L'Internet des objets (IoT) présente des défis uniques en matière de connectivité efficace, fiable et évolutive pour les dispositifs à ressources limitées, tels que ceux nécessitant une faible consommation, une communication à longue portée et un bon rapport coût-efficacité. Ce cours explore les réseaux étendus à faible consommation d'énergie (LPWAN), une famille de technologies conçues pour connecter un grand nombre d'appareils en respectant des exigences strictes en matière de consommation d'énergie, de distance et de pénétration à l'intérieur des bâtiments.
Le cours est structuré autour de deux catégories clés de technologies LPWAN :
LPWAN pour le spectre sans licence : Protocoles tels que LoRa et SigFox, en se concentrant sur leur architecture, leur fonctionnement et les cas d'utilisation.
LPWAN cellulaire pour le spectre sous licence : Normes développées par le 3GPP, y compris LTE-M et Narrowband IoT (NB-IoT), en mettant l'accent sur leur utilisation du spectre, leur rentabilité et leur rôle dans les applications IoT.
En outre, le cours présente des technologies complémentaires basées sur l'IEEE 802.15.4 telles que ZigBee, Wi-SUN et 6LoWPAN, ainsi que des protocoles LPWAN émergents et des solutions de réseau spécifiques à l'IoT telles que Thread et LoRaWAN.
En combinant des aperçus théoriques avec une analyse pratique, les étudiants acquerront une compréhension approfondie des technologies LPWAN et de leur applicabilité aux scénarios IoT, ce qui les préparera à concevoir et à déployer des systèmes IoT à longue portée et à faible consommation d'énergie.
Modalités pédagogiques :
Méthodes d'enseignement et d'apprentissage
Le cours consiste en quatre conférences qui établissent une base théorique solide sur les protocoles et les architectures d'application de l'IdO. Pendant le cinquième cours, les étudiants recevront des instructions détaillées pour un travail pratique conçu pour appliquer les concepts couverts en classe.
Ce travail impliquera des activités pratiques sur des protocoles sélectionnés étudiés pendant les cours, offrant aux étudiants l'opportunité d'approfondir leur compréhension à travers la mise en œuvre et l'expérimentation. Les étudiants auront la possibilité de réaliser ce travail depuis leur domicile, avec des délais généreux pour s'adapter à leur emploi du temps et promouvoir un apprentissage complet.
En détail :
Cours magistraux : Les quatre premiers cours magistraux se concentreront sur la construction d'une base théorique solide en couvrant les principes, les protocoles et les architectures spécifiques à l'IdO. Les concepts seront expliqués à l'aide d'exemples du monde réel et d'études de cas pour améliorer la compréhension.
Instruction pratique : Le cinquième cours fera la transition vers les applications pratiques, où les étudiants seront initiés à un travail pratique. Ce travail consistera à mettre en œuvre et à expérimenter certains des protocoles abordés pendant les cours, ce qui permettra aux étudiants de faire le lien entre la théorie et la pratique.
Heures de bureau (sixième et septième cours) : Les deux derniers cours magistraux seront consacrés aux heures de bureau. Ces sessions sont conçues pour permettre aux étudiants de demander des éclaircissements sur les activités de laboratoire et le contenu du cours. Les étudiants sont encouragés à venir avec des questions ou des demandes d'explications supplémentaires sur les sujets abordés tout au long du cours.
Travail indépendant : Les étudiants auront la possibilité de réaliser les travaux pratiques à leur propre rythme, en travaillant depuis leur domicile et en bénéficiant d'instructions et d'un soutien détaillés. Des délais flexibles garantissent que les étudiants disposent de suffisamment de temps pour approfondir la matière tout en s'adaptant à leur emploi du temps.
Règles du cours :
La présence aux cours magistraux n'est pas obligatoire, mais elle est fortement recommandée pour acquérir une compréhension globale de la matière du cours.
Les rapports de travaux pratiques (trois au total) sont obligatoires. La non-présentation d'un rapport entraînera la note 0 pour ce travail spécifique.
Bibliographie:
Les diapositives du cours comprennent des indications sur les sources et les références pertinentes qui appuient le matériel couvert pendant les conférences. Une bibliographie supplémentaire pourrait être disponible sur la plateforme Moodle. Ces ressources supplémentaires sont facultatives et destinées aux étudiants qui souhaitent approfondir les sujets abordés; elles ne sont pas obligatoires pour le cours ou ses évaluations.
Pré-requis:
Ce cours exige des connaissances de base en réseautage et en programmation informatique pour s’assurer que les étudiants peuvent s’engager pleinement avec le matériel. Plus précisément, les étudiants doivent connaître :
• Concepts de mise en réseau : Comprendre les principes de base de la mise en réseau, tels que le modèle OSI, les principes fondamentaux de la communication sans fil et les piles de protocoles.
• Compétences en programmation : maîtrise d’au moins un langage de programmation (p. ex., Python, C++) pour expérimenter et analyser les protocoles de l’IdO pendant les missions pratiques.
• Compétences techniques générales : Il est fortement recommandé de bien connaître les outils de ligne de commande Linux, les techniques de débogage de base et les outils de développement logiciel.
Bien que l’exposition préalable à l’IdO, aux technologies LPWAN ou aux protocoles sans fil de faible puissance ne soit pas obligatoire, les étudiants sont encouragés à examiner des documents connexes s’ils se sentent moins confiants dans ces domaines.
Description:
Ce cours propose une exploration approfondie des technologies LPWAN (Low Power Wide Area Network), qui sont conçues pour connecter un grand nombre de dispositifs IoT sous des contraintes telles que la faible consommation d'énergie, la communication à longue portée, l'efficacité des coûts et la complexité limitée des dispositifs. Les sujets abordés sont les suivants :
- Introduction à l'IdO : Un aperçu fondamental des concepts de l'IdO, du cycle de vie et de la catégorisation des appareils pour préparer le terrain à la compréhension des technologies LPWAN.
- IEEE 802.15.4 et protocoles associés :
◦ Principes de la pile IEEE 802.15.4, y compris ses couches physique et MAC, les formats de trame et les mécanismes d'accès au canal (par exemple, CSMA/CA).
◦ Les extensions telles que la norme 802.15.4e, qui améliorent la fonctionnalité par le biais de sauts de canaux à intervalles de temps et d'un meilleur ordonnancement.
◦ Introduction à ZigBee, y compris son architecture, ses profils et ses schémas d'adressage.
- 6LoWPAN :
◦ Adaptation d'IPv6 pour les réseaux à faible consommation d'énergie, couvrant son architecture, ses mécanismes de compression et la gestion des en-têtes.
Les scénarios d'utilisation et les défis, tels que la découverte des voisins et les mécanismes de transfert.
- LPWAN pour le spectre sans licence :
◦ Des normes telles que LTE-M et Narrowband IoT (NB-IoT), en explorant leur accès au spectre, leur efficacité énergétique et leur coexistence avec les réseaux LTE existants.
- Autres solutions de connectivité IoT :
◦ Protocoles émergents comme Thread et Wi-SUN, et extensions de l'IEEE 802.15.4 comme le Wi-Fi pour l'IoT (802.11ah).
À la fin du cours, les étudiants comprendront les principes, les architectures et les applications pratiques des technologies LPWAN, ce qui leur permettra de concevoir et de mettre en œuvre des réseaux IoT évolutifs et économes en énergie.
Objectifs :
A l'issue de ce cours, les étudiants seront capables de :
Comprendre les principes des LPWAN : Expliquer les principes clés et les caractéristiques des réseaux étendus à faible consommation d'énergie (LPWAN), y compris leurs objectifs de conception, les compromis et les scénarios d'application.
Analyser l'IEEE 802.15.4 et les protocoles associés : Évaluer l'architecture, les composants et les extensions des technologies basées sur l'IEEE 802.15.4 (par exemple, ZigBee, 6LoWPAN) et leur rôle dans la mise en place de réseaux IoT à faible consommation.
Explorer les technologies LPWAN sans licence : Comprendre les piles de protocoles, les techniques de la couche physique et les applications réelles des technologies LPWAN sans licence telles que LoRa et SigFox.
Examiner les normes LPWAN cellulaires : Évaluer les caractéristiques, les avantages et les limites des technologies LPWAN cellulaires telles que LTE-M et Narrowband IoT (NB-IoT) dans les déploiements IoT.
Comparer et opposer les protocoles LPWAN : Identifier les forces et les faiblesses des différentes technologies LPWAN et recommander des solutions appropriées pour des cas d'utilisation spécifiques de l'IdO.
Concevoir et évaluer des réseaux IdO : Appliquer les connaissances acquises pour concevoir, analyser et évaluer les réseaux IoT utilisant les technologies LPWAN, en tenant compte de facteurs tels que la consommation d'énergie, l'évolutivité et l'utilisation du spectre.
Prendre conscience des nouvelles solutions de connectivité IoT : Explorer les solutions de réseau IoT à venir telles que Thread, Wi-SUN et IEEE 802.11ah, et leur impact potentiel sur les écosystèmes IoT.
Développer des compétences en matière de résolution de problèmes : Utiliser les connaissances théoriques et pratiques pour résoudre les problèmes du monde réel impliquant les technologies LPWAN et la conception de réseaux IoT.
-Nombre d'heures: 25h00
L'évaluation:
- L'évaluation du cours est conçue pour équilibrer la compréhension théorique et l'application pratique, afin de garantir une évaluation complète de vos progrès d'apprentissage :
- Examen écrit (50 %) : L'examen écrit évaluera votre compréhension des concepts théoriques abordés pendant les cours. Les questions peuvent inclure un mélange de formats, tels que des questions ouvertes, des énoncés vrai/faux, des questions à choix multiples, des analyses de figures (basées sur le matériel présenté dans les cours et les laboratoires), et des exercices d'appariement. Une note minimale de 8/20 est requise pour réussir cette composante.
- Rapports de laboratoire (50 %) : Vous réaliserez trois rapports de laboratoire basés sur les activités pratiques. Ces rapports évalueront votre capacité à appliquer les concepts appris en classe. Chaque rapport a le même poids, et tous doivent être soumis pour éviter de recevoir un 0 pour le travail en question.
- Pour réussir le cours, votre note finale (la moyenne pondérée de l'examen écrit et des rapports de travaux pratiques) doit être de 10/20 ou plus, avec une note minimale de 8/20 à l'examen écrit.
