Exposé Systèmes Réseaux

Exposé Systèmes Réseaux Domotique (Home Automation) Abderrahim ESSAIDI Ngoné DIOP Ingénieurs 2000 Filière Informatique et Réseaux 1

Objectif Montrer la dynamique actuelle et future du marché de la domotique Les évolutions technologiques de ces types de réseaux Exposer les services issus du bricolage et du propriétaire Ouvrir une réflexion sur la nature des réseaux domestiques de demain 2

Contenu de l exposé Qu est-ce que la domotique? Quels besoins? Comment ça marche? Et l avenir? 3

Contenu de l exposé Qu est-ce que la domotique? Quels besoins? Comment ça marche? Et l avenir? 4

Présentation générale Automatisation de la maison Mise en place de réseaux reliant différents type d équipements Ensemble de services pour l intégration de technologies modernes dans la maison Quatre créneaux sont visés : santé sécurité les économies d énergie et le confort de vie 5

Présentation générale Repose sur le concept M2M L «immotique» bâtiment immeuble site industriel 6

Contenu de l exposé Qu est-ce que la domotique? Quels besoins? Les applications Le marché de la domotique Comment ça marche? Et l avenir? 7

Les besoins - Les applications 8

Les besoins Les applications : santé Cible : personnes fragiles Personnes âgées Malentendants ou sourds Autre Handicap lourd Insuffisants respiratoires Apports de la domotique Mesures de paramètres Détecteur sensoriel de mouvements Alertes, alarmes en cas de problème 9

Les besoins Les applications : sécurité Problèmes Rôdeurs autour de la maison Tentative de violation par une fenêtre Tempête pendant une absence Danger de feu, d inondation ou gaz Domotique & Sécurité Télésurveillance vidéo, contrôle à distance Systèmes de détection de présence Détection autres (fumée, pluie, le vent, vibrations, ) Remontées d alertes 10

Les besoins Les applications : économies d énergie Besoins Minimiser le gaspillage Disposer de l information sur les consommations Piloter l'énergie à la demande Adaptation (chauffage, éclairage) Solutions de la domotique Indicateurs de consommation d énergie Liaison de la lumière à la luminosité naturelle Régulation du chauffage en fonction des besoins d une pièce, influence du climat Exemples de maison sans système de chauffage 11

Les besoins Les applications : confort & loisirs Adaptation de l ambiance Eclairage Température Climat sonore Contrôle de l électroménager Jardinage automatisé Actions quotidiennes automatisées Média center et partage de vidéos 12

Les besoins - Le marché les chiffres 232,6 millions de dollars en 2006 x2 d ici à 2013 98% de sans fil d ici 2015 (On World) 13

Les besoins - Le marché : les facteurs de progression Caractéristiques de produits Consommation d énergie Diminution des coûts Taille des équipements Simplicité et ergonomie Tendance vers le sans fil et la mobilité Possibilités infinies 14

Les besoins - Le marché : des problèmes Problèmes Coût Réponses aux besoins des consommateurs Complexité des solutions Nombreux produits propriétaires Coopération et collaboration des acteurs Mais Efforts de standardisation Des labels de qualité Protocoles qui permettent la convergence 15

Contenu de l exposé Qu est-ce que la domotique? Quels besoins? Comment ça marche? Equipements en jeu Réseaux domestiques Infrastructures Et l avenir? 16

Fonctionnement - Equipements Cerveau de l installation Mode imprévus Mode automatique Possibilité d un mode apprentissage 17

Fonctionnement - Equipements Les modules Les modules récepteurs Les modules émetteurs Les modules détecteurs ou capteurs 18

Fonctionnement Réseaux Réseaux domestiques traditionnels Réseaux basés sur le modèle TCP/IP 19

Fonctionnement Réseaux traditionnels Réseaux traditionnels Communications à base de signaux électriques Des couches réseaux spécifiques en fonction du réseau 20

Fonctionnement Réseaux TCP/IP : Couche Physique Réseaux filaires CPL (Bus EIB/KNX, Bus CAN, ) Ethernet : Coaxiale, paire torsadée Réseaux PAN 21

Fonctionnement Réseaux TCP/IP : Couche Physique Réseaux sans fil Infrarouge, Laser Réseaux de capteurs, ad hoc Réseaux WPAN et LR-WPAN : Zigbee IEEE 802.15.4 Group, Hardware layer : PHY & MAC ZigBee Alliance, upper layers : Network & Application framework Autres à radio fréquences Bluetooth, WIFI, Home RF (DECT), 3G 22

Fonctionnement Réseaux TCP/IP : Couche Internet & Transport Multicasting Pour la diffusion de vidéos : Média Center, Vidéo surveillance. Broadcast Pour la découverte de services UPnP Essentiellement UDP Appels distants IIOP (RMI-IIOP et.net-iiop) RPC 23

Fonctionnement Réseaux TCP/IP : Couche Application Architectures orientées services Localisation transparente des services Transparence des protocoles de basse couche Surtout, indépendance vis-à-vis des langages de programmation Déploiement des services Centralisé : passerelle de services Distribué : web services Adaptés aux appareils mobiles des réseaux dynamiques, à la domotique 24

Fonctionnement Infrastructures Plusieurs architectures se basant sur le concept M2M Deux types d architecture Architectures classiques domotiques Plateformes dynamiques de services 25

Fonctionnement Infrastructures : Classiques Caractéristiques Très proches de la couche physique Communications à base de signaux électriques Candidats X10 XPL EIB / KNX 26

Fonctionnement Infrastructures : X10 Protocole de transmission entre un émetteur et un récepteur Utilisation de la technologie du CPL pour véhiculer des messages entre des produits domotiques compatibles Utilisé dans de nombreux pays depuis 20 ans 27

Fonctionnement Infrastructures : X10 Architecture 28

Fonctionnement Infrastructures : X10 - Trames Structuration des trames : Adresse Code «maison» (A à P) Commande Code «unité» 1 à 16 29

Fonctionnement Infrastructures : X10 - Transmissions 30

Fonctionnement Infrastructures : X10 Types de produits 2 types de produits X10 : ceux à poser sur le réseau électrique (interrupteur ) ceux à enficher en "double prise". Ces derniers, comme une prise parafoudre, peuvent facilement être déplacés d'une prise à une autre, ou être emportés en cas de déménagement. 31

Fonctionnement Infrastructures : X10 Avantages Appareils à faible coût Ne nécessite pas le recâblage complet de l'installation électrique Longévité et stabilité de la technologie Nombreux logiciels de gestion domotique payants, gratuits, et même open-source 32

Fonctionnement Infrastructures : X10 Inconvénients Incompatibilité entre des gammes de produits internationaux Les signaux X10 doivent être filtrés à l'entrée/sortie d'un domicile pour ne pas circuler sur les installations voisines Envoi d un seul ordre à la fois Transmission des ordres X10 lente 33

Fonctionnement Infrastructures : XPL XPL (extremely simple protocol) Contrôle et commande des équipements des réseaux domestiques Auto-découverte et une autoconfiguration des services offerts Plus simple que X10 34

Fonctionnement Infrastructures : XPL Les messages 3 types de messages xpl : xpl-cmnd envoie de commande xpl-trig : notification de changement d état xpl-stat : lecture état d un équipement 35

Fonctionnement Infrastructures : XPL - Extensions Extensions (1) Intégrable dans l IPBX Asterisk Permet d afficher sur d autres types équipements les informations d un appelant Simple : Activation du module xpl Ajout d une ligne au fichier de configuration : exten => s,1,agi,xplring.agi 36

Fonctionnement Infrastructures : XPL - Extensions Extensions (2) Intégration à un réseau TCP/IP Programmation de modules supplémentaires Envoi de messages XPL depuis une page web en PHP et Javascript Depuis une JVM : XPL4Java Depuis le MCE de Windows : XPLMCE Aussi en Perl, Python, C, C++, ActiveX 37

Fonctionnement Infrastructures : EIB / KNX Technologie basée sur le bus EIB et le protocole KNX Standards ouverts normalisés ISO Utilisé dans la domotique et l immotique

Fonctionnement Infrastructures : EIB / KNX Architecture Architecture d une installation EIB/KNX :

Fonctionnement Infrastructures : EIB / KNX La technologie La technologie EIB/KNX 2 couches principales : BCU EIB/KNX

Fonctionnement Infrastructures : EIB / KNX Protocole de communication Utilisation du protocole CSMA/CA EMETTEUR RTS CTS DATAS DATAS ACK

Fonctionnement Infrastructures : EIB / KNX Trames Télégramme : Evènement Télégramme Paquet de données t1 Adresse Contrôle Expéditeur 8 bits 16 8 bits Start D0 Adresse Destinataire CR Lg 8 bits D1 16+1 8 bits D2 8 bits D3 3 8 bits D4 Caractère 4 8 bits D5 D7 Ack t3 Données Sécurité Jusqu'à 16x8 8 bits 8 bits 8 bits D6 t2 8 bits Parité 8 bits Stop 8 bits Pause Start

Fonctionnement Infrastructures : EIB / KNX Transmissions Technique de transmission : Transmission asynchrone bits de démarrage et d'arrêt

Fonctionnement Infrastructures : EIB / KNX Communication externe Communication externe : par ligne téléphonique par le réseau Ethernet par internet

Fonctionnement Infrastructures : Plateformes dynamiques de services Caractéristiques Définition de contrats de services Développement autonome Dynamisme Candidats OSGi UPnP 45

Fonctionnement Infrastructures : OSGi OSGi : Open Services Gateway initiative Norme définissant des plateformes de service Accessibles par les appareils connectés Définit un canevas dynamique de déploiement et d exécution de services Java Administrable à distance Cibles : Passerelle domestique Réseau d une voiture 46

Fonctionnement Infrastructures : OSGi Production des services pécifications Nombreuses implémentations Java certifiées (Tentatives) d implémentation sur.net ramework Développement et enregistrement de services 47

Fonctionnement Infrastructures : OSGi Historique OSGi Alliance fondé en mars1999 Révision des spécifications OSGi Release 1 (R1): Mai 2000 OSGi Release 2 (R2): Octobre 2001 OSGi Release 3 (R3): Mars 2003 OSGi Release 4 : J2SE (R4 Core JSR-291): Octobre 2005 J2ME (R4 Mobile / JSR-232): Septembre 2006 OSGi Release 4.1 (JSR-294): May 2007 48

Fonctionnement Infrastructures : OSGi Architecture 49

Fonctionnement Infrastructures : OSGi Fonctionnement Services Livrés sous forme d un *.jar : les Bundle Bundle : Unité de packaging et de déploiement contenant les services Contenu du Bundle : Classes, ressources Interface BundleActivator BundleContext Cycle de vie : INSTALLED, RESOLVED, STARTING, ACTIVE, STOPPING, UNINSTALLED 50

Fonctionnement Infrastructures : OSGi Exemple d utilisation Exemple en domotique 51

Fonctionnement Infrastructures : OSGi Exemple d utilisation Exemple en immotique 52

Fonctionnement Infrastructures : OSGi Implémentation Java Implémentation commerciales ProSyst Software mbedded Server Samsung OSGi R4 Solution KT OSGi Service Platform (KOSP) HitachiSoft SuperJ Engine Framework IBM SMF (Service Management Framework) Open Source OSCAR et Apache Felix Eclipse Equinox Makewave Knopflerfish Pro 53

Fonctionnement Infrastructures : OSGi Tentatives.NET Implémentation principale de Microsoft ne fonctionnant que sous Windows Implémentation libre : Mono Projet de portage de OSCAR vers.net 54

Fonctionnement Infrastructures : OSGi Démo I Simulation d un équipement téléviseur et d un contrôleur (marche/arrêt/volume) avec un bundle OSGi Outils : Oscar : implémentation Open Source d OSGi Java 6 SE Extensions Contrôle par des équipements connectés à la plateforme (réseau de capteurs) avec un gestionnaire ayant une JVM (un réseau de capteurs par exemple) 55

Fonctionnement Infrastructures : OSGi Démo II Système développé par Jérémie pour contrôler des lumières Ajout d une couche OSGi pour contrôler ce système depuis une passerelle domotique Outils : Oscar : implémentation Open Source d OSGi Java 6 SE Extensions Contrôle par des équipements connectés au réseau local, au réseau étendu 56

Fonctionnement Infrastructures : OSGi publication de services Trois principales méthodes : Le registry d OSGi Mais seuls les bundle présents dans la plateforme accèdent à ce registre UPnP Tous les équipements du réseau local pourront accéder aux bundles DDS Surtout en immotique, les bundles sont exposés à l échelle d une Usine, d un hôpital, d une ville Autres : Bundles HTTP Service et Corba Services 57

Fonctionnement Infrastructures : UPnP Universal Plug-and-Play Promulgué par UPnP Forum Permet : d interconnecter des équipements d exposer les services de ces périphériques D une manière automatique Supporte la zéro configuration SSDP Et universelle 58

Fonctionnement Infrastructures : UPnP Fonctionnement Les entités Devices (identifié par UUID, RFC 4122) Services Point de contrôle Le protocole de communication Découverte (discovery) Description Contrôle (control point) Notifications d évènements Présentation 59

Fonctionnement Infrastructures : UPnP Architecture UPnP Vendor Defined UPnP Forum Working Committee Defined UPnP Device Architecture Defined SSDP GENA HTTP (Discovery) UDP SOAP (Control) HTTP HTTP (Description) GENA (Events) TCP IP 60

Fonctionnement Infrastructures : UPnP pour OSGi Capacité OSGi de mapper des protocoles externes grâce aux services spécifiés de base Permet aux bundles d'accéder au réseau UPnP UPnP Device Driver (depuis la R3) 61

Fonctionnement Infrastructures : UPnP pour OSGi : Démo Mise à disposition de services du système de Jérémie sur le réseau local en utilisant UPnP Extensions Contrôle par appareils mobiles (PDA, Téléphone, réseaux capteurs sans fil..), par Zigbee, Wifi 62

Fonctionnement Infrastructures : OMG DDS Besoins Distribution de l information Environnements hétérogènes Temps réel Modèle publish-subscribe Déploiement à grande échelle Domaine urbain - Ville Domaine industriel - Usine Domaine médical - Hôpital 63

Fonctionnement Infrastructures : OMG DDS Couches Basé sur le service Evènements et Notification de Corba Publish / Subscribe 64

Fonctionnement Infrastructures : OMG DDS Couche DCPS DCPS : (Data-Centric Publish-Subscribe) Cœur du système Récupère et distribue les données Gère la communication à travers le Modèle Publication / Souscription Notions de Qualités de Service (Qos) 65

Fonctionnement Infrastructures : OMG DDS Couche DLRL DLRL : (Data Local Reconstruction Layer) Se place au dessus de DCPS (Optionnelle) En contact directe avec la couche application Simplification des développements sous DDS Langages de haut niveau (POO) Génération automatique de code Format XML 66

Fonctionnement Infrastructures : OMG DDS pour OSGi Pas de spécification de DDS de la part de OSGi Expérimentation de l Equipe Adèle de la Federation IMAG, Laboratoire LSR Modèle de services basé capteurs (SBC) Baptisé SensorBeans Utilise le bundle Wire Admin Service d OSGi qui décrit la construction de bundles basés sur le modèle publish-subscribe. 67

Fonctionnement Infrastructures : OMG DDS pour OSGi : Exemple 68

Contenu de l exposé Qu est-ce que la domotique? Quels besoins? Comment ça marche? Et l avenir? 69

Dans le futur Technologies : Convergence Consomme des services via des interfaces (clients) riches user Héberge des services résidentiels (Java/OSGI World) Héberge des services résidentiels (MS.Net World) Home Gateway (OSGI GW) Multimedia PC, Home IP world Consomme des services Home Home servic servic Services e e Us es ap pl i an UPnP ce s es es s U ap c an i l p Home Home servic servic Services e e Pontage Monde non IP X10 Expose des technologies non IP vers des technologies IP via UPnP (Domotique classique, Bricolage,) 70

Dans le futur Technologies «Nouvelles» technologies Nanotechnologie Nano-bots Systèmes biométriques la reconnaissance vocale est déjà possible Projet en cours Panasonic: la table interactive 71

Conclusion I Comment dynamiser le marché de la domotique? Il faut motiver chaque acteur de la chaîne (utilisateur, fournisseur de services,...) par un faible coût par une réelle valeur ajoutée du service Il faut une multitude de services 72

Conclusion II Et les réseaux domestiques? Une infrastructure partagée permet de : Mutualiser les coûts Assurer la pérennité de l'édifice Garantir une offre variée et croissante Une coopération plus grande Les multitudes de solutions propriétaires Efforts de standardisation (X10, OSGi, UPnP ) 73

Conclusion III Des problèmes? Obésité Radios fréquences 74

Sources et biographies I Informations générales http://wikipedia.org/ http://www.maison-intelligente.fr http://www.domo-energie.com OSGi http://www.osgi.org http://java.sun.com/developer/technicalarticles/j2me/tla.html http://www-adele.imag.fr/users/didier.donsez/cours/ http://www-adele.imag.fr/les.publications/ http://france.osgiusers.org/wiki/ http://tc-net2.insalyon.fr/lutece/download/4tc_tp_macif_2005_2006_upnp.pdf http://www.humbertocervantes.net/osgitutorial/main.htm 75

Sources et biographies II X10 http://www.domolink.ma/home_fr2.htm http://www.si.ens-cachan.fr/ressource/r5/r5_x10.htm XPL http://www.xplmonkey.com/php.html http://www.xpl4java.org/xpl4java/ http://www.xplmonkey.com/mce.htm EIB/KNX http://www.stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/abati/eib/eib.htm http://www.stielec.ac-aixmarseille.fr/cours/abati/eib/download/telegramme.pdf http://www.knx.org/ 76

Sources et biographies III Divers http://igm.univmlv.fr/~midonnet/polyamid/newcorba/slidescorba07a5.pdf http://www.voip-info.org/wiki/view/asterisk@home+handbook +Wiki+Chapter+8 http://stantor.free.fr/ http://www.manipil.com 77

Merci. Avez-vous des questions? 78

Annexe : JVM embarquées testées 79

Annexe : Prix Kit de démarrage X10 Prix : 200-300 80

Annexe : Prix Kit sécurité X10 Prix : 300-500 81

Annexe : Prix Ecran tactiles, contrôleur de réseau EIB Prix : 1300-1800 82

Annexe : Prix Robot jardinier Prix : 1000-1500 83

Annexe : Prix Robot aspirateur Prix :300-1000 84

Annexe : Prix Kit de démarrage basé sur OSGi (Prix : 399 $) 1 caméra IP 1 détecteur pour portes 1 contrôleur de température 1 alarme 85

Annexe : Prix Pour une maison avec : Un PC Média Center (HP DEC Z560) Une XBOX 360 Une télécommande universelle Un thermostat et un contrôle de climatisation Dix interrupteurs Deux claviers muraux programmables Un plug-in Domotique pour Windows Media Center spécialement conçu pour le système Tout le câblage du système Il faut compter 15 000 86