Objets Communicants et Terminaux Mobilestrolen.polytech.unice.fr/cours/ocs/cours/Intro-OC.pdf · 2012-10-29 · Planning pédagogique 01/10/2010 S. Lavirotte - J.-Y. Tigli 5 Phases

Objets Communicants

et Terminaux Mobiles

Mail: [email protected]

Web: http://stephane.lavirotte.com/

Université de Nice – Sophia Antipolis

Intervenants dans ce Module

Responsable: – J.-Y. Tigli & Stéphane Lavirotte

Intervenants académiques: – Stéphane Lavirotte (MCF Université de Nice – Sophia Antipolis)

– Dino Lopez (MCF Université de Nice – Sophia Antipolis)

– Gaëtan Rey (MCF Université de Nice – Sophia Antipolis)

– Jean-Yves Tigli (MCF Université de Nice – Sophia Antipolis)

Intervenants industriels – Patrick Pollet (Ing. CSTB)

– Jean-Dominique Hoyami (Accenture)

Collaboration – Université de Reims pour la Conception des Objets (CAO)

– Frédéric Danesi (Ing. Chef Projet, Centre technique DINCCS)

01/10/2010 S. Lavirotte - J.-Y. Tigli 2

Objectifs de ce Module

Ce module a pour but de montrer – l’importance de la

conception d’un objet communicant

– dans la réalisation d’une chaine logicielle cohérente

– dans le secteur d’activité émergeant des nouveaux services associés aux objets communicants.

Il permettra aux étudiants d’acquérir les compétences pour mener à bien de tels projets

Exemple Business Model de Violet (Nabaztag)


Planning du Module (16 semaines)


Les Grands Concepts

Réalisation du Projet

Evaluation

Les Technologies pour la

Communication des Objets

Phases pédagogiques

Choix du Projet

Conception Forme/Fonction

Conception Technique

Projet

Réalisation Technique

Tests

Soutenance

Liste de projets soumis

Réception du Matériel

Choix par les Etudiants

Descriptif

Vidéo / Web

Livrables

Spécifications

Validation

Planning pédagogique


Phases pédagogiques

date

Titre Titre

Les grands concepts

05/10/2010 Introduction Objets Communicants Cours sur le WSI Reference Model et

introduction aux PANs

12/10/2010 SOAD et Web Services pour

Dispositifs : WS, UPnP et composition sous WComp

SOAD et Web Services pour Dispositifs : WS, UPnP et composition

sous WComp

19/10/2010 Introduction au Design d'Objets Introduction au Design d'Objets

26/10/2010 Conception d'Objets Conception d'Objets Communicants

Les technologies pour la communication des objets

02/11/2010 Conception d'Objets Communicants Conception d'Objets Communicants

09/11/2010 Design d'Objets Design d'Objets

16/11/2010 Bluetooth ZigBee, Xbee

23/11/2010

30/11/2010 Conception d'Objets Communicants Tagging: Code Barre, RFID, NFC

07/12/2010 Bluetooth Bluetooth

14/12/2010 Tagging: Code Barre, RFID, NFC Tagging: Code Barre, RFID, NFC

Réalisation de projet

04/01/2011 ZigBee, Xbee ZigBee, Xbee

11/01/2011 Prototypage Prototypage




08/02/2011

Planning de projet


Projet Livrables

Choix du projet Liste de projets soumis aux étudiants

Conception Forme / Fonction Les étudiants ont choisi leur projet

on explique aux étudiants ce que l'on va attendre d'eux à l'évaluation à mi-parcours

Conception technique

Les étudiants fournissent un descriptif

Evaluation à mi-parcours par J.-D. Hoyami

Les étudiants fournissent les specifs techniques projet poster pour Reims

Validation des encadreurs pour

procédure d'achat ACHATS

Réalisation technique

Réception du matériel acheté et objet physique retour ACHATS

Test

Soutenance Vidéo / Page web

05/10/2010

12/10/2010

19/10/2010

26/10/2010

02/11/2010

09/11/2010

16/11/2010

23/11/2010

30/11/2010

07/12/2010

14/12/2010

04/01/2011

11/01/2011

18/01/2011

25/01/2011

01/02/2011

08/02/2011


Contexte du Module

Introduction

Une évolution …

Nombre Taille

Mais pas seulement … 01/10/2010 8 S. Lavirotte - J.-Y. Tigli

… Des nouvelles IHM

01/10/2010 9 S. Lavirotte - J.-Y. Tigli

Evolution de l’Informatique

Depuis Von Neumann…

E/S

COM

CPU DATA

Energy Pervasion

Temps

1960

1970

1990 2000

Nanocomputers & Swarm Intelligence, John Wiley & Sons - ISTE, London, 2008, ISBN 9781847040022


De Nouveaux Objets et

Dispositifs Communicants Tag

Capteurs

Robots


De Nouvelles Technologies

de Communication Technologies de communication sans fil


Protocole Zigbee Bluetooth Wi-Fi

IEEE 802.15.4 802.15.1 802.11a/b/g/n/n-draft

Besoins mémoire 4-32 Kb 250 Kb + 1 Mb +

Autonomie avec pile Années Jours Heures

Nombre de nœuds 65 000+ 7 32

Vitesse de transfert 250 Kb/s 1 Mb/s 11-54-108-320 Mb/s

Portée 100 à 1600 m 10-100 m 300 m

Un marché en pleine croissance

Quelques chiffres de l’évolution du marché des

terminaux mobiles :

– Marché PC

Plafond à 100 millions d’utilisateurs

– Marché mondial PDA

20 millions d’utilisateurs en 2001 dans le monde

80 millions en 2008

– Marché mondiale téléphone mobile

20 Millions d’utilisateurs en 2000 en France (47,2 M en 2005)

1,7 Milliards en 2004, 2,6 Milliards en 2006 dans le monde (source:

Strategy Analytics 2005 et Telecom Paper 2006)

Conclusion: En tête votre téléphone portable !


Une vision d’entreprise

L’ère du Machine to Machine Du M2M

Vers l’Internet des Objets

Fondation Internet Nouvelle Génération :

http://www.fing.org/

« C’est la convergence de trois familles de technologies

: des objets intelligents reliés par des réseaux de

communication avec un centre informatique capable

de prendre des décisions. »


http://www.fing.org/

La Vision du Chercheur (1991)

« Ubiquituous Computing » Informatique

Pervasive, Ubiquitaire, Omniprésente, Evanescente, Ambiante …

« Silicon-based information technology, is far from having become part of the environment » – [Weiser 1991]


Une Vision qui devient Réalité…


http://www.engadget.com/

… et les Dispositifs de Demain


http://aurelien.cassotti.perso.esil.univmed.fr/dotclear/ http://julien.eyraud.perso.esil.univmed.fr/blog/

http://aurelien.cassotti.perso.esil.univmed.fr/dotclear/

http://julien.eyraud.perso.esil.univmed.fr/blog/

Vidéos: Le Monde de Demain ?


Un Monde Communicant

La Maison Communicante


Les Raisons de la Rupture

Les 4 raisons de Friedemann

Mattern ETH - Computer Science - Prof. Friedemann Mattern

Université de Zurich – Suisse

Department of Computer Science

Institute for Pervasive Computing

Swiss Federal Institute of Technology


4 raisons de

Friedemann Mattern 1. La loi de Moore (1965)

– Croissance de la performance des CMOS

– Densité de stockage du bit

– Loi de Moore généralisée

– Problème, l’énergie ne répond pas à la loi de Moore

– Le mur de la loi de Moore: limite de la croissance ?

2. Nouveaux Matériels – Polymère émetteur de lumière

– Papier intelligent, encre électronique

– Ordinateur porté

– Lunettes comme périphérique de sortie

3. Des capteurs plus performants

4. Progrès des Technologies de la Communication



Première Raison

Loi de Moore

La loi de Moore (1965)

La capacité de stockage et la vitesse des processeurs

double tous les 18 mois

– Moins cher, plus petit, plus rapide

Croissance exponentielle

– Ceci probablement encore pour quelques années au moins …


La croissance de la performance

des CMOS


La densité de stockage du bit


La loi de Moore généralisée

La plupart des paramètres technologiques doubles

tous les 1 à 3 ans

– Horloge des CPU

– Taille mémoires et disques

– Bandes passantes

Conséquences : miniaturisation


Problème : L’énergie

ne répond pas à la loi de Moore


L’énergie par fonction logique


Le « Mur de Moore »

Limite de la croissance ?


Exemple d’autres barrières

historiques



Deuxième Raison

Nouveaux Matériaux

Les nouveaux matériaux

Nouveaux matériaux : semiconducteurs, fibres …

– des perspectives pour les technologies de l’information et des

communications

Des semiconducteurs organiques

– Changent l’apparence des ordinateurs

Laser « plastic »

– Opto électronique, écrans flexibles, …

…


Exemple

Polymère émetteur de lumière Semiconducteurs organiques

Afficheurs plastiques

Affichage flexibles


Exemple

L’encre électronique

Encre électronique :

– Microcapsules,

blanches d’un côté et

noir de l’autre

– Orientables par

champs

électromagnétiques

Fort contraste, faible

énergie, flexible

Interactif : avec stylo

magnétique


Exemple

L’encre électronique


Exemple

Papier intelligent : Applications Carte interactive transportable « here you are »

Ecran flexible


Exemple

Papier intelligent : Applications La tablette iRex

Assistant personnel Cellular Book


« Textiles Communicants »

Interface utilisateur « Soft Fabric »


De Nouvelles Interfaces

Interface sur la peau Interface Virtuelle


Ordinateur emporté …


Portable aujourd’hui


Portable demain


Lunette comme périphérique de

sortie GeorgiaTech


Le concept d’emportable

Motorola MIThril project

(MIT Media Lab )

– http://wearables.www.media.mit.edu/


http://wearables.www.media.mit.edu/projects/wearables/

http://wearables.www.media.mit.edu/projects/wearables/mithril/


Troisième Raison

Capteurs Performants

Des capteurs plus performants

Caméras et microphones miniaturisés

Capteur d’emprunte digitale

Capteurs radio sans alimentation

Capteurs de localisation

– e.g. GPS …


Exemple

Radio-Capteurs Pas d’alimentation externe

– Energie issue de l’action

– Piezoelectrique et pyroelectrique change pression et

température en énergie

Antenne radio

Applications : appareils mobiles, surveillance de

température, contrôle à distance …



Quatrième Raison

Progrès des Technologies de la

Communication

Le Progrès des Technologies de la

Communication

Modèle multi-sphère du WWRF (World Wireless

Research Forum)

– De la Sphère de proximité à la Cyber-Sphère


Sphère 1 : Individuelle

PAN (Personal Area) BAN (Body Area)

Sphère 2 : Proximité

Environnement immédiat

Partenaires immédiats

Sphère 3 : Organisation

Accès Radio (Globale)

Sphère 4 : Globale

Interconnexion

Cyberworld

http://www.wireless-world-research.org/




1. Réseau Personnel

Individuelle Entité, Individu, Contact

Sphère Individuelle


Sphère

(Multisphère) Description Technologies filaires

Technologies

sans fil

réseaux « wearable»,

USB sans-racine / On-The-Go

Bluetooth, 802.15, Ultra

Wide Band, IEEE802.11,

HomeRF, Hiperlan, RFID, NFC …

2. Environnement Immédiat

Proximité

Collègue/bureau,

Famille/pièce,

Environnement

immédiat

Sphère de Proximité


Sphère


Technologies

sans fil

Ethernet (10-100Mb),

USB, IEEE1394, série,

parallèle, X-10, EoP,

PCI nouvelle génération, HomePNA

Bluetooth, IrDA, IEEE802.11,

HomeRF, Hiperlan, Ultra Wide Band, Wireless firewire

Sphère plus Lointaine

3. Communications longue portée


Sphère


Technologies

sans fil

Organisation

Étendu, communauté et

société, liens dédiés,

canaux réservés, accès

publics

Câble, xDSL, iSDN,

V90/92, Ethernet (10-

100Mb/1-10Gb), EoP,

(USB, IEEE1394) avec

répétiteur, ATM, WDMA, IEEE802.6

(802.11, HomeRF, HiperLan)

détournés , « HotSpots »,

MeshNetworks, Satellite

(mono ou bi-directionnel)

GSM, GPRS, 3G

Cyber World

4. Interconnexions et Communications Globales


Sphère


Technologies

sans fil

Globale Dorsale, ``Backbone'' WDMA, ATM Satellite


Bilan Technologique et Enjeux

Le Modèle de la cible

informatique change Von Neumann et les Dispositifs


Classe des systèmes Description

CPU des Unités de Traitement Matérielles-Logicielles

D des Dispositifs d’entrée-sortie

Catégorie de dispositif Utilisation

Dc communication entre CPUs constituant nos réseaux de

télécommunications

Di stockage de l’information

Du interaction avec l’utilisateur

De entrée-sortie vers l’environnement physique ou réel (appellation

commune)

Les Technologies de

Communications (Dc)


http://www.wireless-world-research.org/fileadmin/sites/default/files/publications/BoV/BoV2001v1.1B.pdf

WSI Reference Model Internet

Web Services

UPnP

PANs

RF Tags

Les Technologies Informatiques


WIFI / LAN /

GPRS / UMTS

INTERNET

WLAN WPAN

-Environnements de Développement (Hard / Soft)

-Protocoles de Communication

PC

Embarqués

Terminaux

Mobiles

Objets Passifs

Communicants

Objets Actifs

Communicants

Dispositifs

Communicants

Les Technologies Informatiques


GRID

INTERNET -

PCs

WLAN

Linux / Symbian

Java : J2SE / J2ME

Pas de Logiciel

Microcontroleur

PC embarqué -

Firmware

Windows CE/NT –

Compact .Net / .Net

-Environnements de Développement (Hard / Soft)

-Protocoles de Communication

WPAN


Des standards mis à mal …

Vers le spamming des Objets …

Les Enjeux Informatiques

Des standards mis à mal …

Evolution des environnements logiciels

Quid de connexions hétérogènes et dynamiques ?

PB: l’Adaptation Logicielle


Interface Standard Intergiciel Plateforme (s)

?

Vers le spamming des Objets …

PB: du tout Logiciel au tout Services …



La réalisation d’un Objet Communicant

dans ce module

Une démarche de Projet

« Réseau de

Capteurs »

COM

Box COM

Cible Mobile

COM

Objet Communicant Concentrateur / Consommateur

des Informations

Conso Elec.: Bas Débit: Faible Taille: Faible Coût: Bas

Conso Elec.: Elévé Débit: Elevé Taille: Elevé Coût: Moyen

Conso Elec.: Moyen Débit: Moyen Taille: Moyen Coût: Moyen

A.

B.

C.

Conso Elec.: Elévé Débit: Elevé Taille: Elevé Coût: Moyen

Conso Elec.: Très Elévé Débit: Elevé Taille: Très Elevé Coût: Très Elévé

Conso Elec.: Moyen Débit: Moyen Taille: Moyen Coût: Elevé

X.

Y.

Z.

Inclus une logique d’orchestration pour: - une application - un service de plus haut niveau

Box COM COM

PC COM COM

Téléphone Mobile

COM COM

Inclus des capteurs et actionneurs sur l’environnement physique

?


COM

COM COM COM

COM

PC COM

Mobile COM

Configurateur

Conso Elec.: Très Elévé Débit: Elevé Taille: Très Elevé Coût: Très Elévé

Conso Elec.: Moyen Débit: Moyen Taille: Moyen Coût: Elevé

Objets Communicants

Concentrateur / Consommateur des Informations


Une chaine « complète idéale »

« Réseau de

Capteurs »

COM Box COM COM PC COM

Capteurs et Actionneurs sur l’environnement

physique

Bridge entre différentes Technologies de Communication

et Orchestration des Services pour Dispositifs

Interface Utilisateur (configuration, visualisation, …)


Qu’est ce qu’un « Smart Object »

Les caractéristiques d’un « Smart Object »

– Un objet rendant au moins un service ou une fonctionnalité à

un utilisateur

– Intégrant potentiellement des sources extérieures

d’informations ou de données

– Interagissant avec des éléments de son environnement


Des Pistes de Réflexion

Quelles sont les contraintes ?

– Consommation électrique (=> autonomie)

– Débit des données communiquées

– Taille de la cible

– Coût de l’objet

De quelles informations ai-je besoin pour remplir les

fonctionnalités ?

– Adéquation type d’information / capteur

Est-ce que j’intègre un capteur dans l’objet ?

– Coût des capteurs (impact sur le coût de l’objet)

– Type de communications que l’on s’autorise ou pas

– Localité des capteurs

– Autonomie de l’objet



Proposition de thèmes de

sujets à décliner

Quelques Sujets

Proposition de Sujets

Sujet 1: Plante Communicante (Smart Plant)

– Doter des plantes vertes ou fleurs d'un système de capteurs

leur permettant selon leur profil de transmettre des infos sur

leur "état". En introduisant dans la chaîne de service un côté

émotionnel et la capacité de dialoguer avec l'utilisateur par des

canaux humains (SMS, email, text to speech), on tendrait vers

l'idée du Tamagotchi vivant et naturel...

Sujet 2: Jardin Communicant (Smart Garden)

– Doter son jardin d'un ensemble de capteurs permettant de

collecter des informations sur la luminosité, l'humidité, mais

aussi le coupler aux prévisions météorologiques. Le but est de

fournir des conseils sur l'arrosage, le bon moment pour planter,

faire les traitements et pulvérisations et plus généralement

tous les services permettant d'assurer une bonne production à

son jardin.



Sujet 3: Système écologique communicant (Smart Green System) – L'idée est de pouvoir récupérer automatiquement des

informations sur la "qualité de l'environnement" au travers des capteurs et qui pourraient être localisées et transmises en temps réel pour une cartographie sur le web. Thèmes :

pollution des ondes (capteurs électromagnétiques)

pollution sonore (capteurs audio)

pollution atmosphérique (capteurs CO2, ozone ...)

Sujet 4: Diffuseur Audio Communicant (Smart Audio) – L'idée est de faire un objet capable de restituer et d'interagir

avec de multiples sources sonores (diffusion en ligne à la deezer, source radio live, mp3 stockés sur le réseau interne, etc.). L’objet intègrera par exemple des capteurs de son et de luminosité ambiants pour moduler la diffusion.



Sujet 5: Horloge Communicante – Une horloge numérique capable de se mettre à l'heure toute

seule en fonction du fuseau horaire où l'on se trouve et qui permette tout une chaîne de services comme: la fonction réveil, l'alarme sur rendez-vous, etc. Cette horloge dans sa fonction réveil prendra en compte par exemple un capteur de pression sur le lit pour savoir si la personne se lève, de luminosité pour savoir si elle allume les lumières, etc.

Sujet 6: Bar ou Cave communicant (Smart Bar ou Smart Cellar) – Un objet qui permet d'assurer la gestion de la cave ou du bar:

des conditions de stockage et les stocks. Fonctionnalités possibles: suggestion de cocktails ou du vin en fonction des plats du menu, envoi d’information sur les conditions de stockage, etc. seront autant de services auxquels l'utilisateur pourra s'abonner.



Sujet 7: Assistant randonnée communicant (Smart Hiking) – Objet qui vous guidera lors de vos randonnées et qui vous

conseillera des trajets en fonction de votre forme, de votre rythme cardiaque (nécessité d'avoir des capteurs sur la physiologie de la personne), de la météo, etc. Il sera possible d'avoir accès à des informations touristiques ou sur la nature et l'écologie en fonction de votre position ainsi que des informations sur votre physiologie.

Sujet 8: Assise communicante (Smart Cushion) – Assise intégrant des capteurs de pression pour détecter la

présence d’une personne. Il sera alors nécessaire de penser à l’ensemble des services envisageables dans toute sorte de configuration (chaise dans une salle de cours, dans un restaurant, etc.).



Sujet 9: Lumière communicante (Smart Light)

– L’objet devra avoir pour vocation de fournir de la lumière dans

une pièce. Il rendra cette fonctionnalité en tenant compte de

l’environnement: capteur de luminosité, de mouvement, de

détection de fumée, de température, etc.

Sujet 10: Laissé à votre suggestion

– …


Exemple de Projets Etudiants

Un exemple: « Smart Plant, la coccinelle communicante »

Mais bien d’autres exemples:

– SmartTeddy

– SmartMailbox

– SmartGarbage

– SmartLight

– SmartFridge, …


Documents

Objets Communicants et Terminaux Mobilestrolen.polytech.unice.fr/cours/ocs/cours/Intro-OC.pdf · 2012-10-29 · Planning pédagogique 01/10/2010 S. Lavirotte - J.-Y. Tigli 5 Phases