Eco-conception logicielle d’une plateforme de gestion de microsystèmes autonomes

Cet article décrit comment le projet MAPIU répond à certains défis d’éco-conception de système IoT à la fois au niveau matériel (par "energy harvesting") et logiciel (par un format interopérable efficace)

Eco-conception logicielle d’une plateforme de gestion de microsystèmes autonomes

Cet article décrit comment le projet MAPIU répond à certains défis d’éco-conception de système IoT à la fois au niveau matériel (par "energy harvesting") et logiciel (par un format interopérable efficace)

L’Internet des Objets (IdO) réalise l’interconnexion des objets du monde réel avec les capacités de traitement du réseau et permet la mise en oeuvre d’applications innovantes dans de nombreux domaines (santé, énergie, domotique, industrie 4.0, villes intelligentes,...). Sa jeunesse et sa forte croissance nécessite de traiter des défis tels que la gestion des données massives générées, l’interopérabilité, la sécurité, la gestion de l’énergie. Une contribution du projet MAPIU est de porter une attention spécifique aux défis en matière de soutenabilité de l’Internet des Objets. Notre travail s’inscrit plus spécifiquement dans le cadre de la conception d’une plateforme de gestion de microsystèmes autonomes ciblant le domaine de la traçabilité logistique

Opportunité et défis d’éco-conception logicielle liés à l’Internet des Objets

Selon l’IUT, l’Internet des Objets (IdO) peut se définir comme "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’’. Par sa capacité à automatiser la collecte, le traitement de données et à mettre en oeuvre des réactions adéquates, l’IdO ouvre des opportunités pour atteindre des objectifs de développement durable définis par les Nations Unies. Le World Economic Forum a étudié des centaines d’applications de l’IdO et a montré que 84% de celles-ci y contribuaient. On peut les résumer selon ses trois dimensions clefs suivantes :

  • une dimension environnementale afin de préserver, améliorer et valoriser l’environnement et les ressources naturelles sur le long terme. Des exemples d’applications avec un tel impact sont : les micro-réseaux intelligents, la surveillance de la distribution d’eau, le suivi de la qualité de l’air, l’optimisation de transport.
  • une dimension sociale afin de satisfaire les besoins humains de manière équitable, notamment en matière de santé, logement, consommation, éducation, etc. L’IdO contribue à la médecine "4P" (Prédictive, Préventive, Personnalisée, Participative) via la collecte de données d’activité ainsi que l’aide aux personnes âgées.
  • une dimension économique pour développer la croissance et l’efficacité économique, à travers des modes de production et de consommation durables. L’Industrie 4.0 a un impact direct sur la compétitivité mais permet indirectement des économies grâce à une meilleure utilisation des ressources impliquées dans la production.

Cependant, la mise en oeuvre de l’IdO à grande échelle signifie des milliards d’appareils en ligne ; chacun ayant des besoins en énergie, en communication et un cycle de vie. Ceci peut générer les impacts négatifs suivants :

  • génération de déchets à cause de batteries à durée de vie limitée ou de capteurs qui peuvent être limités par leur niveau d’interopérabilité, d’évolutivité.
  • génération de données massives générant des impacts (coût, énergie) pour leur transmission, traitement et stockage en
  • les émissions électromagnétiques de nouveaux protocoles sans-fil

Apport du génie logiciel pour l’atteinte de qualité de soutenabilité

Une mise en oeuvre intelligente axée sur des technologies logicielles permet de tendre vers ces qualités de développement durable. Les principes suivants d’efficacité peuvent être dégagés pour la phase d’opération :

  • communiquer uniquement quand nécessaire, ce qui est nécessaire et avec des protocoles basse consommation.
  • gérer l’énergie, y compris sa récolte locale.
  • utiliser des services sur le Cloud pour l’utilisation efficace et l’adaptation dynamiques des ressources matérielles aux besoins.
  • pré-traiter les données localement via les possibilité du edge et du fog computing. Ceci renforce également des besoins de réactivité et de sécurité.

Au niveau des processus de développement et de maintenance, des aspects clefs concernent la mise en oeuvre de solutions interopérables et évolutives. L’IdO est une technologie jeune avec de nombreuses solutions industrielles ayant leur propre protocoles souvent fermés ou mal documentés. Des architectures standards compris au niveau logiciel n’ont pas encore clairement émergés mais plusieurs sont à l’étude telles que l’IEEE P2413, l’IoT-A ou encore l’ IIRA (Industrial Internet Reference Architecture. En attendant, les solutions actuelles se doivent d’être suffisamment génériques pour leurs propres besoins et évolutives afin de pouvoir facilement s’adapter aux nouveaux standards sans nécessiter des efforts conséquents de redéveloppement et de redéploiement. Des outils et techniques permettant des adaptations de formats et de la gestion de configuration sont donc recommandables.

Illustration sur le projet MAPIU

Le but du projet MAPIU, récemment primé aux Iot Awards, est de proposer une plateforme IdO adaptable et ouverte facilitant la récupération des informations de terrain pour les traiter dans le Cloud via des applications tierces. On uniformise ainsi le traitement des données en évitant de recourir à un service différent pour chaque nouveau hardware communicant déployé. Il s’agit aussi de pallier aux limitations des capteurs souvent incompatibles, énergivores, onéreux et peu maintenables.

Le projet est actuellement en phase de conception. Au niveau matériel, le projet investigue plusieurs technologies de récupération d’énergie contenue dans les micro-vibrations générées lors de transport. Au niveau logiciel, il s’appuie sur les principes décrits précédemment pour définir une architecture ouverte et évolutive sur deux plans. D’une part, l’intégration de nouveaux capteurs est rendue aisée par un format générique permettant de capter des grandeurs avec leur sémantique, p.ex. "je t’envoie une température en degrés Celsius’’. Le format limite le volume de transmission grâce à sa compacité et au mécanisme d’agrégation de mesures, D’autre part, une attention spécifique est portée à la gestion de l’énergie avec des capteurs spécifiques au transport ayant la capacité de recharge en captant l’énergie vibratoire. Au niveau logiciel, la gestion de l’énergie nécessite un dimensionnement statistique et une capacité d’adaptation dynamique afin d’assurer la couverture et la résolution des mesures nécessaires, par exemple dans la cadre de la surveillance du maintien de la chaîne du froid au sein même d’une cargaison.

Perspectives

Plutôt qu’une solution unique, le projet vise une plateforme évolutive permettant de combiner aisément des capteurs, systèmes de collecte d’énergie et modules de traitements dans le Cloud avec un large champ d’application. N’hésitez pas à nous contacter pour plus d’information !