| Titre : | Une approche cloud computing basée IoT pour le smart House |
| Auteurs : | Zouai Meftah, Auteur ; Okba Kazar, Directeur de thèse ; Belgacem Haba, Directeur de thèse |
| Type de document : | Thése doctorat |
| Editeur : | Biskra [Algérie] : Faculté des Sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la Vie, Université Mohamed Khider, 2020 |
| Format : | 1 vol. (141 p.) / ill., couv. ill. en coul / 30 cm |
| Langues: | Français |
| Résumé : |
A l’antiquité, l’homme a créé des huttes (maisons d’arbres et de peau) pour le protéger des facteurs naturels et des animaux prédateurs pour répondre aux ses besoins de sécurité, puis ces huttes se sont développées en fonction des besoins humains et matériaux disponibles de construction jusqu’à l’apparition des maisons actuels. Les maisons de nos jours sont devenues trop équipées des appareils électroniques et électriques avec l’émergence des machines domotiques, et avec l’immense diffusion de l’internet, avec tous ces facteurs technologiques et infrastructures, les besoins humains ont évolué et il est devenu possible de créer des maisons entièrement automatisées qui fournissent un environnement plus confortable et plus sûr. le couplage de ces technologies avec l’intelligence artificielle se donné naissance à un nouveau modèle de maison dite maison intelligente. La maison intelligente est une maison entièrement contrôlée et gérée par la technologie à travers un groupe de serrures et de dispositifs de télécommande (smartphones et ordinateurs). La maison est entièrement gérée via Internet ou un réseau local sans fil. Avec l’avènement du concept de l’Internet des objets et du cloud computing, les maisons intelligentes ont adopté de nouvelles fonctionnalités telles que : la maison intelligente interactive, et le contenu de ces maisons est devenu une prise de décision indépendante, une intelligence et une interaction avec l’environnement via des capteurs et dispositifs microélectroniques intégrés. Dans cette thèse, nous avons étudié le problème de la communication entre les composants de la maison afin qu’ils ne se connectent pas seulement à Internet mais aient également la capacité de communiquer entre eux et d’interagir automatiquement avec les changements qui se produisent dans l’environnement. Grâce à l’utilisation d’un système multi-agents (mobiles et située), où nous avons présenté une nouvelle architecture pour les objets en ajoutant la couche d’agent à la architecture de base de l’objet. Cette couche donne à l’objet la capacité de communiquer, de coopérer, coordonner et de partager des informations et des connaissances. Elle lui confère un degré d’intelligence et d’indépendance de décision, l’intelligence collective ré- partie entre les objets crée un système intelligent capable de prendre des décisions correctes et indépendantes. |
| Sommaire : |
Table des matières Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii Dédicaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii Résumés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi Introduction générale 1 1 Internet des Objets 5 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2 Internet des objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3 Architecture de l’internet des objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3.1 Couche de perception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3.2 Couche réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3.3 Couche d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4 Objet connecté . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4.1 Types d’informations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4.2 Types des objets connectés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4.2.1 Les objets portés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4.2.2 Les objets indépendants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4.2.3 Les objets passifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4.2.4 Les objets actifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.4.3 Capteurs et actionneurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.4.3.1 Capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.4.3.2 Actionneur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4.4 Caractéristiques fondamentales de l’internet des objets . . . . . . . . . . . . 15 vii 1.4.5 Axes de l’internet des objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.5 Domaine d’application de l’internet des objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.5.1 Maison intelligente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.5.2 La santé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.5.3 Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.5.4 Énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.5.5 Industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.5.6 Environnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.6 Technologies de communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.6.1 RFID et NFC (Near-Field Communication) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.6.2 Bluetooth Low Energy (BLE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.6.3 LiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.6.4 6LowPAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.6.5 ZigBee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.6.6 Z-Wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.6.7 LoRa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.7 Protocoles de l’internet des objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.7.1 Hypertext Transfer Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.7.2 WebSocket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.7.3 MQ Telemetry transport (MQTT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.7.4 Constrained application Protocole (CoAP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.7.5 Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP) . . . . . . . . . . . . . . 26 1.8 Système embarqué . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.8.1 Définition du système embarqué . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.8.1.1 Microcontroller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.8.1.2 Les entrées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.8.1.3 Les sorties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.8.1.4 Interfaces de communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.8.2 Caractéristiques d’un système embarqué . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.8.3 Structure de base d’un système embarqué . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 viii 1.8.4 Tendances futures des systèmes embarqués . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2 Cloud Computing 32 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2 Définition du Cloud Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3 Caractéristiques du cloud computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.1 Abstraction sur la localisation des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.2 Souscription en ligne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.3 Tarification « Freemium » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.4 Accès depuis n’importe quel appareil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4 Techniques de virtuatisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.4.2 Virtualisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.5 Services Cloud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.5.1 Software as a Service (SaaS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.5.1.1 Les avantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.5.1.2 Les inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.5.2 Platform as a Service (PaaS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.5.2.1 Les avantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.5.2.2 Les inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.5.3 Infrastructure as a Service (IaaS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.5.3.1 Les avantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.5.3.2 Les inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.6 Modèles de cloud computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.6.1 Cloud privé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.6.2 Cloud public . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.6.3 Hybride cloud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.6.4 Cloud communautaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.7 Avantages et inconvénients du Cloud Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 ix 2.8 Edge computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.8.1 Fondamentaux de l’edge computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.8.1.1 Edge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.8.1.2 Edge device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.8.1.3 La passerelle Edge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.8.2 Edge computing et Fog computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.8.3 Domaines d’application pour les architectures d’edge computing . . . . . . 48 2.8.4 Avantages et inconvénients de l’edge computing . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3 Approches de l’IoT dans la maison intelligente 52 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.2 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3 Définition de la maison intelligente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.4 Travaux connexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.4.1 Travaux exploitant l’IoT dans le smart house sans le cloud . . . . . . . . . . . 59 3.4.2 Travaux exploitant l’IoT dans le smart house via le cloud . . . . . . . . . . . 60 3.4.3 Travaux sur les architecture des smart houses . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.4.4 Travaux sur les architecture des objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.4.5 Travaux sur les robots basés internet des objets . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4 Modélisation de la nouvelle approche 66 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.2 Architecture générale du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2.1 Description des couches et des composants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.2.1.1 Edge nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2.1.2 Fog nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.2.1.3 Cloud Node . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.3 Architecture détaillée de système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.3.1 IoT Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 x 4.3.2 Agent de sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.3.2.1 Diagramme d’état . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.3.3 Dispositif IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.3.4 Agent de santé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.3.5 La modélisation de l’IoT Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.3.5.1 Description de IoT Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.3.5.2 Diagramme d’état . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.3.6 Simulateur de maison intelligente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.3.6.1 Conception de l’API Simulateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.3.6.1.1 Composantes de l’API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.3.6.1.1.1 Interface utilisateur graphique (GUI) du simulateur : 80 4.3.6.1.1.2 interface de programmation d’application (API) : . . 81 4.3.6.1.1.3 User Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.4 Communications des composants de notre architecture . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.4.1 Communication des edge nœuds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.4.2 Perspicacité et Communications sur les edge nœuds . . . . . . . . . . . . . . 83 4.5 Modèle de coopération utilisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.5.1 Communication entre les objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4.5.1.1 Scénario de détection des voisinages : . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.5.1.2 Scénario de détection de défaut : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5 Résultat et mise en oeuvre 89 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2 Outils et plateformes utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.3 Plateforme JADE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.3.1 Présentation générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.3.2 Architecture du logiciel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.4 Simulateur smart house . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.4.1 Présentation des interfaces de simulateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 xi 5.4.1.1 Lancement de l’interface graphique du simulateur . . . . . . . . . . 93 5.4.1.2 Manipulation des états IoT VD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.4.1.3 Manipulation de l’IoT VS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.4.1.4 Afficher le tableau des statuts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.5 IoT Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 5.6 IoT device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 5.6.1 Composantes électroniques de IoT device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 5.6.1.1 PIR Motion Sensor (HCSR501 PIR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 5.6.1.2 Capteur d’humidité et de température (DHT-11) . . . . . . . . . . . 101 5.6.1.3 Raspberry Pi Model B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.6.2 Câblage et circuit éléctronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.6.3 Fonctionnalités de IoT device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Conclusion générale et perspectives 108 A Liste des publications 110 A.1 Revues Internationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 A.2 Conférences Internationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Annexe 110 Bibliographie 112 |
| En ligne : | http://thesis.univ-biskra.dz/id/eprint/5330 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut |
|---|---|---|---|
| TINF/154 | Théses de doctorat | bibliothèque sciences exactes | Consultable |
