1Internet des objets
Conférences « objets connectés » (IOT)
Open Wide Ingénierie Paris, 9 octobre 2014
2Internet des objets
Programme de la conférence
● Introduction à l'IOT (P Ficheux)
● Technologies utilisées (N Aguirre)
● ...
3Internet des objets
Internet des objets (IOT), introduction
Pierre Ficheux (pierre.ficheux@openwide.fr)
Octobre 2014
4Internet des objets
15 milliards d'objets connectés, et
moi, émoi...
(Libération 2013)
5Internet des objets
Une définition de l'IOT
● Internet ne se prolonge habituellement pas au-delà du
monde virtuel
● Inter...
6Internet des objets
Topologie IOT (FreeRTOS)
● Un système embarqué intégré à un système
d'information étendu
● Convergenc...
7Internet des objets
Nouveau concept ?
● IOT n'est pas un nouveau concept au sens
technologique du terme mais n'est pas un...
8Internet des objets
Classification des objets
● Automobile
● Électroménager
● Appareils de mesure (santé, environnement, ...
9Internet des objets
Déjà en 1995
● En 1995, le chercheur français Christian HUITEMA (à
l'origine d'IPv6) évoque l'évoluti...
10Internet des objets
Évolution de l'accès actif → auto
● Actif → l'utilisateur client connecte sa machine au
réseau Inter...
11Internet des objets
Problèmes et verrous
● De nombreux produits concernent uniquement des
« geeks » → pas d'effet de mas...
12Internet des objets
Projection économique
● Entre 2010 et 2012, les objets connectés sont passés
de 4 milliards à 15 mil...
13Internet des objets
Moteur de recherche dédié
● SHODAN indexe les objets exposés sur le réseau
(routeur, caméra, ...)
14Internet des objets
Quelques exemples
● TBD, pèle mêle d'objets
15Internet des objets
Démonstration
● Exemple de FlashAir, carte SD « connectée »
16Internet des objets
Bibliographie
● http://www.internet-of-things-research.eu/about_iot.htm
● http://www.entreprises.gou...
17Internet des objets
Protocoles de communication pour l'IOT
Nicolas Aguirre (nicolas.aguirre@openwide.fr)
Octobre 2014
18Internet des objets
Modéle OSI
Le modèle OSI …
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data Link
Physical
Eth...
19Internet des objets
Les technologies pour l'IoT
Classiques :
Ethernet
Wifi
Bluetooth
Spécifiques :
Zwave
EnOcean
802.15....
20Internet des objets
Bluetooth
● Bluetooth 4 Low Energy ou BT Smart
Idem que BT mais consomme moins d'énergie
Même portée...
21Internet des objets
ZWave
Entiérement propriétaire
Appartient à Sigma Designs
Beaucoup d'équipements compatibles
grand p...
22Internet des objets
Zigbee
Propriétaire : Zigbee Alliance
Basé sur couche 802.15.4
Support dans le noyau linux ?
NON bie...
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Zigbee
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data Link
Physical
Ethernet
802.3
Wifi
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6LowPan
Normet IETF (RFC4944)
Basé sur le 802.15.4
Ipv6 pour les objets connectés
Compression des en...
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6LowPan
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data Link
Physical
Ethernet
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Wifi
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6LowPan Linux Kernel
Originellement linux-zigbee :)
Support de différents chips radio comme le MRF24...
27Internet des objets
Thread
Samsung, Arm et Nest (Google), le prochain standard ?
28Internet des objets
Protocoles Applicatifs
29Internet des objets
CoAP
(Co)nstrained (A)pplication (P)rotocol
HTTP sur UDP
Compression de http pour les protocoles con...
30Internet des objets
MQTT
(M)essage (Q)ueue (T)elemetry (T)ransport
1ére version par IBM en 1999
Architecture Publish/Sub...
31Internet des objets
Architecture Démo
32Internet des objets
Démo
Contiki sur Capteur de témpérature
Contiki en tant que Border Router
Communication sans fil 802...
33Internet des objets
http://sourceforge.net/projects/libcoap/
http://sourceforge.net/projects/linux-zigbee/
https://backp...
34Internet des objets
Systèmes d'exploitation pour l'IOT
Pierre Ficheux (pierre.ficheux@openwide.fr)
Octobre 2014
35Internet des objets
L'IOT, un réseau d'OS
● L'IOT associe « little data » et « big data »
● Les OS interviennent à plusi...
36Internet des objets
Contraintes des OS pour « objets »
● Principaux critères
– Empreinte mémoire
– Consommation
– Stabil...
37Internet des objets
Typologie des OS (rappel)
● GPOS (General Purpose OS)
– Multi processus / multi thread
– Multi utili...
38Internet des objets
Cas de l'IOT
● Un RTOS adapté respecte les critères
● Contrainte → ajouter les protocoles dédiés à l...
39Internet des objets
Quelques OS libres pour l'IOT
● RTOS adaptés
– FreeRTOS
– Lepton
– RTEMS
● OS dédiés
– TinyOS
– Cont...
40Internet des objets
Contiki
● Système d'exploitation développé par le Swedish
Institute of Computer Science (SICS, 2002)...
41Internet des objets
RIOT
● Démarré en 2008 et maintenu par l'INRIA
● Licence GNU LGPL (et non GPL)
● Peut fonctionner av...
42Internet des objets
RTEMS
● Real Time Executive for Missile/Military/Multiprocessor
Systems
● Exécutif TR avec API dédié...
43Internet des objets
Lepton
● « Système d'exploitation » temps-réel pour des cibles
embarquées aux ressources et puissanc...
44Internet des objets
GNU/Linux
● UNIX !
● Fonctionne uniquement sur 32 bits
● Fonctionnement sans MMU possible → µCLinux
...
45Internet des objets
Android
● Basé sur un noyau Linux modifié par Google pour
optimiser – entre autres - la consommation...
46Internet des objets
Hello Android wear !
47Internet des objets
Conclusions
● Le choix en OS dédié et (RT)OS adapté n'est pas
toujours simple
● Les OS dédiés utilis...
48Internet des objets
Bibliographie
● http://www.contiki-os.org/start.html
● http://contiki-os.blogspot.fr/2014/02/thingsq...
49Internet des objets
Plate-formes, matériel et IOT
Pierre Ficheux (pierre.ficheux@openwide.fr)
Octobre 2014
50Internet des objets
IOT et smartphone
● L'IOT est lié (doit faire avec) à l'explosion du
smartphone
– Plus de 50% dans l...
51Internet des objets
(R)Évolution du matériel
● Évolution du x86 vers ARM
● Création d'un marché autour des « hobbyistes ...
52Internet des objets
Versatile PB and sons !
€€€€ !
< 20 €
< 30 €
< 25 €
53Internet des objets
Cependant...
● Certaines plate-formes génériques permettent de créer
une « maquette » mais difficile...
54Internet des objets
WeIO
● WEIO est une plate-forme ARM basée sur OpenWrt →
distribution Linux utilisée sur les routeurs...
55Internet des objets
Carte WeIO
56Internet des objets
Architecture WeIO
GNU/Linux !
57Internet des objets
Optimisation du temps
58Internet des objets
IDE WeIO (HTML5 / Python)
59Internet des objets
Exemple de réalisation
60Internet des objets
Bibliographie
● http://www.acmesystems.it/aria
● http://www.buildinginternetofthings.com/
● http://w...
61IOT : consommation
Consommation énergétique
●Contexte/Définition
●Métriques
●Facteurs clés
●Cibles
62IOT : consommation
Contexte
● 2013 : 14 milliards* d'appareils connectés
● 2020 : 50 milliards*
● 2030 : 100 milliards*
...
63IOT : consommation
Définition
● Puissance instantanée
– P = U * I W : Joule/sec
● Puissance moyenne dissipée
– Pmoy = Pd...
64IOT : consommation
Gains de consommation estimés
● Algorithmique* : 10 à 100 fois
– Option de compilation, complexité, t...
65IOT : consommation
Consommation énergétique soft ?
● Optimisation en temps et en espace
=> énergie AUSSI de + en +
● En ...
66IOT : consommation
Facteurs clés
● Tâche complexe :
– Structures du code
– Architecture processeur
– Architecture carte ...
67IOT : consommation
Cibles
● Passerelle/Objets mobiles
– Androïd, OpenWRT, GNU/Linux, *BSD , ..
● Capteurs
– Lepton, Cont...
68IOT : consommation
Mobiles/Passerelle
● Passerelle
– Relais entre réseaux d'objets connectés et Internet
– Contraintes f...
69IOT : consommation
Passerelle,Mobiles : Outils
● PowerTop
● CPUfreq
● Oprofile
● Perf
70IOT : consommation
Passerelles/Mobiles : Optimisation
● Suppression du Read Ahead -Mechanism pour FLASH
[READH]
– Désact...
71IOT : consommation
Passerelles/Mobiles : Optimisation
● Dynamic Voltage and Frequency Scaling [DVFS]
– Ordonnanceur Powe...
72IOT : consommation
Objets connectés
● Capteurs, Actionneurs
● Contraintes énergétiques fortes
● Outils propriétaires :( ...
73IOT : consommation
Optimisations communes
● Suppression GPIO flottantes
● Désactivation horloges des périphériques non u...
74IOT : consommation
Initiatives libres
● MAchine Guided Energy Efficient Compilation [MAGEEC]
– Application de multiples ...
75IOT : consommation
Bibliographie
[IEA] :
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Les technologies Open Source pour les objets connectés

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Des téléphones aux vêtements, en passant par des capteurs industriels, les objets connectés envahissent notre quotidien, mobilisent des nombreux industriels et génèrent de nouveaux enjeux techniques. Cette conférence a réuni un panel de professionnels sur Paris et Toulouse qui ont pu découvrir différentes solutions Open Source pour les objets connectés et entendre des témoignages d'industriels. Nous vous invitons à télécharger les présentations de cette conférence.

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Les technologies Open Source pour les objets connectés

  1. 1. 1Internet des objets Conférences « objets connectés » (IOT) Open Wide Ingénierie Paris, 9 octobre 2014
  2. 2. 2Internet des objets Programme de la conférence ● Introduction à l'IOT (P Ficheux) ● Technologies utilisées (N Aguirre) ● Systèmes d'exploitation pour l'IOT (P Ficheux / JJ Pitrolle) ● Plate-formes matérielles (P Ficheux) ● Consommation (JJ Pitrolle) ● Neopixl (F Dewasmes) ● National Instruments (A Goude) ● Nodesign.net (U Petrevski) ● Hitronetic (H Gory)
  3. 3. 3Internet des objets Internet des objets (IOT), introduction Pierre Ficheux (pierre.ficheux@openwide.fr) Octobre 2014
  4. 4. 4Internet des objets 15 milliards d'objets connectés, et moi, émoi... (Libération 2013)
  5. 5. 5Internet des objets Une définition de l'IOT ● Internet ne se prolonge habituellement pas au-delà du monde virtuel ● Internet fonctionne dans un mode actif « je me connecte à Internet » → je change de monde ● IOT (Internet Of Things) – Extension d'Internet à des objets et à des lieux du monde physique → web 3.0 – Échanges d'informations et de données provenant de dispositifs présents dans le monde réel vers/depuis le réseau Internet « Cyber-physical systems (CPS) enable the physical world to merge with the virtual leading to an Internet of things, data, and services. »
  6. 6. 6Internet des objets Topologie IOT (FreeRTOS) ● Un système embarqué intégré à un système d'information étendu ● Convergence « little data » / « big data »  Embedded system :-) IHM « déportée » système d'information
  7. 7. 7Internet des objets Nouveau concept ? ● IOT n'est pas un nouveau concept au sens technologique du terme mais n'est pas uniquement un « buzz » marketing ● Utilise des technologies éprouvées (IP, RTOS, …) mais adaptées aux objets matériels connectés (taille, consommation, …) ● Conséquence de la généralisation des systèmes embarqués + l'omniprésence de la technologie et de la communication auprès du grand public ● Utilise/nécessite les technologies d'intégration actuelle des réseaux (IPv6, « cloud », ...) ● Au niveau industriel, évolution du M2M (machine to machine) vers des protocoles standards → unification des réseaux
  8. 8. 8Internet des objets Classification des objets ● Automobile ● Électroménager ● Appareils de mesure (santé, environnement, ...) ● Composants élémentaires (ampoule) ● Montre, lunettes, vêtement ● Industrie (automates PLC) ● Certains sont connectés depuis longtemps, la nouveauté est l'autonomie et l'intégration ● La santé est le 1er véritable marché « grand public » – Économies – Disponibilité du personnel
  9. 9. 9Internet des objets Déjà en 1995 ● En 1995, le chercheur français Christian HUITEMA (à l'origine d'IPv6) évoque l'évolution vers l'IOT « Il y a déjà des microprocesseurs, en fait de tout petits ordinateurs dans bien d’autres endroits [...]. D’ici quelques années, le développement et les progrès de l’électronique aidant, ces microprocesseurs deviendront sans doute de vrais ordinateurs élaborés et il sera tout à fait raisonnable de les connecter à Internet. »
  10. 10. 10Internet des objets Évolution de l'accès actif → auto ● Actif → l'utilisateur client connecte sa machine au réseau Internet et accède à un serveur – PPP (modem), TELNET (telnet), FTP (ftp) → 70's 80's – HTTP (Lynx, Mosaic) → 90's ● Semi auto → smartphone (utilisateur moins averti) – Intègre et « simplifie » les protocoles précédents + DHCP, Wi-Fi, ... – Publie des informations automatiquement (position) → IOT ● Auto → IOT – Autonomie de l'objet, fonction(s) dédiée(s) – « zeroconf » – L'intelligence du réseau compense la moindre intelligence (et puissance CPU) de l'objet
  11. 11. 11Internet des objets Problèmes et verrous ● De nombreux produits concernent uniquement des « geeks » → pas d'effet de masse, pas de marché ● On reste dans le « gadget » → Nabaztag (2005) ● Spectre de la « domotique » → nouvelle chance ? ● Contexte économique difficile pour le grand public → $1500 pour les premières Google glass ● Sur les objets portés, problème de l'uniformité et du design → alliance Google / Ray-Ban ● Problème légal et sécurité des données L’article 34 de la loi informatique et libertés oblige l’organisme responsable du traitement des données à en préserver la sécurité. «L’utilisateur doit pouvoir contrôler si les puces communiquent ou pas, et avec qui»
  12. 12. 12Internet des objets Projection économique ● Entre 2010 et 2012, les objets connectés sont passés de 4 milliards à 15 milliards selon Idate → 2 fois plus que la population mondiale ! ● En 2020, ces objets électroniques seront : – 30 milliards selon Gartner – 80 milliards d’après Idate ● L' Europe à la recherche de nouveaux marchés ! ● L' Europe a « peu » profité du marché de l'Internet/Telecom malgré les innovations techniques ● Soutien de l'état → plan « objets connectés » « On a raté les smartphones, on a raté les tablettes, j’espère qu’on ne ratera pas l’Internet des objets » (Anne Lauvergeon) ● Il reste à trouver un modèle économique...ou se faire acheter par Google (nest)
  13. 13. 13Internet des objets Moteur de recherche dédié ● SHODAN indexe les objets exposés sur le réseau (routeur, caméra, ...)
  14. 14. 14Internet des objets Quelques exemples ● TBD, pèle mêle d'objets
  15. 15. 15Internet des objets Démonstration ● Exemple de FlashAir, carte SD « connectée »
  16. 16. 16Internet des objets Bibliographie ● http://www.internet-of-things-research.eu/about_iot.htm ● http://www.entreprises.gouv.fr/politique-et-enjeux/nouvelle-france-industrielle/objets-connectes ● http://www.liberation.fr/economie/2013/11/03/15-milliards-d-objets-connectes-et-moi-emoi_944254 ● http://www.shodanhq.com ● http://www.idate.org ● http://www.frandroid.com/actualites-generales/209531_5-choses-devez-savoir-les-google-glass ● http://www.stuffi.fr/categorie/domotique ● http://www.edevice.com/products/healthgo-plus ● http://www.huffingtonpost.fr/2014/03/25/google-glass-ray-ban-lunettes-connectees_n_5025752.html ● http://www.shodanhq.com ● https://github.com/OWF/Slides-2013/tree/master/CODE/internet-of-things ● https://sen.se/store/mother ● http://article.wn.com/view/2014/01/30/Techtopia_Mother_20_Here_Comes_the_Internet_of_Things/ ● http://www.toshiba-components.com/FlashAir ● « Et Dieu créa l'Internet » par Christian HUITEMA (Eyrolles, 1995)
  17. 17. 17Internet des objets Protocoles de communication pour l'IOT Nicolas Aguirre (nicolas.aguirre@openwide.fr) Octobre 2014
  18. 18. 18Internet des objets Modéle OSI Le modèle OSI … Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Ethernet 802.3 Wifi 802.11 UDP TCP IP IPv4 IPv6 HTTP FTP ...
  19. 19. 19Internet des objets Les technologies pour l'IoT Classiques : Ethernet Wifi Bluetooth Spécifiques : Zwave EnOcean 802.15.4 Zigbee 6LowPan Thread NFC
  20. 20. 20Internet des objets Bluetooth ● Bluetooth 4 Low Energy ou BT Smart Idem que BT mais consomme moins d'énergie Même portée, même débit Support de profils très spécifiques ● HTP — medical temperature measurement devices. ● GLP — blood glucose monitors. ● BLP — blood pressure measurement. ● HRP — for devices which measure heart rate. ● CSCP — for sensors attached to a bicycle or exercise bike to measure cadence and wheel speed. ● RSCP — running speed and cadence profile. ● CPP — cycling power profile. ● LNP — location and navigation profile. Supporté dans Linux via Bluez5 (kernel + userspace)
  21. 21. 21Internet des objets ZWave Entiérement propriétaire Appartient à Sigma Designs Beaucoup d'équipements compatibles grand public Principalement utilisé pour la domotique Bande des 900Mhz Faible consommation Mesure et contrôle à distance Support du Mesh Projet open source : OpenZwave Supporté par les box domotique
  22. 22. 22Internet des objets Zigbee Propriétaire : Zigbee Alliance Basé sur couche 802.15.4 Support dans le noyau linux ? NON bien que linux-zigbee existe Linux supporte les couches 802.15.4 Beaucoup de chips compatibles Chip radio seuls Microcontrolleur + Radio Cout de la licence dans les chips Basse consommation Bande des 2,4GHz
  23. 23. 23Internet des objets Zigbee Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Ethernet 802.3 Wifi 802.11 UDP TCP IP IPv4 IPv6 HTTP FTP ... 802.15.4 ZIGBEE
  24. 24. 24Internet des objets 6LowPan Normet IETF (RFC4944) Basé sur le 802.15.4 Ipv6 pour les objets connectés Compression des entêtes ipv6 Routage mesh Trames courtes (128 octets) Supporté par Linux, Contiki, RIOT, FreeRTOS Une Adresse IPV6 pour chaque nœud Routage de type Mesh possible RPL : Routing Protocol for Low power and Lossy Networks : IETF/RFC
  25. 25. 25Internet des objets 6LowPan Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Ethernet 802.3 Wifi 802.11 UDP TCP IP IPv4 IPv6 6LowPan HTTP FTP ... 802.15.4
  26. 26. 26Internet des objets 6LowPan Linux Kernel Originellement linux-zigbee :) Support de différents chips radio comme le MRF24j40 Support en Upstream et via backports (compat- wireless/compat-drivers) Support des couches 802.15.4 Support du 6LowPan Implémentation RPL en userspace Amélioration du support depuis le noyau 3.6
  27. 27. 27Internet des objets Thread Samsung, Arm et Nest (Google), le prochain standard ?
  28. 28. 28Internet des objets Protocoles Applicatifs
  29. 29. 29Internet des objets CoAP (Co)nstrained (A)pplication (P)rotocol HTTP sur UDP Compression de http pour les protocoles contraints Idéal pour consulter des ressources L'object est serveur Le client consulte les informations Implémentation opensource : libcoap (c) Californium (cf fondation eclipse => java)
  30. 30. 30Internet des objets MQTT (M)essage (Q)ueue (T)elemetry (T)ransport 1ére version par IBM en 1999 Architecture Publish/Subscribe Broker au milieu MQTT-SN : version MQTT over UDP Piloté par la fondation Eclipse Implémentation opensource : Mosquitto
  31. 31. 31Internet des objets Architecture Démo
  32. 32. 32Internet des objets Démo Contiki sur Capteur de témpérature Contiki en tant que Border Router Communication sans fil 802.15.4/6LowPan Linux en tant que passerelle Broker Mqtt sur linux Emoncms sur un server Push et log des données sur le serveur distant Affichage des courbes et des données sur une application HTML5
  33. 33. 33Internet des objets http://sourceforge.net/projects/libcoap/ http://sourceforge.net/projects/linux-zigbee/ https://backports.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page http://www.z-wave.com/ http://www.zigbee.org/ https://datatracker.ietf.org/wg/6lowpan/documents/ http://mqtt.org/ http://mosquitto.org/ http://www.eclipse.org/paho/ http://www.threadgroup.org
  34. 34. 34Internet des objets Systèmes d'exploitation pour l'IOT Pierre Ficheux (pierre.ficheux@openwide.fr) Octobre 2014
  35. 35. 35Internet des objets L'IOT, un réseau d'OS ● L'IOT associe « little data » et « big data » ● Les OS interviennent à plusieurs niveaux – Serveurs → UNIX/Linux, Windows ? – Terminaux (IHM déportée) → Android, iOS, Linux, Windows – Objets connectés (?) ● La nécessité de l'OS dépend de la complexité de l'objet ● La fonction de communication (réseau) nécessite le plus souvent un OS ● Le lien entre les OS est la standardisation des protocoles et des formats de données
  36. 36. 36Internet des objets Contraintes des OS pour « objets » ● Principaux critères – Empreinte mémoire – Consommation – Stabilité – Prise en compte du temps réel – Coût ! (des milliards d'objets...) ● Mais également – Évolutivité – Portabilité – API standards (POSIX, Web) → maintenabilité, personnel ● Ces critères correspondent à des « RTOS open source » :-)
  37. 37. 37Internet des objets Typologie des OS (rappel) ● GPOS (General Purpose OS) – Multi processus / multi thread – Multi utilisateur – Forte empreinte mémoire – En général pas TR – Bonnes capacités réseau → UNIX, Linux, Windows, … ● RTOS (Real Time OS) – Faible empreinte mémoire – Mono processus / Multi thread – Exécutif ou véritable OS ? – Capacité réseau parfois limitées → VxWorks, VRTX, QNX, RTEMS, FreeRTOS, ...
  38. 38. 38Internet des objets Cas de l'IOT ● Un RTOS adapté respecte les critères ● Contrainte → ajouter les protocoles dédiés à l'IOT (6LoWPAN) ● Le choix du logiciel libre favorise l'adoption d'OS comme « service » → focalisation sur la valeur ajoutée de l'objet ● Le logiciel libre évite le coût récurrent de la licence (15 milliards d'€...) ● Développement d'OS dédiés mais ils sont proches des RTOS → exécutif temps réel = 1 noyau + 1 application multi thread ● Certains objets complexes (avec IHM) peuvent utiliser des GPOS comme Android (wear ?) ou Linux / µCLinux
  39. 39. 39Internet des objets Quelques OS libres pour l'IOT ● RTOS adaptés – FreeRTOS – Lepton – RTEMS ● OS dédiés – TinyOS – Contiki – RIOT → souvent assez éloignés des standards (C/POSIX) ● GPOS (adaptés) – GNU/Linux – Android (wear) → pas totalement open source !
  40. 40. 40Internet des objets Contiki ● Système d'exploitation développé par le Swedish Institute of Computer Science (SICS, 2002) – Open source, licence BSD – Ultra léger – Flexible – Plate-forme d'émulation et de simulation → Cooja ● Couche réseau uIP et uIPv6 ● Optimisé pour la consommation ● Chargement dynamique de modules ● Bien adapté aux capteurs (quelque dizaines de Ko) → à partir des 8 bits (démo sur 8051, datant de 1980) ● Bonne documentation et nombreux exemples ● API de programmation « spécifique » (et quelques mots clé C interdits?)
  41. 41. 41Internet des objets RIOT ● Démarré en 2008 et maintenu par l'INRIA ● Licence GNU LGPL (et non GPL) ● Peut fonctionner avec 1,5 Ko de RAM ! ● Temps réel ● Multi-threading complet ● Support C/C++ « standard » très proche de la programmation classique → réponse aux limitations de Contiki ● Réseau 6LoWPAN ● CPU 16 et 32 bits ● Présenté par ses concepteurs comme le « Linux de l'IOT »
  42. 42. 42Internet des objets RTEMS ● Real Time Executive for Missile/Military/Multiprocessor Systems ● Exécutif TR avec API dédiée ou POSIX ● Utilisé dans le militaire puis le spatial (ESA, NASA, EADS Astrium, ...) ● Communauté réduite mais active ● GPL modifiée assez contraignante ● Non prévu au départ pour le réseau → portage couche réseau BSD ● Approche minimaliste pour des environnement contraints ● Maintenu par la société OAR Corp. (USA)
  43. 43. 43Internet des objets Lepton ● « Système d'exploitation » temps-réel pour des cibles embarquées aux ressources et puissances limitées ● Ajout d'un couche POSIX à un noyau temps réel libre ou propriétaire → portabilité, code standard ! ● Licence MPL (entre BSD et GPL...) ● Cibles visées 16 ou 32 bits→ Micro-contrôleurs Cortex M4/M3/M0/M0+, ARM9, MIPS… ● 3 axes de développements: – Ressources matérielles limitées/basse, consommation – Réutilisation – Environnement de développement / mise au point ● Disponible sur eCos, Segger embOS, FreeRTOS ● Développé par (Odyssée)
  44. 44. 44Internet des objets GNU/Linux ● UNIX ! ● Fonctionne uniquement sur 32 bits ● Fonctionnement sans MMU possible → µCLinux ● Très large communauté ● Extensions temps réel disponibles ● Empreinte mémoire importante → plusieurs Mo ● Licence GPL (pour le noyau) ● Pas d'optimisation de la consommation d'énergie ● Toutes les API possibles sont disponibles ! ● Réservé aux objets complexes ● Excellent connectivité réseau
  45. 45. 45Internet des objets Android ● Basé sur un noyau Linux modifié par Google pour optimiser – entre autres - la consommation ● Équipe plus d'un milliard de téléphone ● Démarrage plus timide pour les autres « devices » ● Partiellement open source, contrôlé par Google → développement non communautaire ● Empreinte mémoire importante, largement supérieure à celle de GNU/Linux (plusieurs centaines de Mo) → IHM « obligatoire » ● Développement en Java, pas vraiment en POSIX ● Existe déjà sur certains objets (montres, …) ● Version spécifique « wear » pour les objets plus légers (montres, lunettes) ● L'OS et le SDK restent lourds...
  46. 46. 46Internet des objets Hello Android wear !
  47. 47. 47Internet des objets Conclusions ● Le choix en OS dédié et (RT)OS adapté n'est pas toujours simple ● Les OS dédiés utilisent souvent des API et des outils non standards → intérêt de Lepton ● Les OS classiques (Linux, Android) ont une empreinte mémoire importante ● Le panel d'objets est important (de l'automobile au capteur...) et il n'y a pas UN système utilisable ● L'important est la compatibilité des protocoles ● L'utilisation d'un OS libre est fortement conseillée ! ● L'offre OS libre semble être majoritaire ?
  48. 48. 48Internet des objets Bibliographie ● http://www.contiki-os.org/start.html ● http://contiki-os.blogspot.fr/2014/02/thingsquares-contiki-iot-workshop.html ● http://www.inria.fr/centre/saclay/actualites/riot-un-os-open-source-pour-l-internet-des-objets ● http://www.riot-os.org ● http://www.riot-os.org/docs/riot-infocom2013-abstract.pdf ● http://ecos.sourceware.org/ ● http://o10ee.com/lepton ● https://source.android.com ● http://www.android.com/wear
  49. 49. 49Internet des objets Plate-formes, matériel et IOT Pierre Ficheux (pierre.ficheux@openwide.fr) Octobre 2014
  50. 50. 50Internet des objets IOT et smartphone ● L'IOT est lié (doit faire avec) à l'explosion du smartphone – Plus de 50% dans les pays industrialisés – Globalement 2 milliards de smartphones en 2015 ● A ce jour le marché naissant de l'IOT est lié à celui du smartphone et dérivés (tablettes, liseuses, …) ● Le smartphone est l'interface privilégiée de l'objet connecté ● Utilisation de « micro contrôleur » sur l'objet et CPU puissant sur le smartphone (dual core, quad core) → Apple A8 / ARM 64 bits / 20 nm ● L'objet lui même est lié à la disponibilité de matériel et logiciel « bon marché » → effet de masse
  51. 51. 51Internet des objets (R)Évolution du matériel ● Évolution du x86 vers ARM ● Création d'un marché autour des « hobbyistes » en électronique – Arduino, Raspberry Pi & friends – Adafruit, Snootlab & friends ● Les professionnels utilisent parfois ces plate-formes ou du moins profitent de la baisse des coûts ● Développement et conception simplifiés – généralisation de l' open hardware (partiel mais pragmatique) – utilisation de modules CPU – nouveaux langages (HTML5, Python) ● Nouveaux canaux de distribution et plate-formes de financement (kickstarter.com)
  52. 52. 52Internet des objets Versatile PB and sons ! €€€€ ! < 20 € < 30 € < 25 €
  53. 53. 53Internet des objets Cependant... ● Certaines plate-formes génériques permettent de créer une « maquette » mais difficilement la version définitive → on reste dans le mode « hobby » ! ● La connectivité nécessaire n'est pas toujours disponible – Wi-Fi – BT – Capteurs divers ● Un créateur d'objet n'est PAS un développeur logiciel et encore moins un intégrateur système → « fusion » art / design / technologie ● Un objet connecté devrait/doit être aussi simple à « programmer » qu'un site web ! ● Quelques plates-forme dédiées sont (bientôt) disponibles → WeIO
  54. 54. 54Internet des objets WeIO ● WEIO est une plate-forme ARM basée sur OpenWrt → distribution Linux utilisée sur les routeurs ● Open source + open hardware ● Fournit un IDE pour développer en HTML5 ou Python ● Extraits de la présentation : « Today we have miniature and cheap computer coming from UK. Raspberry Pi is great real computer but... Today we have one user friendly tool that comes from Italy. ARDUINO is great to learn basics but... We need versatile and friendly platform that can be easily connected with Web services or offer new ones. Connecting objects must be as easy as « hello world » NéoObjects need dedicated interfaces and hardware. Computers are too generalist platform for them. Also, they need wireless connectivity. »
  55. 55. 55Internet des objets Carte WeIO
  56. 56. 56Internet des objets Architecture WeIO GNU/Linux !
  57. 57. 57Internet des objets Optimisation du temps
  58. 58. 58Internet des objets IDE WeIO (HTML5 / Python)
  59. 59. 59Internet des objets Exemple de réalisation
  60. 60. 60Internet des objets Bibliographie ● http://www.acmesystems.it/aria ● http://www.buildinginternetofthings.com/ ● http://www.raspberrypi.org/tag/internet-of-things/ ● http://www.toshiba-components.com/FlashAir/ ● http://www.cbnews.fr/etudes/2-milliards-de-possesseurs-de-smartphones-en-2015-a1013350 ● http://www.we-io.net/ ● https://www.indiegogo.com/projects/weio-platform-for-web-of-things ● http://www.nodesign.net/portfolio/waelice ● http://www.nodesign.net/portfolio/wasnake ● http://www.labaleine.org/yann-guidon.htm ● http://www.arborescence.org/article445.html ● http://snootlab.fr
  61. 61. 61IOT : consommation Consommation énergétique ●Contexte/Définition ●Métriques ●Facteurs clés ●Cibles
  62. 62. 62IOT : consommation Contexte ● 2013 : 14 milliards* d'appareils connectés ● 2020 : 50 milliards* ● 2030 : 100 milliards* ● De + en + appareils connectés MAIS de l'énergie de + en + chère ● Implication de tous les acteurs nécessaires * : [IEA]
  63. 63. 63IOT : consommation Définition ● Puissance instantanée – P = U * I W : Joule/sec ● Puissance moyenne dissipée – Pmoy = Pd + Pcc + Pf Pcc et Pf négligables dans notre cas => Pmoy = A . C . Vdd^2 . F [SENTI] ● A : nombre moyen de transition/cycle => f(complexité) ● C : capacité circuit ● Vdd : alimentation ● F : fréquence de fonctionnement
  64. 64. 64IOT : consommation Gains de consommation estimés ● Algorithmique* : 10 à 100 fois – Option de compilation, complexité, taille des structures ● Architecture* : 10 à 90 % – Parallélisme, pipeline, unité dédiée, .. ● Circuit* : 10 à 20 % – Routage * : [SENTI]
  65. 65. 65IOT : consommation Consommation énergétique soft ? ● Optimisation en temps et en espace => énergie AUSSI de + en + ● En général, énergie consommée liée au temps d'exécution ● Métriques : – Nombre de cycles par instructions – Temps d'exécution des cycles proportionnel à la fréquence de fonctionnement – Puissance (instantanée/moyenne) en unité de cycles.
  66. 66. 66IOT : consommation Facteurs clés ● Tâche complexe : – Structures du code – Architecture processeur – Architecture carte finale
  67. 67. 67IOT : consommation Cibles ● Passerelle/Objets mobiles – Androïd, OpenWRT, GNU/Linux, *BSD , .. ● Capteurs – Lepton, Contiki, freeRTOS, RTEMS, ..
  68. 68. 68IOT : consommation Mobiles/Passerelle ● Passerelle – Relais entre réseaux d'objets connectés et Internet – Contraintes faibles => Moins consommer c'est Mieux ● Mobiles – Configuration, Visualisation de résultats fournis par objets connectés – Contraintes énergétiques > à celle de passerelles (batteries)
  69. 69. 69IOT : consommation Passerelle,Mobiles : Outils ● PowerTop ● CPUfreq ● Oprofile ● Perf
  70. 70. 70IOT : consommation Passerelles/Mobiles : Optimisation ● Suppression du Read Ahead -Mechanism pour FLASH [READH] – Désactivation du prefetch opéré par VFS (mise en cache data en fonction accès) – Utilisation de systèmes de fichiers adaptés, gain : ● JFFS2 (40 %) ● YAFFS (25 %) => Gain en terme de consommation énergétique : moins de code exécuté
  71. 71. 71IOT : consommation Passerelles/Mobiles : Optimisation ● Dynamic Voltage and Frequency Scaling [DVFS] – Ordonnanceur Power-Aware – Configuration des tâches en fonction de fréquence/voltage disponibles (création d'un modèle) – Adaptation de la fréquence de fonctionnement en fonction des temps mort disponibles
  72. 72. 72IOT : consommation Objets connectés ● Capteurs, Actionneurs ● Contraintes énergétiques fortes ● Outils propriétaires :( => Power-debugging – IAR [IAR] ● Module complémentaire à sonde JTAG – Energy micro [EM32] ● Disponible uniquement sur KIT d' EVAL
  73. 73. 73IOT : consommation Optimisations communes ● Suppression GPIO flottantes ● Désactivation horloges des périphériques non utilisées (clock gating) ● Utilisation des modes low-power (sleep, deep-sleep, hibernate) ● Options de compilation [COMP_OPTS]
  74. 74. 74IOT : consommation Initiatives libres ● MAchine Guided Energy Efficient Compilation [MAGEEC] – Application de multiples options de compilation – Exécution code + mesure de consommation ● Carte de mesure disponible [MAG_HARD] – Stockage des données énergétiques dans une base de données – Prise de décision par algorithme évolutionniste i.e. Machine learning
  75. 75. 75IOT : consommation Bibliographie [IEA] : http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/MoreData_LessEnergy.pdf [READH] : Revisiting Read ahead Efficiency for Raw NAND Flash Storage in Embedded Linux, Univ. Europeenne de Bretagne, Pierre Olivier, Jalil Boukhobza, Eric Senn [DVFS] : Low-Power Scheduling with DVFS for common RTOS on Multicore Platforms, THALES Communications & Security, Shuai Li, Florian Broekaert [COMP_OPTS] : http://arxiv.org/pdf/1303.6485v2.pdf [MAGEEC] : http://mageec.org/w/images/c/c5/Tsb-eec-mageec-18-jul-13.pdf [MAG_HARD] : http://mageec.org/wiki/Power_Measurement_Board [IAR] : http://files.iccmedia.com/2013/arm-conference/pdf/ARM-Con-1A-08-IAR.pdf [EM32] : http://www.mouser.com/pdfdocs/low-power-energy-micro-energy-debugging.pdf [SENTI] : http://r2d2.enssat.fr/bindocs/publications/SEN_CI_97_2.pdf

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