Découvrez l’architecture de l’Internet des objets (IoT) pour mettre en place une structure IoT à usage professionnel.
Les futurs entrepôts, chaînes d’approvisionnement, usines de fabrication et centres logistiques seront compatibles avec l’IdO. Comme la technologie est complexe, seuls quelques géants de l’informatique savent ce qu’il y a sous le capot. Cependant, vous pouvez également le décoder en vous familiarisant avec la technologie.
Continuez à lire si vous souhaitez également rendre votre entreprise plus intelligente ou proposer des solutions IoT en tant que service. L’article explique l’architecture IoT, le cœur qui offre automatisation et commodité, et certains cas d’utilisation courants.
Table des matières
Introduction
L’IoT comprend des capteurs, des appareils et des interfaces électroniques qui collectent, traitent et envoient des données sous forme de commandes aux machines d’extrémité.
Ce sont toutes des variables ou des pièces mobiles dans un système IoT. Un cadre qui définit comment commander ces pièces mobiles et créer la structure IoT finale est l’architecture IoT.
L’architecture IoT vous indique comment connecter et exploiter les appareils, les logiciels cloud et le réseau de capteurs du système IoT. Sans oublier que le dépannage du système a également lieu au sein de l’architecture IoT.
Un cadre de base pour cela serait trois couches de composants dans un système IoT. Ceux-ci sont comme ci-dessous:
- Capteurs, actionneurs, dispositifs, etc., sous la couche de perception
- LAN, Wi-Fi, 5G, 4G, etc., créez la couche réseau
- Une interface utilisateur graphique est la couche application
L’architecture de l’IoT garantit que vous connaissez tous les composants, les flux de données et les commandes de l’appareil final au sein du système. Ainsi, vous pouvez sécuriser, prendre en charge et contrôler efficacement vos systèmes IoT.
Couches de l’architecture IoT
Une architecture de système IoT comporte différentes couches qui fonctionnent comme des supports numériques par lesquels les données des capteurs atteignent l’application cloud. Ensuite, l’application cloud prend des décisions en fonction d’un flux de travail prédéfini pour les appareils terminaux tels que les bras robotiques dans une usine de fabrication.
Enfin, ces décisions sont transmises aux périphériques d’extrémité via la même couche. La compréhension de ces couches vous permet de créer une architecture IoT réussie. Voici les couches d’architecture IoT que vous devez connaître :
La couche sensorielle/perceptive
La couche de perception se compose des dispositifs terminaux qui collectent les données de l’univers physique. Ensuite, des applications numériques peuvent analyser les données collectées.
Étant donné que cette couche reste en contact avec les objets du monde réel, les experts de l’IoT l’appellent également la couche physique. Vous trouverez ci-dessous quelques appareils notables qui se connectent à la couche de perception :
- Des capteurs tels que des gyroscopes, des capteurs de vitesse, des capteurs d’identification par radiofréquence (RFID), des capteurs chimiques, etc.
- Actionneurs et bras robotisés
- Caméras de sécurité, systèmes d’accès aux portes, etc.
- Thermostats, CVC, gicleurs d’eau, éléments chauffants, etc.
La plupart des appareils IoT industriels collectent des données pour la couche de traitement. Pour les appareils IoT à domicile, la couche de perception peut également être la couche de traitement. Par exemple, le Nest Learning Thermostat.
La couche réseau/transport de données
La couche réseau gère le transport des données entre toutes les couches d’une architecture IoT. Cette couche définit également la topologie du réseau pour l’ensemble du réseau d’appareils, d’applications cloud et de bases de données.
Les éléments vitaux 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 ci-dessus, vous pouvez compter sur les périphériques physiques suivants :
- Wifi
- Réseaux étendus (WAN)
- 4G LTE/ 5G
- Bluetooth basse consommation
- Communication en champ proche (NFC)
Grâce à cette couche, divers terminaux et applications cloud communiquent entre eux. Les données des capteurs telles que la température, la vitesse, l’humidité, etc., traversent la couche réseau pour atteindre d’autres couches.
La couche de traitement des données
La couche de traitement traite les analyses et stocke les données avant de les transférer vers un centre de données. Il comprend Edge Analytics dans Edge computing, l’intelligence artificielle (IA) et l’apprentissage automatique (ML). Des tâches cruciales telles que la prise de décisions ont également lieu dans cette couche.
La couche de traitement accomplit toutes les tâches de prise de décision. Pourtant, vous pouvez également annuler sa décision ou améliorer le système en prenant des décisions ad hoc dans la couche application – une fonctionnalité hautement nécessaire pour le contrôle humain sur les machines intelligentes.
La couche Application ou GUI
La plupart des systèmes IoT, comme 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 application.
Certaines exigences vitales pour la couche application dans une architecture IoT sont les suivantes :
- Contourner les problèmes liés aux commandes vocales
- Communiquez avec des milliers de capteurs et d’appareils terminaux à partir d’un petit écran
- Ajoutez de nouveaux appareils à un système IoT existant sans arrêter l’ensemble des opérations commerciales
- Observez la santé du système et réparez les appareils lorsque le tableau de bord indique
- Créer de nouvelles règles ou workflows pour les systèmes IoT
- Créer et suivre un accord de niveau de service (SLA)
Dans les configurations industrielles, vous aurez principalement besoin d’un tableau de bord centralisé sur un écran d’ordinateur pour observer tous les systèmes IoT. Sur le tableau de bord, vous pouvez interagir avec tout ou partie des systèmes IoT 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 et bien d’autres peuvent utiliser ces rapports. Il les aide à prendre des décisions pour l’amélioration de la productivité.
Cette couche comprend principalement des intégrations d’applications métier. Par exemple, les planificateurs de ressources d’entreprise (ERP), les applications d’informatique décisionnelle (BI), les applications de visualisation de données, etc.
Ici, les analystes de données peuvent traiter les données et les mettre dans un outil de BI comme 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 IoT
Pour la mise en œuvre d’une architecture de systèmes IoT de haut niveau, il faut comprendre les étapes de ce système :
Objets
L’étape objet commence par la mise en œuvre de la couche physique. Ici, vous devez connecter des appareils intelligents, des capteurs et des actionneurs au réseau IoT 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 configurer un intranet ou une passerelle Internet. À cette étape, les modems et les routeurs collectent des données à partir des capteurs et des terminaux.
Ensuite, ces dispositifs de passerelle transporteront 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-traitée des données numériques est énorme. Voici un système informatique de pointe.
À cette étape, vous canalisez les données collectées vers un système informatique de pointe où les algorithmes d’IA et de ML les traitent et ne conservent que les données exploitables.
Stockage en nuage/centres de données
Une fois que le système informatique périphérique a traité et filtré les données vitales, vous devez les stocker dans un stockage accessible. La couche application de l’architecture IoT se connectera à l’étape de stockage.
Une étape de stockage est principalement un stockage en cloud privé, où vous pouvez stocker des données IoT dans des bases de données structurées. Si vous recherchez des solutions abordables, vous pouvez également essayer les clouds publics.
Prérogatives non fonctionnelles
#1. Sécurité
Pour assurer la sécurité interne de l’architecture, aucun appareil non autorisé ne doit y être lié. Les appareils doivent être enregistrés et capables de communiquer en toute sécurité.
De plus, tous les utilisateurs et 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 IoT doit être compatible avec les données non structurées et 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 conditions non fonctionnelles essentielles de cette architecture.
#3. Gérabilité
L’architecture IoT doit inclure des notifications et des alertes pour tout problème. Il doit prendre en charge la gestion des solutions pour déterminer rapidement les causes des problèmes à partir d’un nœud central.
#4. Maintenabilité
Les appareils et le système IoT doivent être adaptables. L’architecture doit être suffisamment flexible pour s’adapter rapidement aux changements d’utilisateur, de processus et de données. Vous devez également effectuer la maintenance sans retarder les accords de niveau de service (SLA).
#5. Disponibilité
Certains domaines et solutions exigent la disponibilité 24h/24 et 7j/7 des systèmes IoT. Par exemple, une architecture IoT d’un hôpital ou d’un laboratoire nécessite que le système soit toujours opérationnel.
Architecture IoT dans MongoDB Atlas
Architecture IoT sur MongoDB Atlas Image de MongoDB.com
Différentes couches d’une architecture IoT produisent des téraoctets de données. L’utilisation d’une base de données cloud compatible IoT est idéale pour stocker les données de manière organisée.
L’une des meilleures bases de données cloud que vous pouvez utiliser est MongoDB Atlas. Voici quelques exemples de son utilisation dans l’architecture IoT :
- MongoDB RealmSDK et MongoDB Server pour créer une base de données et une interface. Les applications et appareils mobiles peuvent utiliser ces bases de données et interfaces.
- Au niveau de la couche réseau, vous pouvez utiliser MongoDB Atlas pour configurer et déployer des serveurs IoT.
- Utilisez MongoDB 5.0 Time-Series comme stockage pour les données de mesure IoT en continu.
- Si le système IoT connaît une connectivité réseau instable, 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 la couche métier pour extraire des informations exploitables à partir des données IoT.
Cas d’utilisation
L’architecture IoT devient chaque jour de plus en plus populaire et son utilisation dans différents secteurs augmente. Voici ses cas d’utilisation les plus courants :
#1. Soins de santé
Les cliniques et les hôpitaux génèrent des téraoctets de données inexploitées. Vous pouvez l’utiliser pour une plus grande efficacité opérationnelle et des soins aux patients.
Avec l’architecture IoT, les institutions peuvent mettre en service des données patient isolées. Les médecins peuvent rapidement obtenir et utiliser les informations pour répondre rapidement aux alertes. Les gadgets liés à l’infrastructure IoT et les moniteurs d’état de santé peuvent offrir l’état du patient en temps réel.
#2. Agriculture
Les agriculteurs peuvent utiliser l’architecture IoT pour augmenter et gérer la production de manière autonome.
Vous pouvez également voir son utilisation dans les éléments suivants :
- Surveillance de la température du sol
- Trouver les raisons d’une panne de machine
- Réglage des niveaux d’humidité et de température pour les plantations d’intérieur
#3. Fabrication
L’industrie manufacturière utilise des capteurs IoT pour mieux comprendre les processus. Ils ne sont généralement pas connectés à Internet. Ces capteurs de variantes à courte portée sont également capables de calculer les changements dans le temps.
Les autres utilisations de l’architecture IoT dans ce secteur sont les suivantes :
- 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 CVC commerciales
Le CVC est un système complexe qui ne peut pas se permettre la défaillance d’un élément ou d’une fonction. Si cela se produit, une consommation d’énergie élevée et des coûts de maintenance supplémentaires en seront les conséquences. En utilisant l’architecture IoT, il est possible de faire en sorte que les CVC fournissent une sortie satisfaisante tout en leur permettant de fonctionner à un niveau de puissance inférieur.
Assurer la cohérence et la qualité des solutions commerciales est une autre utilisation de l’IoT. Le système collecte et analyse automatiquement les données avec un minimum d’interaction de l’utilisateur pour vous informer de toute anomalie.
#5. Prévention des dégâts d’eau dans les appartements commerciaux
Les fuites et l’éclatement des conduites d’eau causent des millions de dollars aux propriétaires et aux compagnies d’assurance. L’invisibilité des connexions d’eau rend difficile la détection de la cause profonde.
Une architecture IoT correctement configurée peut alerter les utilisateurs de toute fuite en temps réel grâce à des capteurs intégrés efficaces. Il 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.
De plus, les capteurs peuvent également détecter des fuites mineures qui pourraient devenir une menace potentielle à l’avenir. Ainsi, les utilisateurs peuvent planifier des rendez-vous avec des plombiers.
L’avenir de l’architecture IdO
Bientôt, l’IoT est sur le point de connaître une avancée évolutive avec la croissance du réseau 5G. Il sera possible de traiter les données plus rapidement que jamais. Sans oublier le déploiement rapide des systèmes IoT.
En utilisant 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 pour dépassement de l’utilisation des données
- Indisponibilité de la bande passante aux heures de pointe
Derniers mots
Une architecture IoT vous indique comment connecter tous les composants d’un système IoT dans un réseau cohérent. Par conséquent, nous avons couvert tous les aspects techniques cruciaux de l’architecture de ce système.
Une connaissance détaillée des architectures IoT vous aide à créer des solutions de qualité professionnelle 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’IoT dans divers secteurs encore à explorer.
Vous pouvez également consulter nos articles sur les ressources d’apprentissage IoT et les kits de démarrage IoT.