CAHIER ANVAR. Réseau de capteurs intelligents, centralisé sur un serveur d application, adapté à la gestion et l économie d énergie en entreprise.

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1 CAHIER ANVAR Equipe. Contact... Projet. Produit commercialisé. Description... SENSODIA / ECO Global ECO Réseau de capteurs intelligents, centralisé sur un serveur d application, adapté à la gestion et l économie d énergie en entreprise. Date... Vendredi 7 avril 2006 Historique des versions. Contenu. 1.0 : 29 mars 2006 : Mise en commun des parties 1.1 : 31 mars 2006 : Première correction pour revenir à 30 pages 1.2 : 7 avril 2006 : Seconde correction, partie D2 augmentée, relecture finale D1 Présentation globale du projet D2 Caractéristiques techniques D3 Positionnement de notre solution D4 Stratégie marketing et commercialisation D5 Gestion de projet D6 Aspects budgétaires Respect the world, sense the energy! 1-30

2 D1 : PRESENTATION GLOBALE DU PROJET L entreprise Sensodia : Sensodia est une SARL au capital de 8 euros, nouvellement créée en février 2006, dont le siège social est situé à Villeurbanne. Spécialisée dans les réseaux de capteurs et les systèmes informatiques appliqués à la gestion de l énergie au sein de l entreprise, Sensodia se place dans une logique d'externalisation de service dans le cadre de l'économie d'énergie en entreprise et devient ainsi un prestataire de service. En plus de l attitude de se placer constamment au service du client, une volonté citoyenne et un respect de l environnement conditionnent la philosophie de Sensodia. ECO constitue le premier produit développé par Sensodia et se veut être une révolution en la matière. Notre équipe : Notre équipe se compose des huit jeunes ingénieurs fondateurs de l entreprise Sensodia. Cet esprit entrepreneur et motivé nous caractérise, ainsi que jeunesse et dynamisme. Chaque membre apporte à l équipe son expérience professionnelle, ses idées propres et ses compétences dans le domaine et contribue activement à la bonne synergie de l équipe. Une alchimie unit nos profils très différents et nos spécialités complémentaires qui allient le développement technique au génie marketing, permettant l originalité et la variété des idées, ainsi que notre propension à surmonter les problèmes, nous rendant aptes à développer ce projet de bout en bout. Contexte global : Nous sommes témoins aujourd hui d une constante augmentation des prix du pétrole, de l électricité, du gaz, de l eau, et de toutes les ressources qui nous sont devenues indispensables. Ceci nous concerne tous, et plus particulièrement les entreprises, importantes consommatrices de ressources. De plus, le comportement citoyen, le respect de l environnement et l écologie et le développement durable sont des problématiques importantes, qui deviennent de plus en plus des questions d actualité. Les enjeux liés à la gestion énergétique sont importants et débouchent sur un secteur très porteur. L aspect innovant de notre solution particulière nous positionne dans une partie de marché restée relativement vierge, ce qui nous assure une place stable et confortable. Notre produit : Global ECO est notre solution s appuyant sur le système technique ECO, qui combine un réseau de capteurs à un serveur d application, dédiés à la gestion et l économie d énergie pour les entreprises. Notre solution comprend donc non seulement le produit technique ECO, mais en sus un service de conseil basé sur notre expertise. Global ECO consiste en un réseau de capteurs à faible consommation d'énergie déployé dans l entreprise, et dont la fonction est triple : capter les différentes sources d énergie et remonter les informations au noyau, traiter les données recueillies, et finalement rétroagir sur les équipements sources. Parmi les ressources que Global ECO traite figurent l éclairage électrique, le chauffage, l eau, la qualité de l air, la présence humaine, etc., ceci permettant un contrôle global de tous les types d énergie. Notre but est de rendre facile, instantanée et fiable la gestion de l énergie en entreprise. Toute la technique étant encapsulée dans le noyau, seule une interface web, sécurisée et accessible à distance, intuitive et claire est présentée à l utilisateur. Celui-ci sera averti des alertes, pourra interroger des zones précises, établir des statistiques, consulter les données en mémoire, et rétroagir sur les éléments actifs, tout cela instantanément et sans avoir à se déplacer! L alliance d une technologie nouvelle et hybride avec notre savoir faire en la matière est la garantie pour les entreprises de réaliser de réelles économies énergétiques, ainsi que de se forger une image citoyenne. Respect the world, sense the energy! 2-30

3 L aspect innovation : Ce projet est innovant, audacieux et original pour trois raisons. L association de réseaux de capteurs avec un serveur d application confère à ce système bipolaire des fonctionnalités nouvelles et accrues. Par ailleurs, notre solution se veut bénéficier d une compatibilité et d une modularité globale, permettant le traitement de données hétérogènes, l indépendance de la topographie, et la compatibilité entre différents types de capteurs. Enfin et surtout, l utilisation de notre solution nous permet de nous positionner en tant que conseillers en gestion d énergie, et de mettre notre expertise au service de l entreprise en proposant une réelle externalisation de services. La combinaison de ces trois aspects innovants confère à la solution une forte valeur ajoutée, et nous assure de nous démarquer par rapport aux solutions déjà existantes sur le marché. Notre stratégie marketing : Pour vendre Global ECO, nous allons nous appuyer sur toutes les méthodes de vente utilisées classiquement : site web de Sensodia, présence sur les salons énergétiques, démarchage des entreprises, publicité dans la presse et les sites web spécialisés, etc. De plus, nous souhaitons établir des accords avec les entreprises spécialisées, telles que les installateurs électriques ou encore les fournisseurs d énergie, pour nous faire connaître et trouver des partenaires. De par cette omniprésence active, nous espérons toucher les entreprises et acquérir des parts de marché. Notre stratégie management : Pour mener à bien ce projet, nous avons formé une équipe dynamique et complémentaire, au sein de laquelle, la communication est le point fort. Des réunions sont régulièrement effectuées afin de maintenir tous les membres informés de l avancement en détail des différentes parties du projet. Chaque personne est responsable d une tâche précise, et les décisions importantes sont votées. Il est aussi prévu d adopter une stratégie d extreme programming pendant la phase de développement, méthode qui nous permettra de coder en binôme en en changeant régulièrement, afin d être constamment au fait de l avancée de toutes les parties du projet. Nous avons donc une politique de management où les connaissances et les responsabilités sont partagées. Le lot 1 : cadre du projet PI : Le développement de notre solution s inscrit pour partie dans le cadre du module Projet Innovant du département Télécommunication de l INSA de Lyon. Cela constitue le premier lot, qui sera réalisé durant la période PI du 25 janvier au 24 juin Figure 1 : Intégration du cycle du projet dans le PI Respect the world, sense the energy! 3-30

4 D2 CARACTERISTIQUES TECHNIQUES A - ARCHITECTURE LOGICIELLE 1) Idée générale Le service repose sur un réseau de capteurs, relié à un serveur permettant d une part de stocker et visualiser les données recueillies, et d'autre part d exécuter la rétroaction. Le réseau de capteurs sert à mesurer les données et à les acheminer jusqu'au serveur. A terme, le matériel déployé doit permettre l'intégration de nombreux services de mesure de consommation d'énergie : dans un premier temps, il est prévu de mesurer la température et la luminosité. Des extensions comme la gestion de la consommation d'eau, de gaz, et d'électricité peuvent être imaginées par la suite. Une des principales problématiques de ce réseau de capteurs est de limiter sa propre consommation énergétique. Le logiciel fait tout d abord office de point de centralisation de l'information, en la stockant dans une base de données. Une interface ergonomique permet de visualiser les informations recueillies dans l'espace et dans le temps, grâce à des graphiques et des plans des lieux. L'application, programmée en JAVA, sera déployée sur un serveur d'application J2EE : JBoss. Une telle technologie permet de déployer des applications et des interfaces web personnalisées facilement et rapidement. Comme le réseau est composé d'éléments simples, toute l'intelligence de notre service est centralisée dans l'application serveur, qui nécessitera une longue période de développement. La dernière partie du service, la rétroaction, sera réalisée à chaque fois en collaboration avec les clients et les fournisseurs associés au service (chauffagiste par exemple). L'architecture logicielle mise en place doit donc permettre une intégration facile des modules de rétroaction. Cela sera notamment réalisé grâce à un système d'alarmes paramétrable. Figure 2 : Schéma global Respect the world, sense the energy! 4-30

5 2) Architecture logicielle a : Les différentes fonctionnalités Nous pouvons classifier les fonctionnalités importantes du logiciel dans les catégories suivantes : Gestion des données : visualisation (consultation de la consommation instantanée, des résumés, évolution dans le temps, possibilité d une carte des lieux), modification, suppression, requêtes instantanées. Configuration de l'application : paramètres globaux, paramètres de stockage, gestion des modules de rétroaction et des connecteurs réseaux. Configuration du réseau de capteur : périodes de mesure et d'envoi des données, mode arrêt/marche/relais/mesure. A noter que les capteurs sont télé configurables, soit individuellement, soit par groupe. On a également la possibilité, à tout moment, de découvrir la topologie du réseau et les services qu il offre. Gestion des utilisateurs : ajout/modification/suppression, connexion/déconnexion, système de droits/profils. Analyse de données : mise en place d'alarmes/seuils pour chaque composant de rétroaction, tableaux de bords (pour faire la synthèse des données mesurées dans le réseau). Figure 3 :Diagramme des cas d'utilisation b : Architecture applicative L'application, déployée sur un serveur d'application J2EE (JBoss), est de type modulaire. Elle est composée : d'un noyau autour duquel se greffent des modules : à son démarrage, il charge les paramètres de l application (stockés sous forme de fichiers textes), et tous les modules installés. d un lot de connecteurs : sous forme d EJB, ils servent d interface entre le noyau et les différents types de réseaux physiques, afin d abstraire la technologie des capteurs déployés au niveau application. d un module d'affichage : en JSP, il offre aux utilisateurs une interface graphique distante aux différentes fonctionnalités de l application. Notons que l on peut offrir des services différents en fonction de l utilisateur. d un module de stockage des données : il s agit d Entity Beans attachés à une base de données MySQL. des modules de rétroaction : sous forme d EJB, ils seront développés spécifiquement pour chaque client, afin de s adapter au mieux à leur besoin. Respect the world, sense the energy! 5-30

6 Figure 4 : Architecture de l'application Sensodia c : Protocole applicatif i : Résumé et entête Toute «l'intelligence» de l'application Sensodia est centralisée au niveau du serveur d application. Ce choix est principalement motivé par le besoin d'évolutivité de l'application. Aujourd'hui, nous avons imaginé utiliser des capteurs pour faire des relevés de température et de luminosité,... Pour autant, notre protocole applicatif ne doit pas se restreindre indéfiniment à ces fonctionnalités. Cela suppose la possibilité de mettre à jour l'application. Or, si une telle mise à jour logicielle est relativement simple à réaliser au niveau du serveur d'application, elle serait au contraire très fastidieuse à réaliser sur plusieurs milliers de capteurs. Ainsi la couche applicative du capteur a été simplifiée au maximum, pour ne permettre que quatre fonctionnalités : l'envoi périodique de données par un capteur, la possibilité de faire des requêtes spécifiques à partir du serveur, la télé-configuration et finalement la découverte de service. ii : Services et format des données Bien que les services ne seront normalisés que lors de la phase d'analyse fonctionnelle, leur format est d ores et déjà défini. La liste des services supportés par un capteur (de 1 à 3) sera codée sur 2 octets, chaque bit représentant un service particulier : le nombre de services supportés par le système est donc limité à 16. Notons que la première version du protocole applicatif n implémentera pas ces 16 services, puisqu on se limitera dans un premier temps à la température et à la luminosité. Les 14 services inutilisés permettront d augmenter les capacités futures d ECO sans poser de problèmes de rétro compatibilité. Exemple d encodage : désigne le premier service, désigne le seconde service, désigne le premier et le second service. En ce qui concerne les données, elles seront envoyées au format TLV où T correspondra aux services suivant l encodage ci-dessus, L au nombre de données et V aux différentes valeurs. Respect the world, sense the energy! 6-30

7 iii : Fonctionnalités La première des fonctionnalités est l'envoi périodique des données captées. Les données sont transmises des capteurs vers le serveur dans des paquets DATA. Les capteurs pouvant éventuellement embarquer plusieurs sondes (jusqu à trois), il peut être nécessaire d'envoyer plusieurs types de données à la fois. Deux variables caractérisent chaque capteur : la période de mesure des données, et la période de transmission de ces dernières (on peut par exemple relever une valeur de température toutes les minutes, et transmettre 10 valeurs dans le même paquet DATA après 10 minutes). La perte occasionnelle des données n'étant pas forcément critique, l acquittement des paquets est une fonctionnalité optionnelle : l entête d un paquet DATA contient un ID, incrémenté à chaque envoi de données afin de pouvoir ordonner les paquets côté serveur. La seconde fonctionnalité est la possibilité pour le serveur de faire une requête de données. Dans sa requête, le serveur précise au capteur le type des données demandées et leur quantité, dans un paquet REQUEST. La réponse du capteur est encapsulée dans un paquet de type REPLY, dont l ID est identique à celui du paquet REPLY. La troisième fonctionnalité est la découverte des services offerts par le capteur. Si le protocole réseau permet la découverte de la topologie, il est nécessaire au niveau applicatif de connaître les services offerts par le réseau. La découverte de service est réalisée par un couple de paquets REQUEST / REPLY : le paquet REQUEST, normalement utilisé pour demander des données au capteur (en utilisant l encodage des services tels que décrit dans la partie précédente), lui demandera les services offerts en ne lui demandant aucune donnée particulière (c est-à-dire avec 16 bits de services placés à 0). Le capteur comprendra alors cette requête comme une interrogation sur les services offerts, et répondra avec un paquet REQUEST dans lequel il placera à 1 les bits correspondant aux services qu il propose. La dernière fonctionnalité applicative est la télé-configuration d'un capteur. Celle-ci s effectue à l aide de paquets CONFIG, systématiquement acquittés par des paquets ACK. La configuration des capteurs est notamment utile pour régler les périodes de mesures et de transmissions des données, et le mode de fonctionnement des capteurs (ON : le capteur fonctionne normalement, OFF : le capteur est en veille, il ne traite plus que les paquets de configuration, RETRANSMIT : le capteur se comporte comme un relais, ie ses sondes ne sont plus utilisées, mais la couche réseau et la retransmission des paquets de proche en proche reste active). Un paquet CONFIG_GET permet au serveur de demander au capteur sa configuration et le paquet CONFIG_SET permet de la mettre à jour. Des renseignements supplémentaires concernant nos protocoles de communication sont disponibles sur notre site web, B - ARCHITECTURE MATERIELLE 1) Contraintes techniques Les matériels devant être déployés dans tous types de locaux, une transmission de type radio s est imposée également pour remonter les informations des capteurs au serveur d'application : il n'est en effet pas raisonnable d'effectuer de lourds travaux de câblage dans des bâtiments pour relier des centaines de capteurs! La transmission radio impose néanmoins certaines contraintes : la portée radio des capteurs est limitée, le spectre radio peut ne pas être libre de droit, les interférences. Respect the world, sense the energy! 7-30

8 2) Une offre matérielle complète L'offre ECO s'appuie sur cinq composants matériels : des capteurs CITI, un serveur d application Sensodia, des relais Sensodia, des concentrateurs Sensodia, et des rétro actionneurs. a : Les capteurs CITI Développés au laboratoire CITI de l'insa de Lyon, nos partenaires dans ce projet, les capteurs CITI se présentent sous la forme d'un parallélépipède de taille 6 x 4 x 2 cm, alimenté par le réseau électrique 220V. Ils embarquent un microcontrôleur Texas Instruments de type MCP430 associé à 1 Mo de mémoire vive, et une puce radio Chipcon de type CC1100, utilisant les bandes de fréquences ISM. La puissance d'émission, limitée à 10mW, permet une portée d'environ 30m en milieu ouvert, et 5 à 10m en milieu fermé. Chaque capteur peut embarquer trois sondes, par exemple une pour la température, une pour la luminosité, et un détecteur d'ouverture de fenêtre. d'eco. b : Le serveur d application Sensodia Il s'agit d'un simple PC qui héberge toute l'architecture logicielle et réseau nécessaire au bon fonctionnement c : Les relais Sensodia Les capteurs utilisent un mode de communication ad hoc 1 : cela suppose que le réseau doit être connexe 2. Dans certains cas, il se peut que la couverture radio des capteurs soit insuffisante pour assurer la connexité. On peut donc assurer le routage des paquets avec des relais : ceux-ci ont une architecture matérielle semblable à celle des relais CITI. Ils n'embarquent toutefois pas de sondes, et leur firmware 3 est simplifié à la seule gestion de la retransmission des paquets. d : Les concentrateurs Sensodia S'il est facile de concevoir un réseau de type ad hoc à l'échelle d'un bâtiment, en revanche, comment relier deux bâtiments éloignés entre eux? Les concentrateurs Sensodia fournissent une solution permettant de recueillir les informations fournies par les capteurs de tout un bâtiment, puis de les transmettre au serveur d application distant par le biais d'un réseau TCP/IP, de type Internet. Un concentrateur Sensodia se présente sous la forme d'un mini PC, équipé de la connectivité nécessaire pour collecter les paquets reçus des capteurs CITI et les transmettre au serveur d application. 1 Mode de communication dans lequel chaque entité communique directement avec sa voisine : pour communiquer avec d'autres entités, il lui est nécessaire de faire passer ses données par d'autres qui se chargent de les acheminer. 2 Un réseau est connexe si et seulement si il existe un chemin entre chacune de ses entités. 3 Logiciel embarqué sur le microcontrôleur. Respect the world, sense the energy! 8-30

9 e : Le protocole réseau i : Un protocole basique Afin de gérer le routage des paquets dans le réseau de capteurs CITI ad hoc, Sensodia a écrit un protocole réseau adéquat, basé sur le nombre de sauts minimal, dont le code source est disponible sur le site de Sensodia. Ce protocole, très simple, offre trois fonctions basiques : 1. Découvrir la topologie (arbre) du réseau 2. Envoyer un paquet depuis la racine de l'arbre (le serveur d application) vers n'importe quel capteur CITI, 3. Envoyer un paquet depuis un capteur CITI vers le serveur d application. On remarquera en particulier que nous n'avons pas la possibilité de transmettre un paquet entre deux capteurs (cette fonctionnalité étant inutile pour notre application), et qu'on ne gère pas le broadcast (celui-ci étant géré au niveau application en envoyant un paquet à destination de chaque capteur). ii : Principe de fonctionnement Seul le serveur d application connaît au final la topologie du réseau. Il la découvre en émettant un paquet HELLO, reçu par tous les capteurs à portée du serveur. Ceux-ci répondent au serveur en lui envoyant un paquet HELLO_REPLY, dans lequel ils indiquent leur identité. A leur tour, ces capteurs (notons les C1) réémettent le paquet HELLO initialement émis par le serveur : il sera alors reçu par tous les capteurs à portée radio (appelons les C2), qui vont répondre par un HELLO_REPLY, qu'ils vont transmettre au serveur en passant par le capteur C1 à portée radio ayant le plus petit identifiant. Durant la transmission, C1 inscrit dans le paquet qu'il se situe sur le chemin entre C2 et le serveur... Finalement, le serveur connaît toute la topologie du réseau, et les capteurs stockent un minimum d'information en mémoire : leur identifiant (qui est en fait un identifiant matériel unique défini à la fabrication du capteur), le nombre de sauts jusqu'à la source, et le prochain saut pour aller à la source. Pour envoyer un paquet TO_ROOT depuis un capteur vers la source, le capteur se contente alors d'émettre un paquet vers le prochain saut, qui le relaiera lui même jusqu'au prochain saut, etc. jusqu'au serveur. Pour envoyer un paquet TO_SENSOR depuis le serveur jusqu'à un capteur, le serveur écrit dans le paquet le chemin que doit emprunter le paquet, ainsi chaque capteur sait retransmettre le paquet de manière à ce qu'il arrive bien à destination. Notons que cet algorithme du plus court chemin se base sur le nombre de sauts. iii : Déroulement de l algorithme de découverte Imaginons un réseau de 5 capteurs sans fils relié à un capteur racine déclaré «ROOT». Ce dernier, relié directement au serveur ou au concentrateur Sensodia initie le protocole de routage. Respect the world, sense the energy! 9-30

10 Etape Schéma (Figures 5.1 à 5.9) Description Etape 1: Envoi périodique de paquets HELLO par la racine. La racine envoi un premier message HELLO(ROOT,0) qui donne l'adresse du noeud et sa distance de la racine. Ici on peut voir que les capteurs A et B reçoivent le paquet Etape 2: Réponse par un paquet HELLO_REPLY Les capteurs A et B ont reçu le paquet HELLO et y répondent via un paquet HELLO REPLY (source, next_hop,nb_sauts,chemin). Ils ont tous les deux élus ROOT comme next_hop vers la racine. La racine sait en recevant ce message que les noeuds A et B sont directement joignables. Etape 3: A et B envoient des paquets HELLO. Les noeuds A et B envoient des paquets HELLO(source, nb_saut) avec nb_saut à 1. C et E reçoivent ces paquets. Etape 4: C et E répondent par des paquets HELLO_REPLY. Les noeuds E et C répondent par des paquets HELLO_REPLY avec comme destination respectivement A et B, leurs prochains sauts, et 1 comme nombre de sauts. Respect the world, sense the energy!

11 Etape Schéma (Figures 5.1 à 5.9) Description Etape 5: A et B relayent les paquets HELLO_REPLY. A et B relayent les paquets HELLO_REPLY en modifiant la destination et le nombre de saut et le chemin pour parvenir aux sources. Le serveur possède alors le plus court chemin pour aller aux deux noeuds. Etape 6: A et B envoient des paquets HELLO. D reçoit les deux paquets HELLO de la part de C et E. Les deux paquets comportant le même nombre de sauts vers la racine, l'élection se fait sur l'adresse. C est donc élu comme prochain saut par D. Etape 7: D répond par un paquet HELLO_REPLY. D envoi un paquet HELLO REPLY à son prochain saut C. Etape 8: C relaie le paquet HELLO_REPLY. B relaye le paquet HELLO_REPLY d'origine D en incrémentant le nombre de saut et en modifiant la destination ainsi que le chemin. A ou E ne relaient pas le chemin car ils ne sont pas destination du paquet. Respect the world, sense the energy!

12 Etape Schéma (Figures 5.1 à 5.9) Description Etape 9: B relaie le paquet HELLO_REPLY. Dernière étape, B relaie une dernière fois le paquet à destination de la racine en incrémentant à son tour le nombre de sauts et en modifiant la destination et le chemin. La racine à partir de ce moment le plus court chemin en nombre de saut pour atteindre chaque noeud (modélisé par des liens sur les schémas). iv : Fiabilité et gestion des collisions On peut rencontrer deux types d'erreurs de transmission : - Des collisions sur le canal radio, lorsque deux capteurs à portée radio émettent un paquet en même temps. - Des perturbations temporaires sur le canal radio. Des collisions risquent surtout d'intervenir lors de la découverte de la topologie réseau ; le nombre des collisions est d'autant plus important que le nombre de capteurs à portée radio est élevée. On peut limiter leur nombre par des timers : quand un paquet est prêt, il est émis au bout d'un temps aléatoire compris entre 0 et 2 secondes. Les erreurs de transmission d'une manière générale sont détectées par un algorithme de type CRC au niveau liaison : seuls les paquets corrects sont transmis aux couches supérieures. Le protocole réseau est de type non connecté : lorsqu'un paquet est perdu, il n'est pas retransmis, la fiabilité est gérée par la couche application. Respect the world, sense the energy!

13 v : Distribution des protocoles dans le réseau La pile protocolaire est distribuée dans le réseau de capteur sans fils comme suit : Figure 6 : Pile protocolaire distribuée Les capteurs embarquent une petite couche application, se contentant de gérer la télé-configuration et l'envoi des données. Les éléments du réseau inactif tels que les répéteurs ne possèdent que la couche réseau, leur seul but étant d étendre la portée radio. Finalement, l'application embarque toutes les couches réseau et concentre toute l'intelligence de notre application. vii : Notre prototype Nous nous engageons à réaliser, à l'issue de trois mois de travail, un premier prototype de notre produit. Ce dernier aura pour but de mettre en évidence les atouts et défauts du produit, dans le but de l'améliorer et de prouver la viabilité de notre projet. Cela nous permettrait aussi une première expérience utilisateur, afin de tester l'ergonomie du système, et offrir par la suite une meilleure prise de contrôle du système. Ce prototype permet aussi de répondre aux délais de développement inhérents aux réseaux de capteurs : il s'agit encore d'une technologie en développement dans les laboratoires, on ne peut être sûr de sa date de disponibilité, même si elle semble aujourd'hui imminente. Cela ne nous empêche pas dans un premier temps de nous focaliser sur le développement de l'application, et plus particulièrement son module d'analyse et de présentation des données. C'est pourquoi nous envisageons, pour le premier prototype, de simuler les capteurs sans fils à l'aide de PC portables munis de sondes thermiques Thermocron ibutton. On peut même démontrer l'interopérabilité matérielle de notre solution, en réalisant un réseau de capteurs sans fils ad-hoc simulé par des ordinateurs WiFi, parallèlement à un réseau filaire, simulé par des ordinateurs Ethernet, avec le serveur collectant les données au centre de ces deux architectures. Dans le premier cas, nous développerons une couche réseau Sensodia.Net permettant de créer un réseau ad-hoc par dessus UDP. Dans le second cas, la couche Sensodia.Net servira d'interface entre la couche applicative et la couche UDP. Respect the world, sense the energy!

14 Figure 7 : Délimitations du prototype Figure 8 : Schéma du prototype Le prototype comportera également un serveur exécutant toute la couche applicative Sensodia, chargée de collecter les données et de les traiter. Cette première version de l'application se limitera en revanche à la gestion de la température : elle permettra en outre de visualiser les évolutions de la température capteur par capteur, de présenter une carte actualisée de la température, mais il ne disposera pas, à ce stade, de toutes les possibilités de rétroaction. Ainsi il ne réajustera pas la température d'une pièce, mais se contentera de remonter des alarmes. Le serveur sera d'ores et déjà sécurisé, gérera les utilisateurs (administrateur ou client), et permettra la visualisation des résultats, le tout en utilisant un simple navigateur Web. Concernant la technologie sous-jacente, ce serveur tournera avec des technologies Open-Source éprouvées : un système d'exploitation Linux, un serveur d application JBoss (exécutant l'application Sensodia), et une base de données MySQL. Respect the world, sense the energy!

15 D3 POSITIONNEMENT DE NOTRE SOLUTION A - ETUDE DU MARCHE ET POSITIONNEMENT DE LA SOLUTION 1) Contexte actuel global Afin de déterminer s il est opportun de lancer notre solution ECO et de mieux appréhender l environnement du marché, il est primordial d effectuer une étude des solutions actuellement présentes dans le domaine de la gestion d énergie. La réalisation de cet état de l art nous apportera deux types d informations : - Nous effectuerons une synthèse complète de l état actuel du marché afin de cerner au mieux notre domaine propre. - Nous déterminerons précisément les cibles potentielles pour notre produit. En fonction des éléments collectés, nous serons à même de positionner notre solution en misant de plus sur les nombreux aspects innovants qu elle possède. Une parfaite prise en compte du marché où évoluera ECO ainsi que des caractères innovants sont une des clés pour réussir notre projet et minimiser les risques inhérents à toute nouveauté. Situons tout d abord le contexte d étude. Les économies d énergie ne sont pas seulement un phénomène de mode, c est une réalité et maintenant une nécessité tant pour les entreprises que pour les particuliers. Les ressources en énergie ne sont pas inépuisables, toutes les études montrant que les énergies fossiles ne dureront pas éternellement. Les économies d énergie sont ainsi devenues un facteur clé dans les entreprises et la norme en est l une des preuves. Depuis le début des années 90 en France, les économies d énergies réalisées sont de plus en plus conséquentes. De plus, la société Nike qui a économisé $ soit 1,75 millions de kwh pour son siège social (chiffres de 2001 source : Eden Les TIC au service d une énergie durable). Cela prouve que les économies d énergie peuvent être conséquentes pour les entreprises et constitue ainsi un marché porteur. Quatre raisons essentielles nous poussent à nous montrer très optimistes quant à l avenir de notre solution : - L ouverture du marché du gaz et de l électricité en France et en Europe va permettre aux entreprises de choisir leur fournisseur. Nous pouvons dans un tel contexte faire le lien entre ces fournisseurs et l entreprise dans le cadre d une offre globale de prestation de services en gestion d énergie (mieux détaillée par la suite). - Le durcissement des lois et des règles concernant l environnement oblige les entreprises à adopter des démarches s inscrivant dans le cadre du développent durable. On peut citer parmi ses contraintes le «Rapport de développement durable» obligatoire depuis trois ans pour les entreprises les plus importantes de France et qui permet entre autres, de rendre compte de toutes les actions entreprises afin de réduire leur l impact sur l environnement. - Le prix de l énergie n a fait qu augmenter ces dernières années et selon les spécialistes la tendance n est pas prête à s inverser. La dernière en date, l augmentation du prix du gaz, est de 7%. Les entreprises se rendent compte que ces augmentations pèsent de plus en plus sur leur budget et la solution que nous proposons serait la bienvenue. - Plusieurs entreprises tentent d avoir une certification ISO et cela afin d améliorer leur image auprès de leurs clients. C est un phénomène qui a tendance à se généraliser de plus en plus. L offre que nous proposons peut profiter pleinement de cette mouvance. 2) Les solutions concurrentes ou alternatives a : Solutions orientées pour les particuliers Concernant les solutions du marché répondant aux besoins spécifiques des particuliers, force est de constater qu une multitude d offres existent, tant au niveau du réglage des chauffages que des dépenses d électricité. Les plus courantes sont la lumière, le chauffage, et la domotique. Respect the world, sense the energy!

16 Pour gérer l éclairage, la principale technologie utilisée actuellement est la technique de l'infra rouge : lorsqu une présence est détectée, la lumière s'allume durant un certain temps, puis s éteint à nouveau si personne n est détecté. Cette solution est simple, automatique, et non intelligente. Le contrôle du chauffage à distance est une technique très utilisée, par téléphone ou télécommande, pour activer la mise en route du système ou changer le réglage rapidement suivant l endroit où l on se trouve Ces techniques de contrôle du chauffage ne sont pas automatiques et nécessitent l intervention du client. Nous en voulons pour preuve la solution proposée par De Dietriech, entreprise possédant la solution Diematic3. Il existe aussi des offres automatiques, basées sur le principe du thermostat : le particulier règle le système pour que la température d une pièce soit maintenue à une certaine valeur. Dans le secteur de la domotique, avec pour exemple la société Hestia-France, on trouve principalement des applications qui sont destinées aux particuliers. Un système complet intègre le contrôle du chauffage, de la climatisation (par l emploi de sondes de température), et comprend des capteurs de présence ainsi qu un système d'alarme en cas de problème. Conclusion : Les solutions à destination des particuliers sont très spécialisées, et n intègrent pas l ensemble des fonctionnalités. Cela est dû au fait que les particuliers possèdent des petites structures, avec peu de caractéristiques à monitorer et des économies substantielles faibles. On remarque cependant que le nombre conséquent d entreprises proposant des solutions très variées de gestion d énergie confirme d une part que ce secteur constitue un marché porteur avec de nombreux clients, et d autre part que la cible des particuliers reste très prisée par ces nombreuses sociétés. Prenant en compte ces aspects, nous n envisageons pas de cibler les particuliers, préférant nous orienter vers les grandes entreprises dont les besoins sont tout autres. b : Solutions orientées entreprise Parmi les solutions existantes pour les demandes spécifiques des entreprises, il n existe qu un seul produit possédant de nombreux points communs avec notre propre solution. Il est commercialisé par la société Cristal Control, qui propose du matériel permettant de gérer le chauffage dans les bâtiments (entreprises ou particuliers), et de commander les lumières à distance. On peut par ailleurs citer un autre produit, LonWork, développé par la société Echelon. Cette solution est un protocole avec lequel, la société Echelon est capable de faire ce que nous voulons réaliser, mais seulement au niveau des extrémités de la chaîne (récupérer les informations, et contrôler les éléments à distance). Il existe également quelques sociétés qui commercialisent des solutions répondant spécifiquement aux besoins de l'industrie, dont une des plus renommée est Dust Networks. Celle-ci propose des packages comprenant des réseaux de capteurs de nature et de spécificité différente, sans fil, ainsi que des solutions de gestion permettant de centraliser, stocker, surveiller et agir sur les indicateurs relevés. Trois catégories de services sont proposées dans le domaine de l économie d énergie, de la sécurité et de la surveillance des équipements industriels Citons aussi la société Elyo, filiale de Suez, qui est un acteur important du marché. Elle propose des solutions d économie d énergie innovantes basées sur du matériel intelligent avec des matériaux qui génèrent le moins de pertes possibles. Elle fait également du conseil pour optimiser les processus industriels afin qu ils consomment le moins d énergie possible. Cependant, elle ne dispose pas encore d une solution complète de gestion centralisée des ressources énergétiques basée sur une solution informatique telle que nous proposons, et c est justement par ce point que nous comptons nous démarquer. Enfin, les entreprises qui souhaitent faire des économies d énergie utilisent principalement du matériel automatique qui coupe le chauffage à heure fixe. Notre étude a montré que nombre d entreprises coupent automatiquement la lumière et le chauffage de 18H à 6H. Les solutions sont fixes, configurées pour fonctionner à des heures précises, mais en aucun cas ne peuvent assurer un fonctionnement spécifique au besoin réel et caractéristique des données présentes sur un site particulier. Respect the world, sense the energy!

17 Conclusion : Le marché d aujourd hui est donc partagé entre plusieurs solutions concurrentes. Cependant plusieurs réserves sont à observer quant à ces systèmes : - Chaque solution est propriétaire, il n y a pas de compatibilité entre elles. - La plupart des solutions sont statiques, elles sont configurées à l installation et ne possèdent pas de capacité d évolution. - Ces solutions sont adaptées à un site en particulier, nécessitent une étude et un devis systématique. 3) Choix de la cible et positionnement a : Choix de la cible : les grandes entreprises Contrairement au marché des particuliers où de nombreuses solutions existent déjà pour la gestion de l énergie, celui des entreprises reste relativement vierge : même si certains systèmes indépendants commencent à gérer l énergie, aucun ne traite l intégralité de la chaîne, depuis la récupération des données jusqu au contrôle de l énergie. Après un rapide sondage auprès des entreprises susceptibles d être intéressées, nous nous sommes rendus compte que ce sont principalement les très grosses entreprises, qui possèdent des locaux conséquents qui ont besoin de ce genre d application. C est pour cette raison que nous souhaitons nous implanter sur le marché des entreprises en ciblant dans un premier temps celles disposant de grandes structures, comme les locaux de bureaux de grands sièges sociaux, les hôpitaux et cliniques, les centres commerciaux et hypermarchés, les locaux industriels étendus, les gares et aéroports, etc. Outre une réelle économie d énergie, les besoins des entreprises pour l administration et la gestion du système sont la facilité d utilisation, la fiabilité du système, la rapidité et le fait de ne pas avoir à se déplacer. D autres attentes et besoins ont été formulés, dont les plus importants sont : - Un besoin de recentrer leurs effectifs sur leurs cœurs de métiers respectifs. Sous traiter la gestion de l énergie est donc une solution envisageable. Cela se fait déjà dans d autres domaines comme pour la gestion du réseau informatique ou pour le nettoyage. - Une volonté de réduire les coûts des différents fluides. Cette volonté rejoint ce que l on a dit précédemment à savoir l augmentation des prix de l énergie en général. - Un besoin d accompagnement, afin que les entreprises contractant nos services puissent atteindre leurs objectifs en terme de développement durable. Elles ne disposent pas forcément de l expertise nécessaire pour cela. - Le confort des salariés et des clients notamment dans les endroits où il y a un grand flux humain comme les centres commerciaux. Afin de sensibiliser les entreprises aux économies qu elles pourraient faire en gérant mieux leur énergie, l Agence De l Environnement et de la Maîtrise de l Energie (ADEME) a créé une brochure destinée aux entreprises. Cette initiative montre que ce ne sont pas uniquement les entreprises qui sont préoccupées par ce problème, mais bel et bien tous les organismes qui gravitent autour. b : Notre positionnement : prestataire de service en énergie Toute la gestion de l énergie sera déchargée de l entreprise et assurée par nos soins en outsourcing. Un audit de chaque entreprise sera effectué au préalable pour détecter ses véritables besoins et sa consommation actuelle. En fonction des résultats obtenus, nous proposerons de prendre en main la gestion d énergie. Le coût forfaitaire de cette externalisation restera sensiblement inférieur à la facture d énergie mensuelle. En concentrant nos efforts sur les secteurs Respect the world, sense the energy!

18 les moins optimisés, nous réduirons la consommation suffisamment pour être bénéficiaire, l entreprise réalisant elle aussi une économie. Ces estimations seront faites en fonction des heures de travail au sein de l entreprise, de la taille des locaux, des besoins d éclairages, du degré de précision souhaité, etc. Ensuite, nous nous appuierons sur notre produit innovant, configuré pour être utilisé dans tous les cas de figure et réaliser des économies chez l entreprise cliente. Etant donné l ouverture à la concurrence d EDF, il nous est aisé de négocier des prix plus intéressants que ce que pourrait obtenir l entreprise seule. Ce genre de démarche existe déjà et promet de réels avantages tarifaires dans le domaine des communications, pour choisir l abonnement téléphonique ou la connexion Internet. Nous allons nous inspirer de ce système pour compléter notre nouvelle offre de services. Global ECO se positionne donc dans le marché spécifique des grandes et moyennes entreprises en tant que prestataire, gère la gestion des différentes énergies de bout en bout, et s appuie sur le produit technique ECO unique de par sa nature et sa compatibilité B - ASPECTS INNOVANTS DU PROJET De notre point de vue, l innovation est le fait de proposer sur le marché un produit nouveau en adoptant une stratégie marketing et une politique d entreprise en adéquation avec celui-ci. En effet, notre démarche suit le modèle d une innovation entrepreneuriale et nous axons essentiellement notre politique sur les deux points importants que sont l innovation et le marketing. C est une vision très moderne de l entrepreneur d aujourd hui, «L'entreprise a deux fonctions essentielles et uniquement ces deux là, le marketing et l'innovation. Le marketing et l'innovation produisent des résultats, le reste n'est que des coûts» (Peter Drucker). L offre de Sensodia apporte également une innovation de par l utilisation d une technologie novatrice et la modification des conditions d utilisation de l énergie pour l entreprise. 1) Innovation technologique ECO utilise les toutes dernières technologies Java pour la conception de systèmes répartis basés sur des serveurs d applications J2EE et des modules de traitement indépendants. C est, entre autres, la technologie EJB, reconnue comme étant à la pointe des développements informatique actuels, qui sera utilisée. Administrer un réseau de capteurs grâce à cette technologie est très audacieux et peu d entreprises et de laboratoires s y sont aventurés. Concernant ces capteurs, il s agit là d un modèle de système d information en pleine émergence. En effet, la mise sur le marché de l électronique de ce type de capteurs est assez récente (nous anticipons sur cette technologie qui n est pas encore largement commercialisée) et l utilisation que nous en proposons est originale et complètement innovante. Finalement, ECO est conçu comme étant entièrement modulaire, ce qui lui permet de garantir un haut niveau d interopérabilité ainsi qu une mise à l échelle simple ce qui nous différencie de tous nos autres concurrents. 2) Innovation de services L objectif de notre offre est à la fois d identifier et d informer l entreprise sur ses dépenses énergétiques par la remontée de statistiques via le système ECO. De plus, il permet d alerter l administrateur du système, par l intermédiaire de différents types de messages, de dépenses énergétiques excessives, inutiles, voire dangereuses. Enfin, notre solution technique permet des actions correctives sur l ensemble des appareils électriques de l entreprise (climatiseurs, radiateurs, éclairage). 3) Innovation de marché Notre entreprise arrive sur un marché émergent. Il existe bien évidement diverses solutions pour réguler les dépenses énergétiques : du matériel à faible consommation, des tarifs adaptés à la consommation de l entreprise, des Respect the world, sense the energy!

19 capteurs d énergie pour la production industrielle et l utilisation des énergies dites renouvelables. Cependant aucune d entre elles ne propose de gestion globale de la consommation énergétique grâce à un middleware couplé à un réseau de capteurs. 4) Innovation marketing Notre démarche, par une stratégie marketing unique, s articulera autour d une politique d outsourcing où le client nous confiera la gestion totale de ses dépenses énergétiques. ECO, notre solution technologique, sera au centre de la prestation de services Global ECO. Sensodia proposera ainsi d être le seul interlocuteur de l entreprise en matière d énergie électrique. Ainsi, nous respecterons un contrat de services de bout en bout, comprenant la négociation des prix auprès des fournisseurs, l installation du système ECO, l automatisation du fonctionnement électrique, l ajustement de la consommation et la maintenance. Nos tarifs seront garantis inférieurs aux dépenses habituelles du client. C - EVOLUTIONS POSSIBLES 1) Evolution de notre cible Notre offre s adressera dans un premier temps aux entreprises. Par la suite, nous pensons proposer une offre aux administrations publiques dont le fonctionnement et les besoins sont différents. Toujours en gardant un objectif citoyen, nous pourrons faire évoluer, après une étude approfondie du marché, notre offre vers les petites structures voire les particuliers. Mais seule une augmentation de prix très importante au niveau des fournisseurs d énergie tels qu EDF justifierait les coûts de développements et d installation supplémentaires de cette mutation. 2) Evolution de notre produit La solution technologique développée par Sensodia a été conçue dans un souci d évolutivité. Il est possible, sans modifications logicielles majeures, de prendre en considération d autres données dans des domaines comme la sécurité (détecteurs de présence), la qualité de l air et la consommation d eau ou de gaz. Deux membres de notre équipe technique sont sensibilisés à la veille technologique. Une autre possibilité d évolution consiste à développer une version simplifiée de notre système ECO, directement livrable et sans besoin d installation de la part de nos équipes. Cette version pourra être utilisée au sein des petites structures par exemple. Elle sera accompagnée d un mode d emploi détaillé conférant à l utilisateur final une autonomie complète. 3) Evolution de l offre de prestation globale L offre de prestation globale que nous proposons est déjà une évolution majeure dans le domaine de l économie d énergie. Cependant nous pouvons aller plus loin et imaginer nous positionner en tant qu entreprise de conseil dans le futur. Nous pourrions par exemple proposer aux entreprises le souhaitant, nos services afin qu elle puissent atteindre leurs objectifs en terme de réglementations européennes ou nationales mais aussi pour les aider à adopter une démarche conforme aux critères de la certification ISO Respect the world, sense the energy!

20 D4 : STRATEGIE MARKETING ET COMMUNICATION L une des étapes clés du développement d un produit est sa commercialisation. Pour cela il faut adopter une démarche marketing rigoureuse, qui consiste dans un premier temps à étudier la meilleure méthode pour nous faire connaître, puis de mieux faire connaître notre offre elle-même. L analyse qui suit repose sur un modèle «marketing mix» qui permet de cerner les principaux aspects de la commercialisation d un produit. A : NOTRE POLITIQUE DE PRODUIT Notre produit ECO sera commercialisé dans une offre plus globale de prestation de services en énergie, à savoir la solution Global ECO. En effet, ECO sera la brique de base composée des capteurs ainsi que de l'environnement de service associé (mesure, remontée, analyse, rétroaction). On placera cette technologie dans une offre où Sensodia sera en charge de toute la chaîne énergétique de l'entreprise: évaluation du besoin initial, choix du fournisseur énergétique et du contrat de services associé, maintenance sur site, mise en place du produit ECO, assurance qualité dans le cadre ISO 14001, gestion des remontées statistiques et rétroactions, recommandations et adaptation du contrat de services en fonction de l'évolution des besoins énergétiques. Il s'agit bien ici de proposer un package complet constitué d'une solution d'externalisation à haut niveau de services et technologique. En effet nous utilisons notre produit technique ECO dans le cadre de solutions d outsourcing, et en lui conférant une forte valeur ajoutée, devenons experts en conseil et gestion d énergie. B : NOTRE POLITIQUE DE PRIX Notre politique tarifaire sera très clairement basée sur une stratégie de pénétration du marché. Pour Sensodia, proposer cette offre à nos clients, c'est avant tout suivre une démarche citoyenne et répondre aux enjeux énergétiques de notre temps. Ainsi, nous proposerons à tous nos clients potentiels une étude globale de l'état initial de leur consommation énergétique. Cette phase nécessaire sera réalisée gratuitement. Suite aux résultats, nous fixerons un montant forfaitaire annuel inférieur au montant antérieur payé par l'entreprise. Il s'agit d'apporter une assurance de résultats à nos clients et de les fidéliser rapidement. Le montant de ce forfait sera renouvelable tous les ans après audit de nos services. La facturation s effectuera en deux temps : facturation de l installation initiale puis facturation du forfait à l année. La maintenance de leurs équipements ainsi que celle de ECO sera également gérée par Sensodia et nous proposerons une maintenance sur site gratuite la première année. Cette prestation de maintenance est incluse dans le contrat de service global. Enfin, dans le cadre de la politique de développement durable et de l'iso 14001, une entreprise qui nous fait confiance est assurée non seulement de bénéficier d'un prix inférieur à son contrat précèdent mais en plus elle pourra bénéficier de subventions pour la mise en place de processus relatifs au cadre de l'iso C : NOTRE POLITIQUE DE COMMUNICATION En mettant en avant conjointement les deux éléments importants que sont l image reflétée par Sensodia et le produit phare Global ECO, les clients intéressés nous associeront directement avec ce type de produit. L un des moyens de nous faire connaître rapidement dans le milieu des professionnels de l énergie est de fréquenter les salons spécialisés, par exemple le Salon Méditerranéen de la Maîtrise des Energies qui se déroule chaque Respect the world, sense the energy!

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