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Responsable(s) Julien Gascon-Samson

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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Julien Gascon-Samson


PLAN DE COURS

Automne 2022
GTI700 : Principes et fondements de l’Internet des objets (IdO) (3 crédits)





Préalables
Aucun préalable requis
Unités d'agrément
Données non disponibles




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours

L’objectif de ce cours est de fournir à l’étudiant ou l'étudiante les connaissances nécessaires des principales fonctionnalités, applications et technologies clés génériques de l’Internet des objets (IdO). Le cours couvrira divers aspects liés au paradigme de l’IdO?tels que les réseaux, les protocoles, les architectures, les applications et les services.

Au terme de ce cours, l’étudiant ou l'étudiante sera en mesure de :

  • démontrer une compréhension des principes fondamentaux des architectures de l’IdO;
  • décrire le fonctionnement des principaux protocoles réseau et applicatif de la pile protocolaire de l’IdO;
  • décrire les interactions entre l’IdO, l’infonuagique et le web;
  • identifier certaines stratégies clés de traitement des données de l’IdO;
  • modéliser et concevoir des applications et services pouvant tirer profit des ressources de l’informatique en périphérie (edge computing), tout en gérant les contraintes appropriées;
  • démontrer une compréhension des enjeux clés de sécurité de l’IdO.

Les sujets abordés comprennent les concepts, la vision et les architectures de l’IdO; les réseaux d’accès en IdO; la couche réseau de l’IdO; les modèles et protocoles de communication en IdO (publish/subscribe, MQTT, AMQP); les technologies d’informatique en brouillard et en périphérie; les approches de traitement des données de l’IdO; les enjeux de sécurité de l’IdO; le Web of Things.

Préalable : avoir réussi 60 crédits du programme




Objectifs du cours

La mouture du cours GTI700 offert à la session A-2022 portera spécifiquement sur l'Internet des Objet (Internet of Things -- IoT). Le cours sera découplé en deux volets.

Volet 1: Aris Leivadeas (semaines 1 à 6)

À la fin du premier volet, les étudiants devraient être en mesure de :

  • Démontrer une compréhension des principes fondamentaux des architectures et des protocoles d'Internet des objets (Internet of Things) 
  • Décrire le fonctionnement de quelques protocoles gérant les différentes couches de la pile protocolaire de l'IoT.
  • Identifier les exigences et les défis des réseaux IoT en termes de performance et de fiabilité.

Volet 2: Julien Gascon-Samson (semaines 8 à 13)

Les objectifs du second volet du cours sont les suivants:

  • Décrire les intéractions entre l'Internet des Objets, l'infonuagique et le Web (Web of Things)
  • Modéliser et concevoir des applications distribuées pouvant tirer profit des ressources des périphériques de périphérie (fog / edge computing), tout en gérant leurs contraintes
  • Comprendre et utiliser le paradigme de communication publish/subscribe et certains protocoles tels que MQTT et AMQP pour mettre en relation les composants d'un système IoT à haut niveau
  • Comprendre et décrire les différents éléments d'une architecture de traitement de données IoT basée sur des flux (stream processing)
  • Démontrer une compréhension de certains enjeux de sécurité et de certains paradigmes émergents propres au monde de l'IoT



Stratégies pédagogiques

Le cours comprend une partie magistrale (3 heures par semaine) et des séances en laboratoire (2 heures par semaine). Le cours théorique sera dispensé à chaque semaine à distance au moyen de la plate-forme technologique Zoom, à raison de 3h / semaine pour une durée de 13 semaines (sauf une semaine pour l’examen intra). Le contenu du cours sera majoritairement présenté sous forme de présentations (format PDF). Des exemples et exercices faits en classe viendront complémenter les différents aspects théoriques du cours.




Utilisation d’appareils électroniques

En raison de la session d'automne à distance, tel que stipulé par les directives de l'ÉTS, les étudiant-e-s doivent avoir un ordinateur muni d'une caméra et d'un microphone, de la dernière version du logiciel Zoom, et d'une connexion Internet adéquate. L'ordinateur sera utilisé pour suivre le cours magistral ainsi que pour la réalisation des exercices en classe (voir la liste des logiciels recommendés plus bas).

  • Il sera demandé aux étudiant-e-s de mettre leur volume sur "Mute" durant la prestation du cours, et de n'enlever l'option "Mute" que pour poser une question ou intéragir.
  • Pour poser une question durant le cours magistral, les étudiant-e-s pourront allumer leur micro, et pourront utiliser la fonction "Lever la main" dans Zoom (le professeur s'assurera de garder un oeil sur la liste des étudiants ayant levé la main). Nous accepterons également les questions posées dans la fenêtre de clavardage Zoom.
  • Les informations pour se connecter à la session Zoom pour chacun des cours seront communiqués sur Moodle.
  • Les instructions pour les laboratoires seront communiqués par les chargés de laboratoire
  • Nous demandons aux étudiant-e-s d'allumer leur caméra durant le cours pour susciter un maximum d'intéractivité, en remplacement d'une classe donnée en présentiel.

Note:

  • Toute personne qui utilise Zoom pour diffuser des images ou flux vidéos inappropriés dans un contexte pédagogique ("zoombombing") sera automatiquement retirée de la session Zoom et bloquée, et le cas sera référé aux instances appropriées.



Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 18:00 - 21:30 Activité de cours
Jeudi 18:00 - 20:00 Laboratoire (Groupe A)
Jeudi 20:00 - 22:00 Laboratoire (Groupe B)



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Julien Gascon-Samson Activité de cours Julien.Gascon-Samson@etsmtl.ca A-4456
01 Aris Leivadeas Activité de cours Aris.Leivadeas@etsmtl.ca A-3415
01 Aris Leivadeas Laboratoire (Groupe A) Aris.Leivadeas@etsmtl.ca A-3415
01 Aris Leivadeas Laboratoire (Groupe B) Aris.Leivadeas@etsmtl.ca A-3415
01 Yahia El Fellah Laboratoire (Groupe B) yahia.el-fellah.1@ens.etsmtl.ca



Cours

Cette section présente le plan de cours prévu. 

Volet 1 (21 heures dont 3 heures d'examen) -- Aris Leivadeas

  1. Une introduction à l'internet des objets (4.5 heures)
    • Définition d'Internet des objets
    • Genèse de l'IoT
    • Importance de l'IoT
    • Conception de réseau IoT
    • Technologies clés
    • Cas d'utilisation
    • Défis
  2. Connexion d'objets intelligents (3.5 heures)
    • Capteurs
    • Actionneurs
    • Objets intelligents
    • Réseaux de capteurs
    • Critères de communication
  3. Réseaux d'accès en IoT (4.5 heures)
    • Introduction à la couche liaison
    • Protocole IEEE 802.15.4e/g
    • Protocole IEEE 1901.2a
    • Protocole IEEE 802.11ah
    • LoRaWAN
    • NB-IoT
  4. IoT couche réseau (4.5 heures)
    • Introduction à IPv6
    • L'analyse de rentabilisation pour l'IoT
    • Besoin d'optimisation en IP
    • Optimization d'IP pour l'IoT
    • Standardisation
  5. Architecture IoT (4 heures)
    • Pilotes derrière l'architecture de réseau IoT 
    • Exemples d'architecture IoT
    • Pile fonctionnelle d'IoT
    • Pile de gestion des données IoT

Volet 2 (21 heures dont 3 heures d'examen) -- Julien Gascon-Samson

  1. Introduction aux systèmes distribués et à l'infonuagique (3 heures)
    • Définitions
    • Caractéristiques
    • Modèles de services
    • Déploiement
    • Virtualisation
    • Services
    • Edge Computing
  2. Communications IoT à haut niveau (patrons, modèles, architectures, standards et technologies) (6 heures)
    • Publish/Subscribe
    • Modèles de systèmes pub/sub
    • Architectures
    • IP Multicast
    • DDS
    • MQTT
    • XMPP
    • AMQP
  3. Fog et Edge Computing (3 heures)
    • Développement d'applications IoT
    • Informatique en périphérique: origine et concepts
    • Intégration de l'IoT et de l'informatique en périphérie
    • Introduction à Node-RED
  4. Stream Processing (2 heures)
    • Motivation
    • Tâches et sémantiques
    • Performance
    • Applications IoT
  5. Sécurité des systèmes IoT (1 heure)
  6. Web of Things (3 heures)
    • Introduction au Web of Things
    • HTTP et APIs REST
    • CoAP
    • WebSocket
    • Mozilla Web Thing API
  7. Examen (3 heures)

Note importante: les heures sont des heures approximatives d’enseignement pour chaque sujet. Comme le cours est en continuelle évolution et en est à sa deuxième itération, il est possible que le matériel soit mis à jour au fil de la session.

 




Laboratoires et travaux pratiques

Les laboratoires seront composés de travaux pratiques (TP) permettant à l’étudiant de maitriser et d’approfondir la théorie vue en classe.

Les travaux pratiques du volet 1 du cours seront les suivants :

  • 6 séances de laboratoire individuel (pour un total de 12 heures)
    • Laboratoire 1 : Configuration de Raspberry pi
    • Laboratoire 2 : Configuration de Wi-Fi de Raspberry pi
    • Laboratoire 3 : Maison Intelligente
    • Laboratoire 4 : GPIO de Raspberry pi et Capteurs 1
    • Laboratoire 5 : PCF8591 et Capteurs 2
    • Laboratoire 6 : Système de température intelligent

Pour le volet 2 du cours, trois laboratoires d'une durée de deux semaines chacun seront proposés. Les sujets sont les suivants:

  • Laboratoire 1: services web IoT

  • Laboratoire 2: échange de données au moyen du protocole MQTT

  • Laboratoire 3: station météorologique tout en un




Utilisation d'outils d'ingénierie

Nous utiliserons en laboratoire des périphériques Raspberry Pi 3B+/4B avec un kit de capteurs et actionneurs Sunfounder. Les outils technologiques logiciels et matériels incluent les éléments suivants:

  • Raspberry pi OS
  • Raspberry pi 3B+/4B
  • Sunfounder kit de capteurs et actionneurs
  • Cisco packet tracer
  • Python
  • JavaScript + Node.JS
  • Environnement infonuagique
  • Environnement de développement
  • Node RED
  • Serveur et librairies MQTT

Noteun kit sera attribué par équipe (Raspberry Pi + capteurs). En raison des enjeux liés à la situation actuelle, un défi supplémentaire pour cette session sera de s'organiser afin que les membres de l'équipe puissent travailler à distance sur le Raspberry Pi (via SSH). L'organisation du travail d'équipe devra tenir compte du fait que l'un des membres aura accès au périphérique (et sera responsable des aspects matériels), et devra configurer son environnement réseau et le système d'exploitation afin de permettre les connexions distantes (SSH). Pour les autres membres de l'équipe, le défi sera de pouvoir travailler à distance sur le Raspberry Pi sans connexion physique de type clavier-souris-moniteur.




Évaluation
  Partie 1 Partie 2
Quiz 5% 5%
Laboratoires 20% 20%
Examen (intra ou final) 25% 25%


Dates et modalités :

Partie 1

 Groupe

01

Date du quiz

3 octobre 2022

Date de l’examen

24 octobre 2022

Partie 2

 Groupe

01

Quiz

Sera fourni en tant que devoir individuel à faire à la maison.

(Aux alentours de la 3e-4e semaine; dates précises à déterminer).

Date de l’examen

Durant la période des examens finaux

Veuillez noter qu’une moyenne inférieure à 50% dans les évaluations individuelles de type "examen" (examens intra et final) entraîne automatiquement un échec au cours. Ceci est une condition nécessaire mais non suffisante pour réussir ce cours.




Double seuil
Note minimale : 50



Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 24 octobre 2022



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles :

Tout travail remis en retard recevra la note 0%, sauf si une entente a été prise au préalable avec l'enseignant et à la discrétion de ce dernier.




Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Aucune documentation obligatoire. Toutefois, il est possible que certains articles scientifiques à lire soient demandés au courant de la session.




Ouvrages de références

Pour le premier volet du cours :

  • IoT Fundamentals Networking Technologies, Protocols, and Use Cases for the Internet of Things, par David Hanes, Gonzalo Selgueiro, Patrick Grossetete, Rob Barton, and Gerome Henry, Cisco Press (2017)
  • Internet of Things a Hands-on-Approach, Arshdeep Bahga and Vijay Madisettin, (2014)
  • Internet of Things Architectures, Protocols, and Standards, Simone Cirani, Gianluigi Ferrari, Marco Picone, and Luca Veltri, Wiley, (2019)
  • Computer Networking, a Top-Down Approach, Kurose, J.F. et Ross, K.W., 7ème edition, (2017)

Pour le second volet du cours :

Des ressources suggérées (ouvrages de référence ou en ligne) seront ajoutées au fil de la session à la page Moodle du cours et dans les diapositives du cours.




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Site Moodle/ENA du cours: https://ena.etsmtl.ca/course/view.php?id=17691




Autres informations

Obtention des kits (RasPI + capteurs): Un membre par équipe récupérera un kit avant le premier laboratoire. Les modalités exactes restent à déterminer et seront communiquées sous peu.

Retour des kits de (RasPI + capteurs): À retourner au plus tard le vendredi 16 décembre 2022. Les modalités exactes restent à déterminer et seront communiquées sous peu.