromis.

La sécurité d’un système IoT dépend donc de la chaîne complète.

Quelques questions fondamentales

• Comment l’objet est-il identifié ?
• Comment s’authentifie-t-il ?
• Les communications sont-elles protégées ?
• Qui peut envoyer des commandes ?
• Les mises à jour sont-elles vérifiées ?
• Les API sont-elles protégées ?
• Comment les utilisateurs sont-ils authentifiés ?
• Les objets sont-ils supervisés ?
• Que se passe-t-il lorsqu’un équipement est compromis ?

Nous étudierons progressivement ces sujets dans les cours consacrés à la cybersécurité IoT.

30. Pourquoi l’architecture varie selon les projets

Il n’existe pas une architecture IoT unique.

Une montre connectée et un compteur électrique intelligent ne répondent pas aux mêmes contraintes.

Un système agricole et une caméra 4K non plus.

Les choix dépendent notamment de :

La consommation énergétique

Un capteur fonctionnant cinq ans sur batterie nécessite une approche différente d’une caméra raccordée au secteur.

Le volume de données

Quelques octets par heure et un flux vidéo continu ne nécessitent pas le même réseau.

La distance

Bluetooth convient à quelques mètres.

D’autres technologies permettent des communications bien plus longues.

La latence

Certaines applications peuvent attendre plusieurs secondes.

D’autres exigent une réaction beaucoup plus rapide.

La mobilité

Un capteur fixe et un véhicule en mouvement ont des besoins différents.

La disponibilité

Une application critique peut exiger un fonctionnement même lorsque le cloud devient inaccessible.

La sécurité

Les exigences d’une ampoule domestique ne sont pas les mêmes que celles d’un équipement industriel ou médical.

Le coût

Les contraintes économiques influencent :

• le matériel ;
• la connectivité ;
• le cloud ;
• la maintenance ;
• l’autonomie.

L’architecture doit donc être conçue en fonction du besoin, et non simplement à partir de la technologie disponible.

31. Les erreurs fréquentes de compréhension

« Un objet Wi-Fi est forcément IoT »

Non.

La connectivité seule ne suffit pas à caractériser l’usage IoT.

« Tous les objets IoT se connectent directement au cloud »

Non.

Ils peuvent passer par :

• smartphone ;
• gateway ;
• routeur ;
• concentrateur ;
• Edge Server.

« Tout le traitement se fait dans le cloud »

Non.

Une partie peut être réalisée :

• dans le capteur ;
• dans le microcontrôleur ;
• dans la passerelle ;
• en Edge.

« Une gateway est simplement un routeur »

Pas nécessairement.

Elle peut également :

• convertir des protocoles ;
• agréger les données ;
• exécuter des traitements ;
• gérer des objets.

« La donnée circule uniquement de l’objet vers l’application »

Non.

Des commandes peuvent également circuler dans l’autre sens.

« Le smartphone est toujours l’application finale »

Non.

L’utilisateur peut accéder au système via :

• navigateur web ;
• centre de supervision ;
• logiciel métier ;
• API ;
• autre application.

« Sécuriser l’objet suffit »

Non.

Il faut sécuriser l’écosystème de bout en bout.

32. Comment analyser rapidement une architecture IoT

Face à un nouvel équipement ou un nouveau projet, une méthode simple consiste à poser les questions suivantes.

1. Que mesure ou contrôle l’objet ?

Identifier :

• capteurs ;
• actionneurs ;
• fonctions physiques.

2. Quel traitement réalise-t-il localement ?

Chercher :

• microcontrôleur ;
• firmware ;
• mémoire ;
• règles locales.

3. Comment communique-t-il ?

Identifier :

• Wi-Fi ;
• Bluetooth ;
• LoRaWAN ;
• Zigbee ;
• 4G/5G ;
• Ethernet ;
• autre technologie.

4. Existe-t-il une passerelle ?

Si oui :

• que fait-elle ?
• quel protocole utilise-t-elle ?
• traite-t-elle localement les données ?

5. Où vont les données ?

Vers :

• cloud fabricant ;
• cloud public ;
• datacenter interne ;
• plateforme locale ?

6. Quelle application les utilise ?

Identifier :

• application mobile ;
• interface web ;
• API ;
• SI métier.

7. Qui utilise réellement le système ?

• particulier ;
• technicien ;
• entreprise ;
• administration ;
• automate ;
• autre logiciel ?

8. Des commandes peuvent-elles revenir vers l’objet ?

Cette question permet de comprendre si le système se contente d’observer ou s’il peut agir sur le monde physique.

9. Que se passe-t-il en cas de perte de connexion ?

Cela révèle la dépendance au réseau ou au cloud.

10. Comment l’ensemble est-il sécurisé ?

Cette dernière question doit couvrir toute la chaîne.

Analogie simple — Le service de livraison

Pour comprendre facilement un écosystème IoT, imaginons un service de livraison.

Le capteur est la personne qui prépare le colis.

La donnée est le colis.

La technologie radio est le premier véhicule qui transporte le colis.

La passerelle est le centre de tri local.

Le réseau Internet correspond aux routes reliant les villes.

Le cloud est le grand centre logistique où les colis sont enregistrés, triés et traités.

L’application est le système de suivi permettant au client de savoir où se trouve son colis.

L’utilisateur est celui qui exploite finalement l’information.

Si le client souhaite renvoyer quelque chose, le processus fonctionne dans l’autre sens.

Dans l’IoT, la logique est similaire.

Une donnée doit être :

créée → transportée → réceptionnée → traitée → exploitée.

Mini-étude de cas — Une chaîne du froid connectée

Une entreprise transporte des produits nécessitant une température contrôlée.

Elle installe dans chaque camion :

• un capteur de température ;
• un système embarqué ;
• un module GNSS ;
• un modem 4G ;
• une carte SIM.

Toutes les cinq minutes, le système mesure :

• température ;
• localisation ;
• état de la porte.

Les informations sont envoyées via le réseau mobile vers une plateforme.

Le responsable logistique consulte un tableau de bord.

À 14 h 23, la plateforme reçoit :

Camion 17 Température : 11,4 °C Seuil maximal : 8 °C

La plateforme déclenche immédiatement une alerte.

Le responsable contacte le chauffeur.

Nous pouvons maintenant décomposer tout l’écosystème.

Monde physique

Température réelle du compartiment frigorifique.

Capteur

Mesure de la température.

Système embarqué

Lecture et préparation de la donnée.

Connectivité

4G.

Réseau

Réseau de l’opérateur puis Internet.

Cloud

Réception, stockage et analyse.

Application

Tableau de bord logistique.

Utilisateur

Responsable logistique.

Valeur métier

Détecter rapidement un problème pouvant affecter la marchandise.

Une simple mesure devient donc une décision opérationnelle grâce à l’ensemble de l’écosystème.

Pourquoi c’est important ?

Comprendre l’écosystème complet change complètement la manière d’aborder l’IoT.

Lorsque l’on regarde uniquement l’objet, on peut croire que l’essentiel se trouve dans :

• le capteur ;
• la batterie ;
• le module radio.

En réalité, la valeur du système dépend souvent tout autant :

• du réseau ;
• de la passerelle ;
• du cloud ;
• du traitement ;
• de l’application ;
• des données ;
• des utilisateurs.

Cette compréhension est essentielle pour un ingénieur.

Elle l’est aussi pour un professionnel de la cybersécurité.

Elle l’est également pour :

• un acheteur ;
• un décideur ;
• un régulateur ;
• un intégrateur ;
• un responsable d’infrastructure.

Un équipement connecté ne doit donc jamais être analysé uniquement comme un produit isolé.

Il faut comprendre l’écosystème dans lequel il sera intégré.

Ce qu’il faut retenir

Un écosystème IoT relie le monde physique au monde numérique.

Le capteur transforme une grandeur physique en donnée.

L’actionneur réalise l’opération inverse : il transforme une commande numérique en action physique.

Le système embarqué traite les informations localement.

La connectivité permet à l’objet de transmettre ses données.

Selon l’architecture, l’objet peut communiquer directement avec Internet ou passer par une passerelle.

La passerelle peut agréger les données, convertir les protocoles, assurer des traitements Edge et renforcer la sécurité.

Le réseau transporte ensuite les informations vers une plateforme.

La plateforme IoT peut :

• identifier les équipements ;
• recevoir les données ;
• les stocker ;
• les analyser ;
• gérer les équipements ;
• transmettre des commandes.

L’application présente les informations à un utilisateur ou les fournit à un autre système via une API.

La communication peut fonctionner dans les deux sens :

objet → utilisateur

mais également :

utilisateur → objet.

Le traitement peut être distribué entre :

• objet ;
• Edge ;
• cloud ;
• application.

Enfin, la cybersécurité doit protéger l’ensemble de cette chaîne.

La véritable unité d’analyse n’est donc pas seulement l’objet connecté.

C’est l’écosystème IoT complet.

Quiz d’auto-évaluation

Ouverture vers le cours suivant

Nous savons désormais suivre un système IoT de bout en bout.

Nous savons identifier :

• l’objet ;
• les capteurs ;
• les actionneurs ;
• la connectivité ;
• la passerelle ;
• le réseau ;
• le cloud ;
• les applications ;
• les utilisateurs.

Cette vision globale va maintenant nous permettre d’aborder une question essentielle :

Que se passe-t-il lorsque ces équipements et ces écosystèmes commencent à soutenir des activités importantes ?

Un objet connecté utilisé pour le confort n’a pas les mêmes conséquences qu’un capteur utilisé dans une infrastructure, un routeur assurant la connectivité d’un site ou un système commandant un processus physique.

Cours suivant · À venir

Pourquoi les objets connectés deviennent critiques : maison, entreprise, ville, industrie et État

Nous verrons notamment :

• comment un simple objet peut devenir un composant essentiel ;
• pourquoi la criticité dépend du contexte d’utilisation ;
• comment l’IoT s’intègre progressivement aux infrastructures ;
• pourquoi la maison, l’entreprise, l’industrie et les services publics présentent des niveaux de criticité différents ;
• pourquoi l’interconnexion augmente les dépendances ;
• pourquoi un petit équipement peut parfois avoir un impact majeur.