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Internet des objets

Françoise Breton - 24/11/2011

Des objets capables de communiquer

Nathalie Mitton, responsable scientifique de l’équipe-projet Pops au centre Inria Lille – Nord Europe © Inria / Kaksonen  © Inria / Kaksonen

Nathalie Mitton est responsable scientifique de l’équipe-projet Pops au centre Inria Lille – Nord Europe. Elle a soutenu son habilitation à diriger les recherches dans un domaine en pleine expansion : l’internet des objets. Etiquettes radio-fréquences et réseaux de capteurs, sur quoi se portent les efforts des chercheurs aujourd’hui ?

Qu’est-ce que l’internet des objets et comment s’y insère votre objet de recherche ?

Nathalie Mitton  : L’internet des objets est un domaine très vaste qui fait référence à la faculté de faire communiquer les objets au travers d’un réseau. Les objets peuvent être connectés directement au réseau ou bien être équipés de capteurs (caméras, micros, radars, thermosenseurs, etc.) ou d’étiquettes à radio-fréquences (tags RFID ) qui transmettent leurs informations par des liaisons sans fil. Mon domaine de recherche concerne plus particulièrement les RFID et les réseaux de capteurs. Les RFID sont des étiquettes formées d’une puce et d’une antenne qui contiennent par exemple des informations sur la fabrication d’un produit et permettent d’assurer son suivi. Ces étiquettes n’ont pas de batteries. Il faut un lecteur pour les alimenter et pouvoir lire les informations qui y sont inscrites.

Contrairement aux RFID, les capteurs possèdent une batterie et peuvent émettre eux-mêmes des infos à tout moment. Les réseaux de capteurs sont constitués d’un ensemble de capteurs qui communiquent entre eux. On les destine notamment au suivi environnemental, par exemple pour surveiller l’activité d’un volcan , avec des capteurs sismiques, ou pour identifier des départs de feux de forêts  avec des capteurs de température. Ils peuvent être également utilisés pour détecter l’altération de structures ou surveiller les fonctions vitales des patients à l’hôpital. 

Quels sont les principaux enjeux scientifiques liés à la RFID?

Nathalie Mitton  :Réaliser ces réseaux demande beaucoup de recherche sur le matériel . Il faut concevoir les capteurs pour qu’ils soient petits, bon marché, qu’ils utilisent peu d’énergie et aient un impact limité sur l’environnement. Les batteries doivent également être petites, durer le plus longtemps possible et se désagréger dans l’environnement. Il faut concevoir des antennes de faible volume capables d’envoyer un signal clair et peu perturbé par les obstacles. D’autres défis sur le matériel surgissent en cas d’utilisation particulière. Par exemple, des biologistes voudraient utiliser les capteurs pour pouvoir suivre des animaux sauvages, comme les manchots. Les capteurs doivent alors également résister au froid, à l’eau, au sel. Les mêmes préoccupations existent pour les RFID, avec de surcroît des défis spécifiques liés à leur utilisation. Ils doivent par exemple pouvoir résister au lavage pour les RFID insérés dans les vêtements, et à la stérilisation, pour ceux qui sont apposés sur les instruments de chirurgie.

D’autre part, il y a les enjeux algorithmiques qui nous concernent plus directement et qui sont liés aux applications visées. Un défi en ce qui concerne les étiquettes RFID est de réussir à lire un maximum d’étiquettes en un minimum de temps, par exemple pour identifier rapidement un ensemble de palettes circulant sur un convoyeur. Un autre objectif est de limiter les collisions entre lecteurs pour améliorer le taux de lecture car lorsque les signaux des lecteurs se superposent ils ne reconnaissent pas le signal de l’étiquette. Il se pose également de nombreux défis de sécurité  : n’importe qui ne doit pas pouvoir lire les RFID présents dans les vêtements ou les sacs des passants. Ces puces sont aujourd’hui désactivées en caisse. Mais le fabricant, qui a suivi toute la vie de l’objet avec la puce, voudrait pouvoir consulter cette information dans le cadre du service après-vente. Inclure un mot de passe serait possible mais pas suffisant pour préserver la vie privée. On cherche une solution alternative.

 … et pour les réseaux de capteurs ?

Nathalie Mitton  : Un défi pour les réseaux de capteurs est de trouver le meilleur chemin pour faire faire en sorte que ces capteurs communiquent efficacement . En effet, comme leur portée est faible, ils ne peuvent pas envoyer directement l’information recueillie à la base, qui peut être éloignée. Ils doivent passer par des relais, en l’occurrence d’autres capteurs situés entre eux et la base.

L’objectif est de trouver des algorithmes permettant à ces capteurs très limités en capacités de calcul, en mémoire et en énergie de trouver le meilleur voisin à qui envoyer l’information  pour qu’elle arrive à bon port. Je travaille plus particulièrement sur cet aspect en étudiant des algorithmes d’auto-organisation. Ceux-ci rendent des capteurs, largués par avion sur un volcan, capables avec des calculs très simples, d’identifier leurs voisins, de savoir quels liens maintenir avec ces voisins. Ils les rendent également capables de savoir quand se mettre en veille pour économiser de l’énergie et quelles informations envoyer, à quel rythme (le moins souvent possible) pour économiser la batterie.

Quelle est la prochaine étape pour ces réseaux ?

Nathalie Mitton  : Aujourd’hui on prend en compte de nouvelles composantes dans le réseau de capteurs que l’on appelle des actionneurs. Alors que le capteur relève des informations sur l’environnement, l’actionneur a la faculté d’agir sur cet environnement . Par exemple le capteur détecte la hausse de température due au feu, l’actionneur déclenche les lances à incendie. Ces actionneurs peuvent être capables de se déplacer, comme le feraient de petits robots. En alliant capteurs et actionneurs sur une flotte de robots, il est possible de suivre un événement particulier.

Une autre étape est de tester nos algorithmes sur un grand nombre de capteurs afin d’en tester la fiabilité. Grâce à des plateformes expérimentales, il est possible de charger le code à tester de façon automatique sur tous les capteurs ou actionneurs à la fois — et non un par un — en passant par une interface web et de bénéficier d’outils pour analyser l’expérience et récolter de nombreuses données, par exemple sur la consommation des nœuds. Nous travaillons aujourd’hui sur la plateforme Senslab, créée en 2009 et regroupant 1024 capteurs sur quatre sites (Lille, Grenoble, Rennes, Strasbourg). Senslab va bientôt faire partie de l’équipement d’excellence FIT qui intègrera entre autres des capteurs et des actionneurs et permettra de tester nos tout nouveaux algorithmes.

Des réseaux auto-organisés

Sans avoir de visibilité, comment choisir le bon voisin, qui pourra acheminer l’information à destination, et ignorer les autres en étant sûr de ne pas nuire à un capteur plus éloigné de la base qui, du coup, ne pourrait plus atteindre son destinataire (cette base)? C’est le problème auquel sont confrontés les chercheurs travaillant sur les réseaux de capteurs. Dans ces réseaux, l’information atteint la station de base en progressant par saut de puce d’un capteur à un autre. Ce sont les connexions radio multisauts. Pour résoudre ce problème, ils utilisent des algorithmes locaux qui se basent sur les informations concernant ce qui se passe entre voisins : je peux parler à A et B et je sais que A et B peuvent se parler. Je peux donc oublier A car je sais que je peux lui parler en passant par B. Il va sans dire que le problème se complique sensiblement dès que le capteur est déplacé par l’eau par exemple, ou placé sur un animal en mouvement !

Mots-clés : INRIA Lille - Nord Europe Nathalie Mitton Réseaux de capteurs Equipe POPS RFID Internet des objets

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