Apprenez l’architecture de l’internet des objets (IoT) en 5 minutes ou moins [ Use Cases]

Apprenez l’architecture de l’internet des objets (IdO) pour mettre en place une structure IdO à usage professionnel.

À l’avenir, les entrepôts, les chaînes d’approvisionnement, les usines de fabrication et les plateformes logistiques seront compatibles avec l’IdO. La technologie étant complexe, seuls quelques géants de l’informatique savent ce qui se cache sous le capot. Cependant, vous pouvez également la décoder en apprenant à la connaître de l’intérieur.

Poursuivez votre lecture si vous souhaitez vous aussi rendre votre entreprise plus intelligente ou proposer des solutions IdO en tant que service. L’article explique l’architecture de l’IdO, le noyau qui offre l’automatisation et la commodité, et quelques cas d’utilisation populaires.

Introduction

L’IdO comprend des capteurs, des dispositifs et des interfaces électroniques qui collectent, traitent et envoient des données sous forme de commandes aux machines finales.

Ce sont toutes les variables ou pièces mobiles d’un système IdO. L’architecture de l’IdO est un cadre qui définit la manière d’ordonner ces pièces mobiles et de créer la structure finale de l’IdO.

L’architecture IoT vous indique comment connecter et faire fonctionner les appareils, le logiciel en nuage et le réseau de capteurs du système IoT. Sans oublier que le dépannage du système s’effectue également dans le cadre de l’architecture de l’IdO.

Un cadre de base pour cela serait trois couches de composants dans un système IdO. Il s’agit des couches suivantes :

• Capteurs, actionneurs, appareils, etc., sous la couche de perception
• LAN, Wi-Fi, 5G, 4G, etc. créent la couche réseau
• Une interface utilisateur graphique constitue la couche d’application

L’architecture de l’IdO vous permet de connaître tous les composants, les flux de données et les commandes des appareils finaux au sein du système. Vous pouvez ainsi sécuriser, prendre en charge et contrôler efficacement vos systèmes IdO.

Couches de l’architecture de l’IdO

L’architecture d’un système IdO comporte plusieurs couches qui fonctionnent comme des supports numériques par lesquels les données des capteurs atteignent l’application en nuage. Ensuite, l’application en nuage prend des décisions basées sur un flux de travail prédéfini pour les dispositifs finaux, tels que les bras robotiques dans une usine de fabrication.

Enfin, ces décisions sont transmises aux dispositifs finaux par le biais de la même couche. La compréhension de ces couches vous permet de créer une architecture IdO réussie. Voici les couches de l’architecture IdO que vous devez connaître :

La couche sensorielle/de perception

La couche de perception se compose des dispositifs d’extrémité qui collectent les données de l’univers physique. Les applications numériques peuvent ensuite analyser les données collectées.

Comme cette couche reste en contact avec les objets du monde réel, les experts de l’IdO l’appellent aussi la couche physique. Vous trouverez ci-dessous quelques dispositifs remarquables qui se connectent à la couche de perception :

• Capteurs tels que les gyromètres, les capteurs de vitesse, les capteurs d’identification par radiofréquence (RFID), les capteurs chimiques, etc.
• Actionneurs et bras robotiques
• Caméras de sécurité, systèmes d’accès aux portes, etc.
• Thermostats, systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation, gicleurs d’eau, éléments chauffants, etc.

La plupart des dispositifs IdO industriels collectent des données pour la couche de traitement. Pour les appareils IoT domestiques, la couche de perception peut également être la couche de traitement. Par exemple, le thermostat d’apprentissage Nest.

La couche réseau/transport de données

La couche réseau gère le transport des données entre toutes les couches d’une architecture IdO. Cette couche définit également la topologie du réseau pour l’ensemble des appareils, des applications en nuage et des bases de données.

Les éléments essentiels de cette couche sont les passerelles internet, les ports intranet, les passerelles réseau et les systèmes d’acquisition de données (DAS). Pour les protocoles de connectivité réseau susmentionnés, vous pouvez compter sur les dispositifs physiques suivants :

• Wi-Fi
• Réseaux étendus (WAN)
• 4G LTE/ 5G
• Bluetooth à faible énergie
• Communication en champ proche (NFC)

C’est par cette couche que les différents dispositifs finaux et les applications en nuage communiquent entre eux. Les données des capteurs telles que la température, la vitesse, l’humidité, etc., transitent par la couche réseau pour atteindre les autres couches.

La couche de traitement des données

La couche de traitement traite, analyse et stocke les données avant de les transférer vers un centre de données. Elle comprend l’analyse Edge dans l’informatique Edge, l’intelligence artificielle (IA) et l’apprentissage automatique (ML). Les tâches cruciales telles que la prise de décision se déroulent également dans cette couche.

La couche de traitement accomplit toutes les tâches de prise de décision. Cependant, vous pouvez également passer outre ses décisions ou améliorer le système en prenant des décisions ad hoc dans la couche d’application – une fonction hautement nécessaire pour le contrôle humain sur les machines intelligentes.

La couche application ou interface graphique

La plupart des systèmes IdO, tels que Google Home, Amazon Alexa, etc., fonctionnent sans intervention humaine. Pourtant, vous avez besoin d’une interface utilisateur graphique pour ajouter des flux de travail IoT, modifier des paramètres, ajouter des appareils, etc. Il s’agit de la couche applicative.

Voici quelques exigences essentielles pour la couche applicative d’une architecture IoT :

• Contourner les problèmes liés aux commandes vocales
• Communiquer avec des milliers de capteurs et d’appareils terminaux à partir d’un petit écran
• Ajouter de nouveaux appareils à un système IdO existant sans interrompre l’ensemble des activités de l’entreprise
• Observez la santé du système et entretenez les appareils lorsque le tableau de bord l’indique
• Créez de nouvelles règles ou de nouveaux flux de travail pour les systèmes IdO
• Créer et respecter un accord de niveau de service (SLA)

Dans les installations industrielles, vous aurez généralement besoin d’un tableau de bord centralisé sur un écran d’ordinateur pour observer tous les systèmes IdO. Sur le tableau de bord, vous pouvez interagir avec l’un ou l’ensemble des systèmes IdO en mettant en pause, en arrêtant ou en redémarrant les appareils.

Couche métier

La couche métier convertit les données stockées en informations exploitables. Les chefs d’entreprise, les directeurs techniques, etc. peuvent utiliser ces rapports. Ils les aident à prendre des décisions pour améliorer la productivité.

Cette couche comprend principalement des intégrations d’applications d’entreprise. Par exemple, les planificateurs de ressources d’entreprise (ERP), les applications de veille stratégique (BI), les applications de visualisation de données, etc.

Ici, les analystes de données peuvent traiter les données et les intégrer dans un outil de BI tel que Tableau, Power BI, etc. pour connaître les performances globales du système IoT. Vous pouvez également créer des prévisions basées sur la capacité de production actuelle et les besoins futurs du marché.

Étapes de l’architecture IdO

Pour une mise en œuvre de haut niveau de l’architecture des systèmes IdO, il faut comprendre les étapes de ce système :

Objets

L’étape des objets commence par la mise en œuvre de la couche physique. Il s’agit de connecter les appareils intelligents, les capteurs et les actionneurs au réseau IdO et aux machines d’extrémité.

Les capteurs peuvent être câblés ou sans fil. L’objectif principal est de collecter des données du monde réel et de les convertir en données numériques pour la couche de traitement.

Passerelle

Vous devez mettre en place une passerelle intranet ou internet. À ce stade, les modems et les routeurs collectent les données provenant des capteurs et des dispositifs d’extrémité.

Ensuite, ces dispositifs de passerelle transportent les données numériques vers la couche de traitement et la couche d’application. La plupart des architectures IoT utilisent un système d’acquisition de données pour cette étape.

Systèmes informatiques

Les systèmes IoT collectent des données analogiques et les systèmes d’acquisition de données les convertissent en données numériques. Par conséquent, la taille post-traitement des données numériques est énorme. C’est là qu’intervient un système informatique de pointe.

À ce stade, vous canalisez les données collectées vers un système informatique périphérique où les algorithmes d’IA et de ML les traitent et ne conservent que les données exploitables.

Stockage dans le nuage/centres de données

Une fois que le système informatique périphérique a traité et filtré les données vitales, vous devez les placer dans un stockage accessible. La couche d’application de l’architecture IoT se connectera à l’étape de stockage.

Une étape de stockage est principalement un stockage en nuage privé, où vous pouvez stocker les données de l’IdO dans des bases de données structurées. Si vous recherchez des solutions abordables, vous pouvez également essayer les nuages publics.

Exigences non fonctionnelles

#1. Sécurité

Pour garantir la sécurité interne de l’architecture, aucun dispositif non autorisé ne doit y être relié. Les dispositifs doivent être enregistrés et capables de communiquer en toute sécurité.

En outre, tous les utilisateurs et toutes les données doivent avoir un accès sécurisé à l’architecture. Les utilisateurs autorisés du système doivent échanger des données avec des contrôles de sécurité.

#2. Performance

Le système IdO doit être compatible avec les données structurées et non structurées. Le déploiement de la plateforme doit être compatible avec le cloud, sur site et le cloud hybride.

Des temps de réponse acceptables pour les utilisateurs, des communications bidirectionnelles en temps quasi réel et des horodatages granulaires sont d’autres exigences non fonctionnelles essentielles de cette architecture.

#3. Facilité de gestion

L’architecture IdO doit prévoir des notifications et des alertes en cas de problème. Elle doit prendre en charge la gestion des solutions afin de déterminer rapidement les causes des problèmes à partir d’un nœud central.

#4. Maintenabilité

Les appareils et le système IdO doivent être adaptables. L’architecture doit être suffisamment souple pour s’adapter rapidement aux changements au niveau des utilisateurs, des processus et des données. Vous devez également effectuer la maintenance sans retarder les accords de niveau de service (SLA).

#5. Disponibilité

Certains domaines et certaines solutions exigent une disponibilité 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 des systèmes IdO. Par exemple, l’architecture IoT d’un hôpital ou d’un laboratoire nécessite que le système soit toujours opérationnel.

Architecture IdO dans MongoDB Atlas

Les différentes couches d’une architecture IoT produisent des téraoctets de données. L’utilisation d’une base de données en nuage compatible avec l’IdO est idéale pour stocker ces données de manière organisée.

MongoDB Atlas est l’une des meilleures bases de données en nuage que vous puissiez utiliser. Voici quelques exemples de son utilisation dans l’architecture IoT :

• MongoDBRealmSDK et MongoDB Server pour construire une base de données et une interface. Les applications et les appareils mobiles peuvent utiliser ces bases de données et ces interfaces.
• Au niveau du réseau, vous pouvez utiliser MongoDB Atlas pour configurer et déployer des serveurs IoT.
• Utilisez MongoDB 5.0 Time-Series pour stocker les données de mesure IoT en continu.
• Si le système IoT est confronté à une connectivité réseau irrégulière, vous pouvez utiliser la synchronisation hors ligne d’abord à partir d’Atlas App Services.
• Vous pouvez utiliser MongoDB Connector for BI et MongoDB Charts au niveau de l’entreprise pour extraire des informations exploitables des données IoT.

Cas d’utilisation

L’architecture IoT devient de plus en plus populaire chaque jour, et son utilisation dans différents secteurs augmente. Les cas d’utilisation les plus courants sont les suivants :

#1. Soins de santé

Les cliniques et les hôpitaux génèrent des téraoctets de données inexploitées. Vous pouvez les utiliser pour améliorer l’efficacité opérationnelle et les soins aux patients.

Grâce à l’architecture IoT, les établissements peuvent exploiter les données isolées des patients. Les médecins peuvent rapidement obtenir et utiliser les informations pour répondre rapidement aux alertes. Les gadgets et les moniteurs d’état de santé reliés à l’infrastructure IoT peuvent offrir un état en temps réel du patient.

#2. L’agriculture

Les agriculteurs peuvent utiliser l’architecture IdO pour augmenter et gérer la production de manière autonome.

Vous pouvez également voir son utilisation dans les domaines suivants :

• Surveillance de la température du sol
• Déterminer les raisons des pannes de machines
• Ajuster les niveaux d’humidité et de température pour les plantations en intérieur

#3. Fabrication

L’industrie manufacturière utilise des capteurs IdO pour mieux comprendre les processus. Ils ne sont généralement pas connectés à l’internet. Ces capteurs à courte portée sont également capables de calculer les changements dans le temps.

D’autres utilisations de l’architecture IdO dans ce secteur sont présentées ci-dessous :

• Prévision de la demande grâce au suivi de la production en temps réel
• Connaître l’efficacité de base grâce au suivi du temps de cycle

#4. Solutions de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC)

Le chauffage, la ventilation et la climatisation sont des systèmes complexes qui ne peuvent se permettre la défaillance d’un élément ou d’une fonction. Si cela se produit, les conséquences seront une consommation d’énergie élevée et des coûts de maintenance supplémentaires. Grâce à l’architecture IoT, il est possible de faire en sorte que les CVC fournissent un rendement satisfaisant tout en leur permettant de fonctionner à un niveau de puissance inférieur.

Garantir la cohérence et la qualité des solutions commerciales est une autre utilisation de l’IdO. Le système recueille et analyse automatiquement les données avec un minimum d’interaction avec l’utilisateur pour vous informer de toute anomalie.

#5. Prévention des dégâts des eaux dans les appartements commerciaux

Les fuites et les ruptures de conduites d’eau coûtent des millions de dollars aux propriétaires et aux compagnies d’assurance. L’invisibilité des connexions d’eau rend difficile la détection de la cause première.

Une architecture IoT correctement configurée peut alerter les utilisateurs de toute fuite en temps réel grâce à des capteurs intégrés efficaces. Elle fournit également des données de localisation contextuelles aux parties prenantes pour une meilleure maintenance des actifs. Les compagnies d’assurance bénéficient également de cette détection précoce des problèmes.

En outre, les capteurs peuvent également détecter des fuites mineures qui pourraient devenir une menace potentielle à l’avenir. Les utilisateurs peuvent ainsi prendre rendez-vous avec des plombiers.

L’avenir de l’architecture IdO

L’IdO va bientôt connaître une évolution avec la croissance du réseau 5G. Il sera possible de traiter les données plus rapidement que jamais. Sans parler du déploiement rapide des systèmes IdO.

Grâce à la 5G privée, les administrateurs peuvent lancer un réseau mobile 5G personnel et en avoir le contrôle total.

Les opérations au niveau de l’entreprise ne seront pas confrontées aux problèmes suivants :

• Limitation de la vitesse
• Manque d’interopérabilité
• Frais supplémentaires en cas de dépassement de l’utilisation des données
• Indisponibilité de la bande passante pendant les heures de pointe

Le mot de la fin

Une architecture IoT vous indique comment connecter tous les composants d’un système IoT dans un réseau cohérent. Nous avons donc couvert tous les aspects techniques cruciaux de l’architecture de ce système.

Une connaissance détaillée des architectures IdO vous aide à créer des solutions professionnelles dans les domaines de la santé, de la fabrication et de l’agriculture. Les utilisateurs peuvent même aller au-delà des cas d’utilisation mentionnés dans cet article et mettre en œuvre l’IdO dans divers secteurs encore inexplorés.

Vous pouvez également consulter nos articles sur les ressources d’apprentissage de l’IdO et les kits de démarrage de l’IdO.