Scénario de mise en place des services et des objets connectés 

Internet des Objets

L’expression Internet des Objets (IdO) ou Internet of Things (IoT) en anglais a été prononcée publiquement pour la première fois en 1999 par Kevin Ashton. Dans son article paru au RFiD Journal, Kevin Ashton explique que l’idée première de l’IdO est de permettre aux systèmes informatiques de collecter les données du monde réel dont ils ont besoin de manière autonome et sans intervention des utilisateurs. Plus tard, l’IdO a été décrit de manière plus formelle par l’ITU (International Telecommunication Union) dans le « ITU Internet report » en 2005 .
En plus de récolter les données du monde réel, l’IdO permet aux systèmes informatiques d’agir de manière automatique sur les objets du monde réel. Le matériel qui permet de collecter les données du monde réel et d’agir sur le monde réel est désigné par le terme «objets connectés».
Les auteurs définissent l’IdO comme étant ce qui permet aux personnes et aux objets d’être connectés n’importe quand, n’importe où, avec n’importe qui, idéalement en utilisant n’importe quel chemin/réseau et n’importe quel service.
L’IdO est définie comme étant une convergence de plusieurs points de vue : Un point de vue orienté Internet, un point de vue orienté objets et un point de vue orienté sémantique. Chaque point de vue est axé autour des compétences des différents acteurs qui s’intéressent aux problématiques de l’IdO. Le point de vue orienté Internet est porté par les acteurs télécoms qui considèrent les aspects de connectivité et de communication de l’Internet des objets. Le point de vue orienté objets est porté par les pionniers des constructeurs d’objets connectés -notamment RFiD. Ce point de vue considère l’IdO comme étant des objets génériques qui sont destinés à être intégrés dans une plateforme commune. Du point de vue orienté sémantique, l’expression Internet des Objets signifie «Un réseau mondial d’objets interconnectés, adressables de manière unique, basé sur des protocoles de communication standards». Le point de vue orienté sémantique considère les aspects d’adressage unique, de représentation, et de stockage de l’information.

Objets connectés

Les objets de l’IdO sont définis par le Cluster of European research projects on the Internet of Things comme étant des participants actifs dans les processus métier, d’information et sociaux. Il sont capables d’interagir et de communiquer entre eux et avec l’environnement, en échangeant des données et des informations perçues de l’environnement, tout en réagissant de manière autonome sur le monde physique avec ou sans intervention humaine directe. Les interfaces, sous forme de services, facilitent les interactions entre les objets et Internet. Les objets connectés sont classés en deux catégories : les capteurs et les actionneurs .
Les capteurs :Les capteurs représentent les objets qui ont la capacité de recueillir les données et informations de l’environnement. Ils sont dotés d’interfaces qui permettent aux données collectées d’être transférées sur le réseau.
Les actionneurs :Les actionneurs représentent les objets qui ont la capacité d’agir sur le monde physique en réaction à des données qui ont été perçues.

Services connectés

De manière informelle, un service est un composant logiciel dont le but est d’offrir des fonctionnalités qui répondent à des besoins spécifiques. Un service est une collection de données et de comportements associés pour accomplir une fonction ou une caractéristique particulière. Le W3C définit , un service comme étant une ressource abstraite qui possède la capacité d’exécuter des tâches. Ces tâches représentent une fonctionnalité cohérente du point de vue des entités qui fournissent le service et du point de vue des entités qui le demandent. Pour être utilisé, ce service doit être réalisé par un agent fournisseur concret.
Le W3C définit un service Web comme étant un système logiciel qui est conçu pour prendre en charge l’interaction M2M (machine-to-machine) sur un réseau. Il a une interface décrite dans un format qui peut être traité par une machine, en particulier WSDL(Web Service Description Language) . Les autres systèmes interagissent avec le service Web d’une manière prescrite par sa description. Ces interactions se font à l’aide de messages SOAP (Simple Object Access Protocol) qui sont généralement transmis via le protocole HTTP(Hypertext Transfer Protocol). Les messages sont encodés à l’aide du langage XML (eXtensible Markup Language) conjointement avec d’autres normes Web .
Aujourd’hui, l’industrie du logiciel s’oriente vers des approches axée sur les services. en particulier, dans le domaine des logiciels d’entreprise, les nouvelles applications complexes reposent sur la composition et la collaboration d’autres services .
Les auteurs présentent une visions de l’Internet des Services (IdS). Cette vision décrit l’idée que, à grande échelle, les applications complexes reposent sur des services.
Ces services résident dans différentes couches du système, par ex. entreprise, réseau, ou même au niveau de l’objet connecté en étant mis en œuvre par un logiciel embarqué.

Comportement cloisonné

La phase d’exécution de services représente les contraintes que nous considérons après le déploiement des services.
Services et objets en silos :En parallèle à leur fonctionnement, nous considérons les objets du point de vue de leurs usages. Un objet peut, en effet, servir pour des usages transverses. Dans le cadre de la mise en place d’un service de sécurité, un ou plusieurs capteurs de présence sont utilisés pour détecter les mouvements et réagir en fonction, en déclenchant une alarme par exemple. Un service d’allumage automatique utilise également un capteur de présence pour détecter les mouvements et allumer ou éteindre la lumière en fonction de la présence ou de l’absence de mouvements. Aujourd’hui, dans l’IdO, il n’existe pas encore de cadre standard approuvé et adopté par la communauté scientifique et par les constructeurs d’objets connectés. Au contraire, la tendance est à produire des objets qui communiquent via des protocoles et des modèles propriétaires, qui sont basés sur des architectures verticales, ce qui conduit à l’apparition de silos technologiques. Dans le modèle actuel en silos, un service de sécurité et un service d’allumage automatique ne peuvent partager le même capteur de présence s’ils ne proviennent pas du même constructeur, mais chaque service aura son propre capteur de présence. Une duplication de l’objet «capteur de présence» peut être nécessaire au bon fonctionnement des deux services.

Dépendance technique des services aux objets

Les services que nous déployons sont destinés à s’adapter aux objets qui sont présents dans leur contexte d’exécution. Les objets qui composent l’IdO sont très hétérogènes. Ils ont des caractéristiques différentes et communiquent via divers protocoles. A priori, les services n’ont pas connaissances des objets sur lesquels ils seront déployés ni sur leurs caractéristiques techniques.
Chaque objet connecté de l’IdO est doté de capacité, soit de capture de données de son environnement, soit d’actionnement d’un objet physique de son environnement, soit les deux en même temps. L’objet connecté peut également mettre à disposition de son environnement un service s’il possède des capacités de calcul. L’idée principale de notre étude est de faire collaborer les objets connectés afin d’utiliser les fonctionnalités et les services qu’ils offrent dans le but de produire de nouveaux services plus complexes et régis par les besoins des utilisateurs.

Acceptabilité des services

Les services auxquels nous nous intéressons sont destinés à optimiser la vie quotidienne de leurs utilisateurs. Ces derniers peuvent être des utilisateurs experts ou des utilisateurs lambda. Dans un cadre où les services sont adressés à des êtres humains, le critère d’acceptabilité de ces services devient critique. L’acceptabilité des services est un domaine de recherche pluridisciplinaire, nous nous intéressons dans nos travaux à l’acceptabilité du point de vue informatique et nous traitons trois verrous qui nous semblent importants dans ce domaine : l’interaction des utilisateurs avec les services, l’adaptation des services aux besoins des utilisateurs et l’abstraction de la complexité technique des services.
Adaptation des services aux besoins des utilisateurs :Les utilisateurs auxquels les services sont destinés peuvent avoir des profils et des besoins très différents. Les services auxquels nous nous intéressons sont destinés à être déployés à une grande échelle. Il nous semble alors important que le comportement des services ne soit pas figé, mais qu’il puisse s’adapter aux besoins de chaque utilisateur.
Interaction des utilisateurs avec les services :L’interaction des utilisateurs avec les services est importante dans le cas où les services que nous étudions ne sont pas des services autonomes mais ils sont destinés à interagir avec les utilisateurs. Lors de la phase de conception de services, il est nécessaire de considérer les aspects d’interactions efficaces entre les utilisateurs et les services.
Pour que les services puissent adapter leur comportement aux besoins des utilisateurs, il est nécessaire qu’il y ait une interaction efficace entre ces services et leurs utilisateurs.
En somme, les problématiques que nous abordons dans la thèse sont classés en trois thématiques: le comportement cloisonné, la composition de services et l’acceptabilité de services par les utilisateurs. Le comportement cloisonné soulève les problématiques des services et objets connectés en silos et la dépendance technique des services aux objets.
La composition de services aborde la problématique de conflit d’accès des services aux objets partagés ainsi que la prise en compte, par les services, de l’environnement et du contexte d’exécution. Enfin, l’acceptabilité des services par les utilisateurs aborde les aspects d’adaptation des services aux besoins des utilisateurs et les aspects des interactions des utilisateurs avec les services.

Table des matières

Partie I Introduction générale 
Chapitre 1 Introduction 
1.1 Contexte de travail
1.2 Organisation du rapport
Chapitre 2 Objets et services connectés 
2.1 Internet des Objets
2.2 Objets connectés
2.2.1 Les capteurs
2.2.2 Les actionneurs
2.3 Services connectés
2.3.1 Remontée des données du monde réel vers les services
2.3.2 Action des services sur le monde réel
2.3.3 Criticité des services et des objets connectés
2.3.4 Cohabitation des technologies et des humains
2.3.5 Influence de l’environnement et prise en compte du contexte
Chapitre 3 Problématiques posées 
3.1 Comportement cloisonné
3.1.1 Services et objets en silos
3.1.2 Dépendance technique des services aux objets
3.2 Composition de services
3.2.1 Conflits d’accès aux objets partagés
3.2.2 Prise en compte de l’environnement et du contexte
3.3 Acceptabilité des services
3.3.1 Adaptation des services aux besoins des utilisateurs
3.3.2 Interaction des utilisateurs avec les services
Chapitre 4 État de l’art 
4.1 Techniques utilisées
4.1.1 Cadres d’architecture
4.1.2 Approches déclaratives
4.2 Solutions existantes
4.2.1 Exécution de services
4.2.2 Composition de services pour l’IdO
4.2.3 Acceptabilité de services
4.2.4 Modélisation sémantique des concepts de l’IdO
Chapitre 5 Conclusion 
Partie II Contribution 
Chapitre 6 Introduction
Chapitre 7 Analyse des services de l’IdO et de leur problématique 
7.1 Scénario de mise en place des services et des objets connectés
7.1.1 Etat initial : Maison nue
7.1.2 Sélection des services
7.1.3 Sélection des objets connectés
7.1.4 Description de la topologie de la maison
7.1.5 Déploiement des services
7.1.6 Mise en place des objets connectés
7.1.7 Mise en correspondance entre les services et les objets
7.1.8 Etat final : Maison connectée fonctionnelle
7.2 Gestion de conflits d’accès des services aux objets
7.2.1 Définition des services
7.2.2 Définition des compositions de services
7.2.3 Résolution de conflits
Chapitre 8 Présentation globale de l’architecture 
8.1 Ecosystème d’un IdO ouvert
8.1.1 Fournisseur d’objets connectés
8.1.2 Fournisseur de services
8.1.3 Utilisateur
8.2 Les trois niveaux d’architecture
8.2.1 Niveau sémantique
8.2.2 Niveau d’artefacts
8.2.3 Niveau de ressources
Chapitre 9 Niveau sémantique 
9.1 Le méta-modèle sémantique
9.1.1 Modélisation structurelle
9.1.2 Modélisation comportementale
9.2 Règles de validation de services
9.2.1 Détection de contradictions
9.2.2 Détection d’oscillations
9.3 Stratégie d’orchestration
9.3.1 Analyse
9.3.2 Algorithme
Chapitre 10 Formalisation 
10.1 SmartHome
10.2 Devices
10.3 State of a smart home
10.4 Services
10.5 Bindings
10.5.1 Valid binding
10.6 Deployed services
10.7 Deployed smart home
10.7.1 Cluster
10.7.2 Conflict resolution within a cluster of orchestrated services
Chapitre 11 Conclusion 
Partie III Application de la contribution 
Chapitre 12 Introduction 
Chapitre 13 Scénario de mise en place des services et des objets connectés 
13.1 Description d’un service de régulation de température générique
13.1.1 Description structurelle
13.1.2 Description comportementale
13.2 Description de types d’objets
13.3 Déploiement de services et d’objets
13.3.1 Contexte d’exécution
13.3.2 Description du service et des objets déployés
13.4 Mise en correspondance
13.4.1 Description structurelle après la mise en correspondance
13.4.2 Description comportementale après la mise en correspondance
Chapitre 14 Validation de services dans le contexte d’une maison connectée 
14.1 Alloy : Langage et outil de validation
14.1.1 Présentation du langage et de l’outil
14.1.2 Traduction des modèles UML vers Alloy
14.2 Implémentation et résultats
14.2.1 Description structurelle
14.2.2 Description comportementale d’un service non valide
14.2.3 Description comportementale d’un service valide
Chapitre 15 Simulation de services et d’orchestrateur de services 
15.1 Choix architecturaux
15.1.1 La partie de la contribution qui est mise en œuvre
15.1.2 Les cas d’usage
15.1.3 Stratégie d’orchestration
15.2 Choix technologiques
15.2.1 Services et objets connectés
15.2.2 Environnement de simulation
15.2.3 Orchestration
15.3 Méthodologie de développement et de simulation
15.4 Résultats et discussion
Chapitre 16 Conclusion 
Partie IV Conclusion générale 
Chapitre 17 Introduction 
Chapitre 18 Problématiques adressées 
18.1 Ecosystème ouvert des services et objets connectés
18.2 Partage d’objets par plusieurs services
18.3 Gestion des conflits
18.4 Gestion des oscillations
18.4.1 En phase de conception
18.4.2 En phase d’exécution
18.5 Adaptabilité aux utilisateurs
18.5.1 Vœux explicites : définition des rôles de services
18.5.2 Vœux implicites : Prise en compte des actions des utilisateurs
18.6 Approche orientée par les objectifs
Chapitre 19 Perspectives 
19.1 Vers un modèle opérationnel pour les services de l’IdO
19.1.1 Aperçu des caractéristiques du niveau Artefacts
19.1.2 Exemple d’approches compatibles avec le niveau Artefacts
19.1.3 Correspondance entre les niveaux sémantique et artefacts
19.2 Augmenter l’acceptabilité des services par les utilisateurs
19.2.1 Affiner la prise en compte des actions des utilisateurs
19.2.2 Ergonomie de services
19.2.3 Retours informatifs des services vers les utilisateurs
19.3 Application à d’autres domaines
19.3.1 L’immeuble intelligent (Smart Building)
19.3.2 La ville intelligente (Smart City)
Chapitre 20 Conclusion
Bibliographie

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