Nesnelerin interneti 2 - Teknolojilerinin kombinasyonu - sanal ağa gerçek bağlayan.

The Internet of things - A combination of technologies connecting the real to the virtual network. The IoT cannot be reduced to any one specific technology. Rather, it encompasses varied technical solutions (RFID, TCP/IP, mobile technologies, etc.) that enable the identification of objects and the retrieval, storage, processing and transfer of data not only in physical environments but also between the physical and virtual world. At present, the major concern is not so much to invent new technologies but to improve those that already exist and to better connect and integrate them. We list below the major types of solution that are necessary for the functioning of the IoT ; rather than describe all the components, we choose to centre the analysis on three that are deemed essential : RFID solutions, middleware, and the global EPC network.

Many books and reports on how these solutions function have been published – here we will simply summarize the major points. RFID solutions belong to the category of automatic identification technology. They are generally used to supply an electronic identity to an inanimate or animate object. The abbreviation RFID encompasses a large range of technologies and applications that depend on parameters such as range, frequency band, price, size, and energy consumption. Moreover, beyond the mere tag or chip, the RFID system is composed of sensors, readers, and software to process collected information. Although the functioning principle is always the same whatever the system context and complexity of use, various types of system are developed (open or closed) and different chip types (passive, active or semi-passive) can be implemented. These systems are presented in the table below :

RFID solutions are also available in a variety of different frequencies. In short, there are four types of frequency : low (125 KHz), high (13,56 MHz), ultra-high (800-930 MHz) and hyper (2,45 and 5,8 GHz). Passive chips are never used with hyper frequency.

Middleware, this type of software has a crucial role in RFID solutions as it enables management of the interface between different systems. In the case of RFID solutions, middleware extracts RFID data collected in readers. It also enables data to be filtered, aggregated and transmitted once it has been communicated to company information systems such as Enterprise Resource Planning (ERP), Supply Chain Management (SCM) and Customer Relationship Management (CRM).

EPCglobal is the result of an agreement made in July 2003 between the AutoID Center, EAN international and the Uniform Code Council. EPCglobal Inc. is a benchmark organization for business.

 It is controlled by GS1, a private and non-profit standardization organization commissioned and governed by the users of the standards that it defines, rather than by solution providers. The aim of EPCglobal is to secure the dissemination of the EPC system throughout the world. This system promotes different standards, including an identification system. EPCglobal has also designed several generations of solutions, and it currently supports the development of the Class-1 Gen-2 (ISO certified since 2006). With this type of solution, it is theoretically possible to read 1000 RFID chips per second and at least 100 chips per second in hostile environments. These chips can be inscribed at a speed of 30 chips per second in optimal conditions, and 5 chips per second in a hostile environment. The frequency adopted is 860-960 MHz. EPCglobal has also implemented a network based on Internet technologies, as will be shown below.

The IoT is not a technology but rather a system of systems that allows for adjustments and a certain degree of flexibility. Interoperability between the integration systems of all the components induces a high level of complexity. The capacity to manage the interfaces will be a determining factor for the IoT to become a true network of networks. Supermarket distribution is a perfect example of both the potential of the IoT and the difficulty of implementing this type of system. Indeed, as a first step a solution must be installed at local level in all distribution warehouses and stores (first system) ; then it is necessary that the data collected be integrated into the company information system for it to be processed and analysed using different tools – ERP, for instance, (second system). In addition, in order to fully reap the benefits of this type of infrastructure, suppliers must be equipped with systems that are interoperable with those of the distributor (third system). Lastly, provision must be made for a technical system which can function in consumers’ homes, thus enabling the development of automation applications for use in the home, such as specific devices which detect food in refrigerators that is past its use-by date, and automatically send a new order to the distributor (fourth system).

Current research on the Internet is restricted to the documents (text, pictures, sound) that circulate thereon. However, the IoT will be able to extend the scope of this research using Discovery Services technology. Thus in the same way that a website has a unique address (the URL), it will be possible to fit each object with a unique electronic identification which will be readable and transferable via an Internet protocol network. Then the IoT is not only not limited to the on-line world, but also makes it potentially possible to provide each object with a virtual double, that is, a simplified copy of the characteristics of physical objects. These characteristics are multiple, and from a purely theoretical point of view, they could be almost infinite. In most cases however, the focus is on the definition of the nature of the object, its functionalities, the services it offers, its position in space, the history of its movements, and its age, etc. To achieve this link between the physical and virtual worlds, the technical devices must design models based on real contexts and then “virtualize” them. The notion of ubiquitous computing is sometimes used to refer to the solutions that make this transfer possible. The aim of ubiquitous solutions is to help detect and find answers to context changes. They must enable the collection, storage and manipulation of a given context to adapt a service to a specific situation and to a specific individual. The generic expression ubiquitous computing still remains somewhat vague and refers in fact to most of the technologies presented at the beginning of this chapter – Semantic Web, RFID solutions, Service Oriented Architecture, etc.

The development of EPCglobal : an extension of the barcode system. Although several platforms have been designed to enable the creation of this new form of network linking the physical and virtual worlds, only one solution – the EPCglobal network – appears sufficiently standardized and recognized to be used at international level. The architecture of this network was devised by the Auto-ID Center and then developed by EPCglobal. With this new Internet, data is disseminated throughout the network. In order to do this, it uses RFID chips that have a unique and unambiguous identification – an improved version of the barcode – known as Electronic Product Code (EPC). In addition, other data pertaining to the object is stored and accessible via the current Internet network. The EPCglobal network also uses to the Object Naming Service (ONS) and the EPCInformation Service (EPCIS). The ONS gives a reference to the information on the object saved via the EPC network, which enables the retracing of RFID objects through the network (its functioning principle is identical to the Domain Name System used for the Internet). The EPCIS offers an interface that gives access to memorized RFID data. An XML language is used to exchange RFID data between the EPCglobal network and external applications. The advantage of this EPCglobal network over other solutions is that it permits the use of cheap chips and offers an adaptable architecture. It is important to note that one of the solutions on offer (Discovery Service) for tracing RFID objects in the EPCglobal network requires that the movement of these objects be continually uploaded to one or several centralized updating servers. The capacity of the IoT to gradually widen the notion of a network of networks through the building of a network of sensors for animate and inanimate objects will also contribute to the structuring of new types of networks through the development of different types of structures – as new as those built by communities on the Internet – between objects and individuals. Therefore, to understand these evolutions, it is essential not to restrict analysis only to the purely technical features of this phenomenon, but also to take into account its social dimensions and the possible interactions between its users.

L’IdO désigne plutôt diverses solutions techniques (RFID, TCP/IP, technologies mobiles, etc.) qui permettent d’identifier des objets, de capter, stocker, traiter, et transférer des données dans les environnements physiques mais aussi entre des contextes physiques et des univers virtuels. L’enjeu majeur n’est pas tant d’inventer de nouvelles technologies que de perfectionner celles qui existent déjà, de les connecter, et de les intégrer. Nous listons ci-après les principales classes de solutions nécessaires au fonctionnement de l’IdO. Plutôt que d’en décrire tous les éléments, nous considérerons trois composantes considérées comme critiques  : les solutions RFID, les solutions logicielles middleware et le réseau EPCglobal. Il existe aujourd’hui de très nombreux ouvrages et rapports qui présentent le fonctionnement de ces solutions et nous nous contenterons ici d’une courte synthèse. Les solutions RFID font partie de la classe des technologies d’identification automatique. Elles sont en général utilisées pour fournir une identité électronique à un objet inanimé ou animé, par exemple dans le secteur de la logistique. Le sigle RFID recouvre un ensemble de technologies et d’applications très variées qui dépendent de paramètres tels que la portée, la bande de fréquence utilisée, le prix, l’encombrement, ou encore la consommation d’énergie. Par ailleurs, au-delà des seules étiquettes (tags ou puces), le système RFID est constitué de marqueurs/capteurs, de lecteurs, et de logiciels pour traiter les informations collectées. Si le principe de fonctionnement est toujours le même, quels que soient les contextes et la complexité d’utilisation des systèmes, il faut néanmoins différencier les types de système en place – fermé ou ouvert – et les types de puces implémentées – passives, actives ou semi-passives. Nous présentons dans les tableaux ci-après ces différents systèmes  :

Pour différencier les solutions RFID, il faut également distinguer les fréquences. En résumé, il existe quatre types de fréquence  : basse (125 kHz), haute (13,56 MHz), ultra-haute (800-930 MHz) et hyper (2,45 et 5,8 GHz). Les puces passives ne sont jamais utilisées avec les hyperfréquences. Par ailleurs, il faut savoir que le débit de données a tendance à augmenter avec l’augmentation des fréquences et qu’à l’inverse, plus la fréquence est élevée, plus il est difficile de traverser un milieu.

Les middlewares - Ces logiciels ont un rôle critique dans les solutions RFID car ils permettent de gérer l’interface entre les différents systèmes. Dans le cas des solutions RFID, ils assurent l’extraction des données RFID depuis les lecteurs. Ils permettent également de filtrer les données, de les agréger et de les transmettre après distillation aux systèmes d’information d’entreprise du type Enterprise Resource Planning (ERP), Supply Chain Management (SCM), ou encore Customer Relationship Management (CRM).

La standardisation EPCglobal - EPCglobal est né d’un accord passé entre l’AutoID Center, EAN international et l’Uniform Code Council en juillet 2003. EPCglobal Inc. est l’organisme de référence pour les industriels. Il est piloté par GS1 qui est lui-même un organisme de standardisation privé à but non lucratif, mandaté et gouverné par les utilisateurs des standards qu’il définit et non pas par les fournisseurs de solutions. La mission d’EPCgobal est d’assurer le déploiement du système EPC à travers le monde. Ce système promeut différents standards dont un système d’identification. Il a également défini plusieurs générations de solutions. Actuellement, EPCglobal soutient le développement de la Class-1 Gen-2 (certifiée ISO depuis 2006). Avec ce type de solution, il est théoriquement possible de lire 1 000 puces RFID par seconde et au moins 100 puces par seconde dans des environnements hostiles. Ces puces sont inscriptibles à un rythme de 30 puces par seconde dans des conditions optimales et de 5 puces par seconde dans un environnement hostile. La fréquence retenue est la bande 860-960 MHz. EPCglobal a également mis en place un réseau qui s’appuie sur les technologies internet, comme nous le verrons ci-après.

L’IdO n’est pas une technologie mais bien un système de systèmes qui permet une modularité et une certaine flexibilité. L’interopérabilité entre les systèmes et l’intégration de tous les composants produisent une complexité forte. La capacité à gérer les interfaces sera déterminante pour que l’IdO devienne un véritable réseau de réseaux. Le cas de la grande distribution illustre parfaitement à la fois les potentialités de l’IdO et toute la difficulté de mise en œuvre d’un tel système. En effet, il faut dans un premier temps déployer une solution au niveau local, dans chaque entrepôt et magasin du distributeur (premier système), puis il est indispensable que les données recueillies soient intégrées au système d’information de l’entreprise afin d’être traitées et analysées par des outils tels qu’un ERP (deuxième système). Il faut par ailleurs, pour profiter pleinement d’une infrastructure de ce type, déployer des dispositifs chez les fournisseurs qui soient inter opérables avec la solution du distributeur (troisième système). Enfin, il faut également prévoir un dispositif technique qui puisse fonctionner chez les consommateurs pour permettre des applications domotiques comme la détection de produits périmés dans le réfrigérateur qui assure automatiquement le lancement d’une nouvelle commande auprès du distributeur (quatrième système).

L’informatique ubiquitaire  : brancher le réseau réel sur le réseau virtuel - Aujourd’hui, les recherches sur internet restent cantonnées aux documents (textes, images, sons) qui y circulent. Grâce aux technologies des Discovery Services, l’IdO permettra d’étendre le champ des recherches. Car, tout comme un site web a son adressage unique (l’URL), chaque objet pourra être doté d’une identification électronique unique qu’il sera possible de lire et de transmettre via un protocole dans le réseau internet. L’IdO ne se limite donc pas au monde en ligne et permet potentiellement d’attribuer à chaque objet un double virtuel, copie simplifiée des caractéristiques de l’objet présent dans un contexte physique. Ces caractéristiques sont multiples et d’un point de vue purement théorique, elles pourraient presque être infinies. Dans la plupart des cas, il s’agira cependant de définir la nature de l’objet, ses fonctionnalités, les services qu’il offre, sa position dans l’espace, l’historique de ses déplacements, son âge, etc. Pour effectuer ce lien entre physique et virtuel, le dispositif technique doit donc modéliser des contextes réels et les «  virtualiser  ». Certains utilisent la notion d’informatique ubiquitaire pour désigner les solutions qui permettent ce passage. L’objectif des solutions ubiquitaires est d’être en mesure de détecter et de répondre à des changements de contexte. Elles doivent permettre de capturer, stocker et manipuler un contexte pour rendre un service adapté dans une situation bien précise et pour une personne particulière. Le terme générique d’informatique ubiquitaire reste encore assez vague et désigne en fait la plupart des technologies présentées au début de ce chapitre  : web sémantique, solutions RFID,Service Oriented Architecture, etc. À ce jour, si plusieurs plateformes existent pour permettre de créer cette nouvelle forme de réseau qui fait le lien entre le physique et le virtuel, une seule solution, le réseau EPCglobal, semble être suffisamment normalisée et reconnue pour pouvoir être utilisée au niveau mondial. L’architecture de ce réseau fut conçue par l’Auto-ID Center et développée par la suite par l’EPCglobal. Avec ce nouvel internet, les données sont portées sur le réseau. Pour ce faire, celui-ci mobilise les puces RFID qui ont une identification unique non ambiguë, héritière enrichie du code barres, nommée Electronic Product Code (EPC). Par ailleurs, les autres données relatives aux objets sont stockées et accessibles via l’internet que l’on connaît aujourd’hui. Le réseau EPCglobal dispose par ailleurs de l’Object Naming Service (ONS) et de l’EPCInformation Service (EPCIS). L’ONS attribue une référence à l’information de l’objet sauvegardé via le réseau EPC, ce qui permet de retrouver les objets RFID à travers le réseau (son fonctionnement est calqué sur le Domain Name System utilisé pour l’internet). EPCIS offre quant à lui une interface pour accéder aux données RFID mémorisées. Pour échanger des données RFID entre le réseau EPCglobal et des applications externes, un langage XML est utilisé. L’avantage du réseau EPCglobal sur d’autres solutions est de permettre l’utilisation de puces peu onéreuses et une architecture au périmètre ajustable. Il est important de noter que, pour tracer les objets RFID dans le réseau EPCglobal, une des solutions proposées (Discovery Service) demande à ce que le mouvement de ces objets soit publié de manière continue auprès d’un – ou plusieurs – serveurs-référence de mises à jour. L’IdO, par sa capacité à élargir progressivement la notion de réseau de réseaux en construisant un réseau de capteurs pour des objets, contribuera également à structurer des types de réseaux inédits en tissant entre objets et individus des formes de structuration aussi nouvelles que celles qu’ont constitué les communautés dans l’internet. Pour comprendre ces évolutions, il est donc essentiel de ne pas limiter l’analyse à la dimension technique du phénomène mais de considérer ses composantes sociales ainsi que les possibles interactions entre ses utilisateurs.