Cadlog Blog

Nouveautés et actualités du secteur de l'électronique et de l'ingénierie

L’Edge Computing joue un rôle croissant dans l’Internet des Objets (IdO)

L’Egde Computing ou Fog Computing est un élément toujours plus important des infrastructures IdO (Internet des Objets), notamment lorsque les appareils exigent une réponse rapide et autonome, sur la base des données d’entrée. C’est particulièrement vrai dans les secteurs comme celui automobile, dans lequel les appareils IdO jouent un rôle décisif dans la sécurité des personnes, ou celui de l’industrie manufacturière, où la capacité des machines d’agir de façon autonome compte tenu des circonstances constitue l’un des principaux ingrédients de l’Industrie 4.0. Mais presque partout, désormais, la quantité de données recueillies par les capteurs connectés au réseau exige des solutions qui garantissent des prestations suffisamment performantes.

Les estimations sur le développement de la IdO anticipent que le nombre d’appareils IdO atteindra entre 25 et 50 milliards, à savoir une quantité qui pourrait représente jusqu’à 7 appareils par habitant sur Terre. Il est difficile d’imaginer qu’une infrastructure cloud puisse être en mesure de traiter en temps réel la quantité de données que ces appareils génèreront, tant en raison des limites de bande passante que des temps de latence, deux facteurs intrinsèques des infrastructures de réseau.

Ainsi, pour que les objets IdO que nous sommes en train de disséminer tous azimuts soient véritablement utiles, il est indispensable de déplacer le plus d’intelligence possible du cloud, vers l’edge, autrement dit, en bordure de l’infrastructure IdO.

Qu’est-ce que l’Edge Computing et comment ça fonctionne

Pour comprendre ce qu’est l’Edge (mot anglais désignant ce qui se trouve en bordure de quelque-chose), il peut être très utile d’observer ce schéma, qui représente l’infrastructure typique de l’IdO :

Aux marges de l’infrastructure (côté gauche), on trouve tous les éléments qui sont en contact direct avec les phénomènes que les appareils IdO doivent détecter : les capteurs, les actionneurs et les appareils.

Les capteurs sont comme les organes des sens de l’IdO et sont chargés de collecter les données et informations pour lesquelles l’infrastructure a été créée. Il peut s’agir de données issues de l’environnement extérieur, d’un environnement intérieur ou d’un système complexe comme celui, par exemple, des machines destinées à la production. Quelques exemples de capteurs :

  • capteurs de température;
  • capteurs de lumière;
  • capteurs d’humidité;
  • récepteurs GPS;
  • diagnostic des véhicules;
  • fichiers;
  • données spécifiques du produit.
sensore IoT di flessibilità

Un exemple : le capteur de flexibilité produit par Spectra Symbol

Les actionneurssont les éléments du système qui altèrent l’état électromécanique ou logique d’un appareil ou d’un environnement donné, sur la base des données d’entrées reçues par les capteurs. Ils interagissent habituellement avec le reste du système à travers des API. Il peut s’agir de lumières, de vannes, de moteurs, de thermostats ou d’éléments qui ne comportent que des variations au niveau des données ou des firmwares.

Exemple de capteur : une vanne de distribution pour l’irrigation de K-Rain

Les appareils sont tous les éléments électroniques utilisés pour collecter les données, comme les smartphones et les tablettes ; les cartes à microcontrôleur de type Arduino ; les ordinateurs à carte unique de type Raspberry Pi ; appareils électroménagers intelligents comme le thermostat Nest ou le système de smart lighting Philips Hue.

Pour connecter tous ces éléments entre eux et au reste de l’infrastructure, on fait appel aux différents protocoles de communication sans fil (field protocols) aujourd’hui disponibles :

  • il Bluetooth Low-Energy (BLE), à savoir la version du Bluetooth à faible consommation d’énergie, spécifique pour l’IdO;
  • Zigbee, un autre standard avec une large base d’appareils installés, basé sur le protocole IEEE802.15.4 et avec un rayon d’action de 100 m ;
  • Wi-Fi, l’un des standards préférés par les développeurs, en raison de son omniprésence ;
  • NFC, qui fonctionne dans un rayon restreint de 4 cm pour permettre de payer avec des appareils tels que les smartphones.

Le Smart Gateway

Le Smart Gateway (passerelle intelligente) est la partie de l’infrastructure qui sert à relier les appareils présents sur le terrain à la plateforme cloud qui élabore et utilise les informations. La passerelle intelligente est définie comme telle lorsqu’elle est en mesure d’ajouter des fonctions intelligentes à la passerelle IdO classique de communication entre les éléments edge et cloud.

Dell Edge Gateway 5000 Series

Exemple : Dell Edge Gateway 5000 Series

Les fonctions du Smart Gateway touchent à de nombreux domaines :

    • leroutage des données, qui permet d’appliquer des règles d’élaboration simples aux données envoyées au cloud. Par exemple, les capteurs mesurent la température d’un moteur toutes les secondes, mais dans le système de suivi cloud, une mesure par minute est déjà considérée comme suffisante, la passerelle se charge alors d’appliquer la règle et d’envoyer les données toutes les minutes ;
    • leflux de données est ce qui permet d’appliquer une série d’opérations sur les données reçues, de nettoyage, de transformation, d’agrégation, etc., mais également de contrôle de sécurité, préalables à la phase de routage ;
    • le système de stockage s’occupe d’enregistrer toutes les données de configuration et d’exécution. C’est ici que les données gérées par le flux de données et par le routage sont organisées dans des bases de données et c’est toujours ici que sont générés les fichiers journaux du système. L’accès au stockage est important dans toutes les opérations analytiques menées au niveau du cloud, c’est la raison pour laquelle on subdivise les données avec, d’un côté, celles à ne conserver que temporairement, de l’autre, celles destinées à être conservées plus longtemps ;

la passerelle inclut

  • certaines capacités analytiques qui se révèlent particulièrement utiles lorsque des interventions en temps réel sont demandées au système, comme en cas d’anomalie sur une ligne de production nécessitant, par exemple, l’élimination ou l’interruption de certains éléments ;
  • enfin, les fonctions de management et de configuration du système sont des fonctions indispensables à son utilisation.

Pour communiquer avec le cloud, d’autres protocoles de communication de réseau entrent en jeu. En plus du fameux HTTP, standard des services web, les infrastructures IdO utilisent le Message Queue Telemetry Transport (MQTT), l’Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) et le Constrained Application Protocol (CoAP). Concernant ces derniers, renvoi est fait aux définitions proposées par Wikipédia.

Conclusion

En conclusion, on délègue à la plateforme cloud l’ensemble des fonctions nécessaires à l’élaboration des big-data et à l’interface avec les différentes acteurs concernés. On peut proposer l’exemple, qu’on avait déjà eu l’occasion d’évoquer, du projet IdO Net de la région du Piémont, qui vise à publier l’ensemble des données provenant d’une série de capteurs répartis sur le territoire pour le suivi des phénomènes environnementaux. En revanche, les fonctions les plus critiques comme l’élaboration des données en temps réel, leur agrégation et leur sécurité, ont été déplacées vers l’edge.

Concernant les applications dans l’Industrie 4.0, les fonctions edge de l’IdO permettent aux machines de production d’acquérir des capacités d’autonomie intelligente, essentiellement dans deux domaines :

  • la maintenance prévisionnelle, à savoir une maintenance préventive effectuée sur la base d’un ou plusieurs paramètres mesurés et extrapolés à travers des modèles mathématiques appropriés pour calculer le temps résiduel avant la survenue d’une panne ;
  • la réduction automatique de la défectuosité de la production, grâce à l’adoption de systèmes de contrôle en boucle fermée qui mettent en communication réciproque les appareils de diagnostic et ceux de production.

 

CadlogL’Edge Computing joue un rôle croissant dans l’Internet des Objets (IdO)

Articles Similaires

Nous vous recommandons de lire les articles suivants