Conception et creation d’une plateforme IOT avec le protocole MQTT

Le monde d’aujourd’hui se caractérise par l’avènement massif de nouvelles technologies de plus en plus fascinantes et révolutionnaire. Ce sont surtout les objets connectes. Dans notre quotidien nous vivons avec ces technologies sans même parfois le savoir ; nous faisons partie ainsi de cet environnement digital qui est en plein expansion.

Le terme Internet of Things (IoT) ou Internet des objets désigne l’extension d’Internet à des objets de notre quotidien. On parle des objets connectés que l’on connaît à travers les smartwatchs, les bracelets sportifs, la domotique ou encore dans le domaine de la e-santé. L’IoT fait partie d’une évolution puisque cela permet d’avoir de plus en plus d’objets connectés qui interagissent entre eux et qui proposent des solutions au quotidien pour améliorer les conditions de vie. Mais il s’agit également d’une révolution, et ce dans tous les domaines d’application. D’ici 2020 on prévoit 40 à 50 milliards d’objets sur terre soit l’équivalent de cinq appareils par personne. Un nombre impressionnant quand on sait que de nombreux pays n’ont pas accès à internet. Les consommateurs y recherchent avant tout l’aspect pratique, facilitateur de la vie de tous les jours, tout en laissant place à l’émerveillement.

Généralités

Définition

Selon l’Union internationale des télécommunications (UIT), l’Internet des objets ou IoT est une « infrastructure mondiale pour la société de l’information, qui permet de disposer de services évolués en interconnectant des objets (physiques ou virtuels) grâce aux technologies de l’information et de la communication interopérables existantes ou en évolution ». En réalité, la définition de ce qu’est l’internet des objets n’est pas figée. Elle recoupe des dimensions d’ordres conceptuel et technique. D’un point de vue conceptuel, l’Internet des objets caractérise des objets physiques connectés ayant leur propre identité numérique et capables de communiquer les uns avec les autres. Ce réseau crée en quelque sorte une passerelle entre le monde physique et le monde virtuel.

D’un point de vue technique, l’IoT consiste en l’identification numérique directe et normalisée (adresse IP, protocoles smtp, http…) d’un objet physique grâce à un système de communication sans fil qui peut être une puce RFID, Bluetooth ou Wi-Fi.

Concept de l’IoT

L’Internet des objets repose sur l’idée que tous les objets seront connectés un jour à Internet et seront donc capables d’émettre de l’information et éventuellement de recevoir des commandes. On parle aussi d’ “ubiquitous computing”, c’est à dire informatique omniprésente, ambiante, ou pervasive. Ce nouveau paradigme informatique est basé non plus sur le PC, mais sur des objets quotidiens intégrant des capteurs et des capacités de communication. L’internet des objets propose de créer une continuité entre le monde réel et le monde numérique : il donne une existence aux objets physiques dans le monde numérique. Sur le plan fonctionnel, l’Internet des objets désigne une informatique qui se fond dans notre quotidien pour nous simplifier la vie, nous faire gagner du temps, décharger notre cerveau de la mémorisation de données logistiques (itinéraires, agenda, etc.). Il permet de créer de nouveaux usages, comme, par exemple, des informations en temps réel sur la localisation de ses amis. Il permet aussi de faire des mesures exhaustives, là où on se contentait dans le passé d’un simple panel, par exemple avec la mesure du trafic automobile dans les rues de la capitale.

Importance de l’IoT

Pour pouvoir mesurer l’importance de l’IoT, il faut d’abord comprendre les différences entre l’Internet et le World Wide Web (ou Web), des termes souvent confondus. L’Internet est la couche physique, c’est-à-dire le réseau composé de commutateurs, de routeurs et d’autres équipements. Sa principale fonction est de transporter les informations d’un point A à un point B de façon rapide, fiable et sécurisée. Le Web, lui, est une couche applicative qui intervient sur l’Internet. Son rôle essentiel est de fournir une interface permettant d’exploiter les informations qui circulent sur l’Internet.

Évolution du Web et de l’Internet

Le Web est passé par plusieurs phases distinctes :

Étape 1 : Le Web 1.0. : Le monde des « éditeurs »
Tout a commencé par une phase de recherche pendant laquelle le Web était appelé ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network). Le Web était alors surtout utilisé par des universitaires à des fins de recherche. Au commencement du web, les contenus étaient réalisés par quelques éditeurs, qui les publiaient sur des sites web. On avait donc un nombre restreint d’émetteurs d’informations, et un grand nombre de lecteurs : c’est le web 1.0., premier stade d’évolution d’Internet.

Étape 2. : Le Web 2.0. : Et l’utilisateur se mit à produire du contenu
Dans sa deuxième phase, le Web peut être qualifié de « brochure électronique ». Nous assistions alors à une véritable prise d’assaut des noms de domaine. Toutes les entreprises ressentaient le besoin de partager des informations sur Internet pour faire connaître leurs produits et leurs services. Avec l’arrivée des premiers réseaux sociaux, chaque individu s’est mis à générer lui-même des contenus. Quand quelqu’un publie un commentaire sur un article, créé un profil sur Facebook, publie une vidéo sur Youtube ou écrit un Tweet, il produit un contenu (texte, image, vidéo…) qui pourra être consulté par d’autres. C’est le web dit « social », souvent appelé web 2.0.

Étape 3. : Le web 3.0. : Les machines s’y mettent
Désormais, nous voyons émerger de nombreux objets physiques dits « connectés ». Ces objets utilisent Internet pour envoyer des informations et en recevoir. Par exemple, des chaussures connectées envoient le nombre de foulées après chaque course à un système distant, cela permettra ainsi de consulter l’historique des courses sur un site web.

L’IoT, la première évolution de l’Internet

Contrairement au Web, l’Internet se développe et s’améliore continuellement, mais il n’a pas connu de transformation fondamentale. Sa fonction reste essentiellement la même que lors de la phase ARPANET. Par exemple, il existait au départ plusieurs protocoles de communication, notamment AppleTalk, Anneau à jeton (ou Token Ring) et IP. Actuellement, le protocole IP est devenu la norme. Dans ce contexte, l’importance de l’IoT devient considérable, puisqu’il s’agit de la première véritable évolution de l’Internet. Celle-ci donnera lieu à des applications révolutionnaires capables de transformer profondément notre mode de vie, et notre façon d’apprendre, de travailler et de nous divertir. L’IoT a déjà doté l’Internet de capacités sensorielles (température, pression, vibration, luminosité, humidité, tension), ce qui nous permet d’anticiper plutôt que de simplement réagir. En outre, l’Internet couvre maintenant des endroits jusqu’alors inaccessibles. Des patients ingèrent même des dispositifs connectés qui aident les médecins à diagnostiquer certaines pathologies et à en déterminer les causes. Des capteurs extrêmement miniaturisés peuvent être placés sur des plantes, des animaux et des sites géologiques, et connectés à l’Internet.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 PRESENTATION DE L’INTERNET DES OBJETS
1.1 Introduction
1.2 Généralités
1.2.1 Définition
1.2.2 Concept de l’IoT
1.2.3 Importance de l’IoT
1.3 Les objets connectés
1.3.1 Définitions
1.3.2 Typologie
1.3.3 Fonctionnement des objets connectés
1.3.4 Réseaux de télécommunication des objets
1.3.5 Exemples d’objets connectés
1.3.6 Faire soi-même des objets connectés
1.3.7 Les capteurs
1.4 Le M2M
1.4.1 Définition
1.4.2 Différence entre M2M et IoT
1.5 Domaine d’applications
1.5.1 Usages sans rétroaction
1.5.2 Usages avec rétroaction
1.6 Architectures des réseaux IoT
1.7 Les protocoles utilisés
1.7.1 Protocoles d’accès
1.7.2 Protocoles Applicatifs
1.8 Réseau Low Power Wide Area
1.8.1 Sigfox
1.8.2 LoRaWan
1.8.3 LTE-M
1.9 Conclusion
CHAPITRE 2 MODELE CLIENT-SERVEUR
2.1 Introduction
2.2 Définitions
2.2.1 Client-serveur
2.2.2 Serveur
2.2.3 Client
2.2.4 Back-end
2.2.5 Front-end
2.3 Architecture Client-serveur
2.3.1 Architecture Multi-Tier
2.3.2 Caractéristiques des systèmes client-serveur
2.4 Avantages et inconvénients
2.4.1 Avantages
2.4.2 Inconvénients
2.5 Node.js
2.5.1 Présentation de Node.js
2.5.2 Rapidité de Node.js
2.6 Websocket
2.7 La base de données MongoDB
2.7.1 NoSQL
2.7.2 MongoDB
2.8 Conclusion
CHAPITRE 3 LE PROTOCOLE MQTT
3.1 Introduction
3.2 Le protocole MQTT
3.2.1 Présentation
3.2.2 Le modèle de publisher / subscriber
3.2.3 Les spécifications
3.2.4 Les avantages du protocole
3.3 Les composants du protocole
3.3.1 Client
3.3.2 Broker
3.3.3 Topic
3.3.4 Connexion MQTT
3.4 Fonctionnement de MQTT
3.4.2 Connexion
3.4.3 Authentification
3.4.4 Communication
3.4.5 Terminaison
3.5 Format du paquet de contrôle MQTT
3.5.1 Structure d’un paquet de contrôle MQTT
3.5.2 En-tête fixe
3.5.3 En-tête variable
3.5.4 Payload
3.6 QoS
3.6.1 QoS 0
3.6.2 QoS 1
3.6.3 QoS 2
3.7 Last will and testament
3.8 Wildcard
3.8.1 Niveau unique: +
3.8.2 Niveau multi: #
3.9 Type de message MQTT
3.10 Défis liés à l’utilisation de MQTT pour l’Internet des objets
3.11 Conclusion
CHAPITRE 4 APPLICATION DANS LE DOMAINE DE LA DOMOTIQUE
CONCLUSION GENERALE

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