et Terminaux Mobiles

(1)

Objets Communicants et Terminaux Mobiles

Mail: lavirott@unice.fr

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

Université de Nice – Sophia Antipolis

(2)

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

(3)

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

 Exemple Business Model

de Violet (Nabaztag)

(4)

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

(5)

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

18/01/2011 Prototypage Prototypage

(6)

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

(7)

Contexte du Module

Introduction

(8)

Une évolution …

Nombre Taille

Mais pas seulement …

(9)

… Des nouvelles IHM

(10)

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

(11)

De Nouveaux Objets et Dispositifs Communicants

 Tag

 Capteurs

 Robots

(12)

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

(13)

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 !

(14)

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. »

(15)

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]

(16)

Une Vision qui devient Réalité…

http://www.engadget.com/

(17)

… et les Dispositifs de Demain

(18)

Vidéos: Le Monde de Demain ?

Un Monde Communicant La Maison Communicante

(19)

Les Raisons de la Rupture

(20)

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

(21)

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

(22)

Première Raison

Loi de Moore

(23)

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 …

(24)

La croissance de la performance des CMOS

(25)

La densité de stockage du bit

(26)

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

(27)

Problème : L’énergie

ne répond pas à la loi de Moore

(28)

L’énergie par fonction logique

(29)

Le « Mur de Moore »

Limite de la croissance ?

(30)

Exemple d’autres barrières historiques

(31)

Deuxième Raison

Nouveaux Matériaux

(32)

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, …

 …

(33)

Exemple Polymère émetteur de lumière

 Semiconducteurs organiques

 Afficheurs plastiques

 Affichage flexibles

(34)

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

(35)

Exemple

L’encre électronique

(36)

Exemple Papier intelligent : Applications

 Carte interactive transportable « here you are »

 Ecran flexible

(37)

Exemple Papier intelligent : Applications

 La tablette iRex

 Assistant personnel Cellular Book

(38)

« Textiles Communicants »

 Interface utilisateur « Soft Fabric »

(39)

De Nouvelles Interfaces

 Interface sur la peau  Interface Virtuelle

(40)

Ordinateur emporté …

(41)

Portable aujourd’hui

(42)

Portable demain

(43)

Lunette comme périphérique de sortie

 GeorgiaTech

(44)

Le concept d’emportable

 Motorola  MIThril project (MIT Media Lab )

– http://wearables.www.media.mit.edu/

(45)

Troisième Raison

Capteurs Performants

(46)

Des capteurs plus performants

 Caméras et microphones miniaturisés

 Capteur d’emprunte digitale

 Capteurs radio sans alimentation

 Capteurs de localisation

– e.g. GPS …

(47)

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 …

(48)

Quatrième Raison

Progrès des Technologies de la

Communication

(49)

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)

(50)

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 …

(51)

2. Environnement Immédiat

Proximité

Collègue/bureau, Famille/pièce, Environnement immédiat

Sphère de Proximité

Sphère

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

(52)

Sphère plus Lointaine

3. Communications longue portée

Sphère

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

(53)

Cyber World

4. Interconnexions et Communications Globales

Sphère

sans fil

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

(54)

Bilan Technologique et Enjeux

(55)

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

D_c communication entre CPUs constituant nos réseaux de télécommunications

D_i stockage de l’information

D_u interaction avec l’utilisateur

D_e entrée-sortie vers l’environnement physique ou réel (appellation commune)

(56)

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

(57)

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

(58)

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

(59)

Des standards mis à mal … Vers le spamming des Objets …

Les Enjeux Informatiques

(60)

Des standards mis à mal …

 Evolution des environnements logiciels

 Quid de connexions hétérogènes et dynamiques ?

PB: l’Adaptation Logicielle

Interface Standard Intergiciel Plateforme (s)

?

(61)

Vers le spamming des Objets …

(62)

La réalisation d’un Objet Communicant dans ce module

Une démarche de Projet

(63)

« 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

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

X.

Y.

Z.

Box

COM COM

PC

COM COM

Téléphone Mobile

COM COM

?

(64)

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

(65)

Une chaine « complète idéale »

« Réseau de Capteurs »

COM ^COM Box ^COM ^COM PC

Capteurs et Actionneurs sur l’environnement

physique

Bridge entre différentes Technologies de Communication

et Orchestration des Services pour Dispositifs

Interface Utilisateur (configuration, visualisation, …)

(66)

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

(67)

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

(68)

Proposition de thèmes de sujets à décliner

Quelques Sujets

(69)

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

(70)

Proposition de Sujets

 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.

(71)

Proposition de Sujets

 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

(72)

Proposition de Sujets

 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.).

(73)

Proposition de Sujets

 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

– …

(74)

Exemple de Projets Etudiants

 Un exemple: « Smart Plant, la coccinelle communicante »

 Mais bien d’autres exemples:

– SmartTeddy – SmartMailbox – SmartGarbage – SmartLight

– SmartFridge, …