Philippe MABILLEAU ing. PhD Professeur au département de génie électrique et de génie informatique Université de Sherbrooke

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Laurent Chagnon
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1 Philippe MABILLEAU ing. PhD Professeur au département de génie électrique et de génie informatique Université de Sherbrooke

2 Survol de la domotique Réseaux domotiques Architecture et communication Limitation de l approche conventionnelle Évolution et tendances Intégration Nuagique Concept dispositif agent Méta application Exemples d applications (projets de recherche) Communauté de charges électriques intelligentes Aide à domicile Avenir du développement domotique

3 Domotique = domicile + automatisation Télécommande de fonctionnalités dans la maison Éclairage Chauffage Stores Etc... Automatisation de fonctionnalités Détecteurs de mouvements Heure Ouvertures Etc... Systèmes d'alarme Envoi de messages d alarme Intrusions Dégâts Etc

4 Détecteur de mouvement etc... Capteur Interrupteur, télécommande etc... Capteur Architecture conventionnelle Capteur Contact de porte etc... Réseau domotique Effecteur Effecteur Liens capteuractuateur Scénario. Contacteur d éclairage, d appareil etc... Thermostat, contrôle chauffage etc

5 Filaire Câblage dédié BACnet KNX Problème : câblage coûteux sauf si prévu à la construction Automatisation des bâtiments Via le réseau électrique (PLC) X10 Insteon Pas de câblage supplémentaire Problèmes: Bruit sur la ligne, Phases distinctes Sans fil X-bee en théorie le meilleur Zwave - répandu mais limité WiFi simple à intégrer avec l'informatique Réseau local dédié à la domotique

6 Dispositifs domotiques Réseau X10 Réseau interne Système domotique conventionnel Usager local Passerelle Réseau externe Usager local Usager distant Réseau Zwave Réseau WiFi Panneau d alarme Système d alarme Réseau cellulaire Internet Usager local Usager distant Usager local Système domotique «connecté» Routeur Internet Usager distant

7 Détecteurs de mouvements PIR Contact simple filaire ou RF Détecteurs pour porte ou fenêtre Contact simple filaire ou RF Commutateur d éclairage À la fois capteur (interrupteur) et effecteur (contrôle du circuit) Gradateur Prise murale commandée Pour différents types de charges Module «plug-in» Pour différents types de charges Gradateur possible Mémoire de l état

8 Accessible depuis internet WEB Tablettes et cellulaires Protocoles INSTEON (RF et PLC) X10 L accès distant depuis Internet n est pas automatique, seul un accès local depuis le LAN est offert au départ Kit de démarrage

9 Logiciel Sur PC «Raspberry PI, Intel Edison Similaire au PC mais Linux Limitation PC dédié actif Home Maid» Arduino Standard ouvert Matériel et logiciel Nombreuses sources Grandes variété de dispositifs compatibles mbed Standard logiciel C++ Plate forme ARM Plusieurs sources Communication TCP-IP intégrée HTTP client et serveur WebSocket Limitation Fiabilité Stabilité Nombreux produits disponibles Mais pour développeurs avertis Intel Edison

10 Interopérabilité Limitation dans les choix des capteurs et effecteurs Limitée aux protocoles supportés Centralisation Tous les algorithmes («comportements») sont concentrés dans un seul contrôleur Peu ou pas d intelligence dans les dispositifs Coût Kit de démarrage à quelques centaines de $ pour peu de fonctionnalités Dispositifs coûteux car liés à une même famille (protocole) Complexité Installation Mise en oeuvre Connection au réseau local Accès depuis internet complexe à mettre en oeuvre Programmation Complète donc complexe

11 Distribution de l intelligence Déplacement de l intelligence vers les dispositifs Disparition du contrôleur Intégration Réseau interne Exploitation de technologies standards Zwave Exemple : Intégration de dispositifs domotiques dans les systèmes d alarme ZigBee Exemple : communication avec les compteurs électriques intelligents Intégration au LAN WiFi Exemple : dispositifs directement WiFi Application Association à haut niveau de différents services hétérogènes «Méta- application»

12 Les dispositifs même directement connecté sur le réseau informatique résidentiel ne sont pas visibles depuis Internet Réseau local privé Adresse publique dynamique et non connue des DNS Solution (complexe) DNS dynamique Ports redirigés sur le routeur résidentiel Le contrôleur lui-même n est pas plus accessible Même l utilisation du contrôleur comme passerelle entre le réseau domotique (X10, Zwave, ZigBee etc...) et l internet ne résout pas le problème LAN Internet La seule chose que permet simplement un routeur résidentiel c est la connexion vers un serveur externe Il existe donc une barrière forte entre les réseaux domotiques locaux et l internet LAN Internet

13 Application dans le nuage pour supporter les dispositifs Chaque dispositif va se connecter vers un serveur d application Ceci ne demande aucune configuration ni du routeur ni de DNS Ce serveur d application est opéré par le fabriquant du dispositif Gracieusement (au moins au début) et éventuellement moyennant une redevance récurrente Interface accessibles depuis différents terminaux Le même serveur d application est accessible depuis Internet Interface WEB APPs Tablettes et cellulaires Problématique Authentification Du dispositif Du client Sécurité des données Stockées dans le serveur d application Application hébergée sur un serveur WEB Exemple : serveur Apache Utilisation d un «conteneur» type Servlet Interface via HTTP/WEBSocket Utilisation d un numéro de série du dispositifs (adresse MAC) couplé à un ID unique du client (adresse MAC du terminal qui réalise la configuration)

14 Zone dispositif Zone client Connexion de l interface au serveur Internet Connexion du dispositif au serveur Routeur résidentiel Réseau local (LAN WiFi) Chaque dispositif est représenté par un modèle virtuel dans le serveur Un agent Chaque client dispose d une zone sur le serveur contenant ses dispositifs Au démarrage la seule exigence pour le dispositif est de rejoindre le serveur en se connectant au réseau local Dispositif domotique

15 Dispositif domotique Appareil mobile Routeur Serveur d application Connexion au LAN Connexion au dispositif Réseau de proximité Bluetooth (Netatmo) WiFi ad hoc (WeMo, Nest Protect) Impulsions lumineuses (Electric Imp) Envoi de la config. LAN Connexion au LAN En utilisant la config. reçue Connexion au serveur Authentification du dispositif Connexion à l interface Authentification de l usager

16 Intelligence locale Détecteur de mouvement et de luminosité Apprentissage Température souhaitée Absence Temps de montée en température Partage d informations entre les thermostats d un même résidence et avec NestProtect Thermostat connecté WiFi Enregistrement sur le serveur NEST Rapports de consommation Accès à distance Interface WEB APPs

17 Module Plug-In contrôlable Depuis Internet mais d un seul appareil Mesure l énergie consommée Configuration WiFi transférée au module depuis l appareil avec l APPs Interactions programmable entre les modules et dans le temps Détecteur de mouvement Règles fonctions de l heure et du jour Programmation possible de comportements qui relient les dispositifs (exemple: détecteur de mouvement et module)

18 Module de développement Microcontrôleur ARM Interface WiFi E/S disponibles PIO, SPI, I2C etc... IDE de développement Langage Squirrel Partie embarquée de l application: le code du dispositif Partie nuagique de l application: l agent (Imp Cloud) L environnement de développement est une application WEB qui permet la gestion des dispositifs (modules Electric Imp) et le développement du code

19 Serveur Electric Imp Internet Dispositif Electric Imp

20 Méta application API Usager Exemple de méta application: IFTTT Internet Agents Internet Réseau local domotique Dispositifs domotiques

21 Exploitation de la capacité intrinsèque de stockage des charges Chauffe-eau (eau chaude accumulée) Chauffage (inertie du système de chauffage et du bâtiment) Recharge de batterie de véhicule Estimation de l énergie stockée (température) Utilisation d une prédication de consommation Apprentissage Communauté virtuelle de charges Communauté (Réseau overlay) construite dans un serveur ou P2P Internet Communauté de charges intelligentes pour répondre à une demande Écrêtage et déplacement d une pointe de consommation Équilibrage d une production fluctuante Éolienne Photovoltaïque Chauffe-eau avec contrôleur connecté à la communauté

22 Personnes concernées Ainés Déficience cognitive Activités visées AVQ: activités de la vie quotidienne Lever, coucher Prise de repas Soins personnels Prise de médication Étapes Reconnaissance et identification des activités Télé vigilance Valider que les activités essentielles ont été effectuées Journalisation Action (message, SMS etc...) Proche aidant Intervenant Urgence Aide à la réalisation des activités non effectuées Aide et non «faire à la place de» Interaction aidante avec l usager Prise en compte des limitations de l usager Utilisation de capteurs adéquats Nature (informations pertinentes) Nombre (limité) Non invasif (respect de la vie privée) Algorithmes pertinents Classification Apprentissage Réseaux de neurones Analyse sémantique Exemple: activité sonore pendant une journée

23 Dispositifs simples 1 fonction à la fois Mais la bonne Des familles de dispositifs qui collaborent entre eux «exploitation collatérale» Intégration au nuage incontournable Dispositif agent Accès via des APPs Innovation Design inventif Penser autrement la solution

24 Serveur WEB Interface WEB APPs Plate-forme mobile (IOS) HTTP HTTP APPs Plate-forme mobile (Android) HTTP Serveur d application Code de l agent API (HTTP) Dispositif HTTP/WebSocket Code embarqué dans le dispositif Application tierce

25 Questions?

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