EMI | Objets connectés

Petite histoire de l'informatique

Selon le cabinet Tractica, le nombre de terminaux embarquant l’intelligence artificielle devrait bondir de 161,4 millions d’unités en 2018 à 2,5 milliards en 2025 dans le monde. Une expansion favorisée par le développement de puces adaptés. Les téléphones mobiles constitueront toujours le premier contingent, devant les enceintes connectées, les PC, les voitures ou encore les drones.

Edge computing

De nos jours, la partie traitement IA (intelligence artificielle) est principalement réalisée dans les datacenters du cloud. En effet cela nécessite de grandes capacités de calcul. Mais les contraintes de temps de latence, de bande passante des réseaux et de sécurité des données conduisent à privilégier de plus en plus le traitement local au niveau des systèmes embarqués. C’est l’Edge computing, l'informatique en périphérie ou l'informatique en périphérie de réseau, autrement dit une méthode d'optimisation qui consiste à traiter les données au plus près de la source des données.

Des microcontrôleurs dédiés

Ce sont des sociétés connues, Qualcomm, Samsung ou MediaTek ou Nvidia et AMD pour les circuits graphiques, Intel, Xilinx ou Lattice, pour les circuits logiques programmables ou encore des Asic, puces dédiées comme l’Edge TPU lancée récemment par Google.

En France, deux entreprises développent des processeurs dédiés : Kalray pour des applications dans l’automobile et les datacenters, et GreenWaves Technologies pour des applications plus banalisées.

« Un objet connecté est un équipement qui permet à son utilisateur de recevoir un service à valeur ajoutée qui va au-delà de l'objet lui-même. »

Tout ce qui est mesurable peut potentiellement être décliné en objet connecté, exemples :

Santé, sport et loisirs

• Le bracelet connecté, qui vous informe sur votre rythme cardiaque, le nombre de pas que vous avez effectué
• La mesure de la tension, de diabète peuvent être réalisés à domicile avec conseil à la clé, voire transmission directe à un médecin
• Les montres GPS sont par exemple dédiées au running, trail, cyclisme qui permettent de partager ses performances sur des réseaux sociaux de sport
• …

Transports et smart cities (villes intelligentes)

• Métro, bus, tramway autonomes
• Gestion des candélabres
• Caméras de surveillance
• …

La domotique et la sécurité

• Interrupteurs
• Thermostats
• Enceintes
• …

De nombreux métiers, anciens et nouveaux existent autour des objets connectés.

Pour commencer, l'on pourra consulter un guide (ci-contre) sur les métiers du numériques.

Citons par exemple :

- le bac pro Bac pro Métiers de l'électricité et de ses environnements connectés (MELEC)
- le Mastère spé. Systèmes embarqués (TELECOM ParisTech) ingénierie cyber-physique des objets connectés
- La filière "Systèmes Embarqués et Objets Connectés" (SEOC) de Grenoble.
- Le Diplôme national des métiers d'art et du design mention graphisme.

6 métiers qui ont le vent en poupe

Principe de fonctionnement

		capteur(s)	intelligence	communication
		actionneur(s)	énergie

L’information provient soit via l'IHM (Interface Homme-Machine) soit via les capteurs, pour contrôler automatiquement ou manuellement le fonctionnement physique par des actionneurs et transmettre des informations aux utilisateurs. Le flux d’informations à travers les IHM permet ainsi une interaction continue entre l’homme et la machine.

On qualifie de « système embarqué » un système électronique et informatique autonome dédié à une tâche précise, souvent en temps réel, possédant une taille limitée et ayant une consommation énergétique restreinte.

Sans même parler de voiture électrique, la voiture actuelle est une source de développement forte en matière d'informatique embarquée. Elle ne contient pas moins d'une cinquantaine de microcontrôleurs.

Qu'est-ce qu'une voiture autonome ?

Embarquer l’informatique dans les objets permet notamment :

• de simplifier leur fonctionnement
• de donner plus de possibilités d’usage et de sûreté
• d’intégrer de nouvelles possibilités à matériel constant par simple modification logicielle

Ce sont les smarts cities (ou ville intelligente) et l'automobile qui connaissent actuellement le plus gros développement, mais il ne faut pas oublier la santé, le sport et les loisirs ou même le domaine militaire.

Les capteurs

• Quelle grandeur physique observer ? Quelles sont ses caractéristiques ?
• Mesure en direct ou non ? (pour mesurer le nombre de pas on utilise par l'accéléromètre + un algorithme et l'on en déduit le nombre de pas)
• Étendue de mesure : min/max
• Résolution : Plus petite variation de grandeur mesurable par le capteur
• Précision : Aptitude du capteur à donner une valeur proche de la valeur vraie
• Rapidité : Temps de réaction du capteur
• …

Les actionneurs

• Ampoule
• Haut-parleur
• Résistance
• Vanne
• Moteurs
• …

Interface homme-machine (IHM)

Pour concevoir l’application qui pilote un objet connecté, on utilise un logiciel qui permet de dessiner les éléments graphiques de l’interface et de leur associer un programme. L'Interface Homme-Machine (IHM) est une interface utilisateur permettant de connecter une personne à une machine, à un système ou à un appareil comme des écrans directement intégrés à l'appareil, écrans d’ordinateur, de Smartphones ou de tablettes tactiles.

• LED
• Afficheurs : 7 segments, graphique…
• Interrupteurs, boutons poussoirs
• Écran tactile
• …

Unité de traitement

Basée sur un microcontrôleur qui va faire les calculs. Le microcontrôleur est un élément central du système embarque et tous fonctionnent sur les mêmes principes.

• Un ou plusieurs cœurs éventuellement spécialisés (vidéo)
• Une horloge
• Mémoire flash ou RAM volatile
• Périphérique d'entrée sortie (digitale, analogique)
• Convertisseurs analogique/digital
• Ports de communication
• …

Tous ces composants ont été miniaturisés et tiennent sur des cartes qui ont désormais une taille de 4mm X 4mm, voire moins.

Énergie

L'énergie nécessaire au fonctionnement des objets connectés peut être produite par différents type de batteries, rechargeables ou pas.

Mais on peut aussi récupérer l'énergie ambiante, par exemple solaire (calculatrice), le mouvement converti en énergie (montre), l'énergie éolienne (micro éolienne), voire même un simple interrupteur qui par simple poussé génère suffisamment d'énergie pour commander un volet électrique par exemple.

Classez, par glissé-déposé, les activités suivantes par équivalent Co2 ^{(de la plus petite valeur à la plus grande)}.

• Streaming audio
• Messageries
• Jeux vidéo
• Pages Web
• Sécurité et VPN
• Market-places
• Streaming vidéo
• Réseaux sociaux
• Partage de fichiers
• Cloud

Réponses

La communication

Capter interagir émettre des données, recevoir des ordres à distance, piloter, alerte à distance, partager des informations avec d'autres utilisateurs, voilà une partie des enjeux de la communication des objets connectés.

Un logiciel

Le développement des logiciels embarqués est délicat, car il pose souvent des questions de temps-réel, c’est-à-dire de respect de temps de réponse imposé. Ceci conduit à des méthodes de programmation spécifiques.

Les rayonnements

La RFID

La RFID, ou Identification par Radio Fréquence, est une technologie qui permet d’identifier de façon unique un objet au travers d’une étiquette RFID. Cette étiquette se compose d’une antenne et d’une puce électronique. Elle ne contient aucune source d’énergie et ne peut donc émettre une information – par défaut, son identifiant – que si elle est activée par le champ électromagnétique d’un lecteur. Elle est donc totalement passive tout en permettant de communiquer à distance.

Il en existe différents modèles selon les usages, dont certaines sont même intra cutanées.

A l'instar d'un code à barre, chaque étiquette a un identifiant unique. C'est le GS1, une organisation mondiale unique, qui donne les définitions des supports de données d'identification par code à barres et d'identification par radiofréquence (RFID) ainsi que des normes spécifiant des interfaces cohérentes avec les lecteurs, imprimantes et autres. Composants matériels et logiciels qui relient les supports de données aux applications métiers. Les étiquettes de base ne stockent que cet identifiant.

C’est dans la grande distribution que la technologie RFID s’impose en masse.

www.gs1.org/

L’étiquette communique lorsqu’elle passe dans le champ d’un lecteur. C’est ce lecteur qui émet des ondes électromagnétiques à une certaine puissance. Suivant la technologie RFID, ces lecteurs peuvent émettre dans trois gammes de fréquences : 125 kHz pour les très basses fréquences (LF), 13,56 MHz pour les hautes fréquences (HF) et 900 MHz pour les ultra hautes fréquences (UHF). Les impacts de ces ondes sur le corps humain dépendent donc de la gamme de fréquences utilisée.

Un rapport de l’AFSSET (Agence française de sécurité sanitaire de l’environnement et du travail), devenue Anses en 2010. Le champ émis dans les gammes LF et HF s’évanouit rapidement et n’est prépondérant que localement autour d’un lecteur. En tout cas, ces rayonnements restent inférieurs aux valeurs limites d’exposition des personnes préconisées par l’ICNIRP, commission internationale pour la protection contre les radiations non-ionisantes (champ magnétique maximum autorisé de 400 nT pour la technologie HF et 105 nT pour l’UHF).

Ainsi, pour des individus n’étant exposés que sporadiquement aux ondes émises par des lecteurs RFID, le danger est faible. Cependant, dans le cadre d’une exposition continue, même à faible rayonnement, l’AFSSET préconise de respecter une distance minimale avec les lecteurs, de l’ordre de 20 cm.

interstices.info/

Une étiquette RFID passive ne présente pas de danger pour la santé lorsqu’on la porte sur soi, car elle n’émet pas d’ondes en-dehors du champ d’un lecteur. Les lecteurs, eux, en émettent, à faible portée. Il en va de même pour les étiquettes actives, peu répandues, qui s’apparentent à des réseaux de capteurs.

source : interstices.info/

Et le WiFi ?

Les décodeurs Du Monde font le point sur l'état de la question concernant le WiFi.

Avec l'immense croissance des terminaux connectés au réseau internet, les vulnérabilités aux attaquent augmentent. Et ce d'autant plus que la qualité de programmation n'est pas toujours à la hauteur, notamment avec les microcontrôleurs bas de gamme.

Quels sont les risques des objets connectés ?

La DGCCRF (Direction Générale de la Consommation et de la Répression des fraudes) note deux risques principaux pour les objets connectés :

• la collecte des données personnelles : vos données personnelles pourraient être collectées via les objets connectés afin d'être commercialisées, ce qui porterait atteinte à vos droits et à votre vie privée
• le piratage : les objets connectés peuvent être les cibles de cyberattaques

Deux failles ont été découvertes sur la quasi-totalité des microprocesseurs en circulation.
« Spectre » et « Meltdown » sont les noms donnés aux deux failles découvertes sur la quasi-totalité des microprocesseurs en circulation aujourd'hui, qu'ils soient sur les ordinateurs, tablettes, Smartphones ou même consoles de jeux vidéo. Tout système informatique est potentiellement menacé.

Potentiellement, cela pourrait permettre à des pirates de prendre le contrôle d'un ordinateur et d'accéder aux données (mots de passe, numéros de carte bancaire, etc.) qui y sont conservées.

Le problème de ces failles, que l'on peut retrouver potentiellement dans les microcontrôleurs, c'est qu'elles sont dues à un défaut dans la conception même du produit et le plus souvent codées en dur, autrement dit qu'elles ne peuvent pas toujours être traitées de manière logicielle. Il faut alors tout simplement remplacer le composant…

rappelonss-nous ici qu'il peut y en avoir plus d'une centaine dans une voiture.

Quel est l’impact de ces objets sur notre vie privée ? Les règles de protection des données personnelles sont-elles prises en compte par les fournisseurs ?

La CNIL fait le point dans un dossier.

www.cnil.fr/fr/objets-connectes

Par exemple, concernant l'automobile, la CNIL publie le pack de conformité « véhicules connectés et données personnelles ». Ce référentiel sectoriel permet aux professionnels de se mettre en conformité avec le règlement européen sur la protection des données.

Le pack met en particulier l’accent sur les points suivants :

• Toutes les données qui peuvent être rattachées à une personne physique identifiée ou identifiable, notamment via le numéro de la plaque d’immatriculation ou le numéro de série du véhicule sont des données à caractère personnel protégées par la loi Informatique et Libertés et le règlement général sur la protection des données. Par exemple, les données relatives aux trajets effectués, à l’état d’usage des pièces, aux dates des contrôles techniques, au nombre de kilomètres ou au style de conduite constituent bien des données personnelles lorsqu’elles sont susceptibles d’être rattachées à une personne physique.
• Le pack vise à sensibiliser les acteurs économiques du secteur automobile sur les principes d’autodétermination informationnelle, de transparence et de loyauté de la collecte, qui impliquent, a minima une information des personnes concernées, voire le recueil de leur consentement.
• Une approche de protection des données dès la conception (« privacy by design ») doit être privilégiée. Elle peut se traduire par la mise en place de tableaux de bord facilement paramétrables, de façon à garantir à l’utilisateur la maîtrise de ses données.
• La CNIL encourage les acteurs à privilégier le scénario IN => IN, qui implique le traitement des données en local, dans le véhicule, sans transmission vers le fournisseur de services. Il offre de bonnes garanties en matière de la vie privée pour les usagers et entraîne pour les responsables de traitement des obligations allégées sur le plan Informatique et Libertés.

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L’activation

La prise de décision aboutit ensuite à une action qui active ou désactive certaines commandes comme tourner à droite, freiner, accélérer, etc.

C'est une fonction logicielle qui décide de freiner ou de changer de cap sur une voiture, potentiellement à l'instar du conducteur. Évidement toutes ces fonctions ont pour seul objectif une sécurité augmentée. Sauf que les accidents sont toujours possibles même s'ils ont très sensiblement diminués, par exemple dans l'aviation.

Il n'en reste pas moins qu'en cas d'accident il faut établir les responsabilités.

Pour aller plus loin !

Class Code à l’Université de Nantes

COMMENT ÇA MARCHE ? De l’automobile à la voiture autonome

Un dossier multimédia sur la voiture autonome coréalisé entre CEA et L'Esprit Sorcier : L’automatisation des transports, la voiture autonome au banc d'essais, vers un nouveau code de la route ?

www.lespritsorcier.org/

Qu'est-ce qu'un système embarqué ?

L'académie de Toulouse propose une fiche téléchargeable.

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