Les 5 couches de la pile technologique IoT

Dans cet article, je décris les 5 couches de la pile technologique IoT et comment les chefs de produit peuvent les intégrer dans leur stratégie produit et leur feuille de route.

Vous avez probablement beaucoup entendu parler de la façon dont l'Internet des objets (IoT) va révolutionner de nombreux domaines de notre vie. Et même avec tout ce potentiel, de nombreux chefs de produit ont encore du mal à comprendre les concepts de base de l'IoT et comment ils peuvent l'utiliser pour apporter une valeur ajoutée à leurs clients et à leur entreprise.

Remarque : Si vous débutez dans l'IoT, je vous recommande mon article Qu'est-ce que l'Internet des objets.

Lorsqu'on se lance dans l'IoT, il est facile d'être intimidé par la complexité, le jargon et le battage médiatique. Mais il n'y a pas de quoi s'inquiéter. La première étape consiste à cesser de considérer l'IoT comme une boîte noire et à commencer à le considérer comme un système composé de quelques blocs technologiques distincts.

J'appelle ces blocs les 5 couches de la pile technologique IoT. Une fois que vous vous serez familiarisé avec la pile technologique IoT, vous verrez qu'il n'y a rien de magique à propos de l'IoT. Ce ne sont que des capteurs, des ordinateurs et des réseaux mis en place. Soit dit en passant, tous les produits IoT ont ces 5 couches, qu'il s'agisse de produits de consommation ou industriels.

Plus loin dans cet article, je décrirai également comment vous pouvez utiliser ce modèle conceptuel pour interagir avec votre équipe, vos clients et vos fournisseurs. Mais d'abord, parlons de la pile technologique IoT.

Commençons !

Présentation des 5 couches de la pile technologique IoT

La première étape pour devenir chef de produit IoT consiste à comprendre les cinq couches de la pile technologique IoT. En décomposant une solution IoT complète en ces cinq couches, les chefs de produit peuvent mieux comprendre et analyser les compromis commerciaux et technologiques nécessaires à chaque niveau et dans le système dans son ensemble. Ces cinq couches sont :

Pour mettre cette pile technologique IoT dans son contexte, imaginons que vous développiez un produit qui surveille la santé d'une éolienne. Ce produit anticipe quand la turbine a besoin d'entretien, économisant ainsi des millions de dollars en dommages potentiels à la turbine et évitant une interruption de service.

Cette technique est communément appelée « maintenance prédictive ».

Utilisons maintenant l'exemple d'éolienne pour décrire en détail chacune des couches de la pile technologique IoT.

Couche 1 - Matériel de l'appareil

Les appareils constituent les « objets » de l'Internet des objets. Les appareils servent d'interface entre les mondes physique et numérique. Ils constituent la première couche de la pile technologique IoT.

La première chose à considérer est de savoir si votre produit est l'appareil connecté lui-même (c'est-à-dire le thermostat Nest) ou si votre produit est en train de transformer un existant en un appareil connecté en ajoutant de l'instrumentation (c'est-à-dire en ajoutant des capteurs et une communication à une éolienne). Dans notre exemple, vous ne vendez pas l'éolienne, mais uniquement l'appareil qui se connecte à l'éolienne. En d'autres termes, notre exemple d'éolienne est une solution « brownfield ».

L'un des principaux objectifs de votre appareil est de collecter des données. Ensuite, vous devez réfléchir aux données à collecter et, par conséquent, au matériel de périphérique dont vous avez besoin pour le faire.

Pour les besoins simples de collecte de données, vous n'aurez peut-être besoin que d'un seul capteur. Pour une collecte de données plus complexe, vous aurez peut-être besoin d'un ordinateur industriel qui abrite de nombreux capteurs, un processeur puissant, un stockage local, une passerelle, etc.

Dans cette couche de la pile technologique IoT, il est essentiel de comprendre les paramètres matériels tels que le coût, la taille, la facilité de déploiement, la fiabilité, la durée de vie utile, etc.

Par exemple, pour les petits appareils tels que les montres intelligentes, vous ne disposez peut-être que d'un espace physique pour un système sur puce (SoC). Pour des solutions plus exigeantes, vous aurez peut-être besoin d'un ordinateur embarqué tel que Raspberry Pi, Arduino ou BeagleBone. Pour les besoins informatiques critiques, vous aurez peut-être besoin d'ordinateurs industriels avancés tels que le RIO compact ou le PXI. Toutes ces solutions ont des exigences différentes concernant le coût, la taille, la durée de vie de la batterie, etc.

Pour notre produit de surveillance des éoliennes, nous aurons besoin d'un accéléromètre comme capteur pour collecter les données de vibration. Si la vibration est en dehors d'une plage spécifique, cela signifie que l'éolienne a besoin d'un entretien. Comme il s'agit d'une application industrielle lourde, nous aurons probablement besoin d'utiliser un ordinateur industriel comme le RIO compact, car il a suffisamment de puissance de calcul et a déjà des accéléromètres intégrés.

Votre appareil aura également besoin de matériel pour communiquer les données au Cloud. Plus d'informations à ce sujet dans la section communication.

Article recommandé : Comment fonctionne un appareil IoT ?

Couche 2 - Logiciel de l'appareil

Le logiciel de l'appareil est le composant qui transforme le matériel de l'appareil en un « appareil intelligent ». Le logiciel de l'appareil est la deuxième couche de la pile technologique IoT.

Le logiciel du périphérique active le concept de « matériel défini par logiciel », ce qui signifie qu'un périphérique matériel particulier peut servir plusieurs applications en fonction du logiciel intégré qu'il exécute.

Le logiciel de l'appareil vous permet de mettre en œuvre la communication avec le Cloud ou d'autres appareils locaux. Vous pouvez effectuer des analyses en temps réel, l'acquisition de données à partir des capteurs de votre appareil et même le contrôle.

Cette couche de la pile technologique IoT est essentielle car elle sert de lien entre le monde réel (matériel) et vos applications cloud. Ce sera à vous et à votre équipe de décider combien de fonctionnalités vous placez ici par rapport au Cloud.

Vous pouvez également utiliser le logiciel de l'appareil pour réduire les risques de développement matériel. Le matériel de construction coûte cher et prend beaucoup plus de temps que le logiciel. Ainsi, au lieu de construire votre appareil dans un but précis et précis, il est préférable d'utiliser du matériel générique qui peut être personnalisé par le logiciel de votre appareil pour vous offrir plus de flexibilité par la suite.

Cette technique est souvent connue sous le nom de « matériel défini par logiciel ». De cette façon, vous pouvez mettre à jour votre logiciel embarqué à distance via le Cloud, ce qui mettra à jour votre fonctionnalité « matériel » sur le terrain.

Je divise la couche logicielle de l'appareil en deux catégories :

Système d'exploitation de l'appareil

La complexité de votre solution IoT déterminera le type de système d'exploitation (OS) dont vous avez besoin. Certaines des considérations clés incluent si votre application nécessite un traitement en temps réel, le type de prise en charge d'E/S dont vous avez besoin et si vous avez besoin de la prise en charge de la pile TCP/IP complète. Les exemples courants de systèmes d'exploitation intégrés incluent Linux, Brillo (Android réduit), Windows Embedded et VxWorks, pour n'en nommer que quelques-uns.

Applications de l'appareil

Les applications de l'appareil s'exécutent sur le système d'exploitation Edge et fournissent les fonctionnalités spécifiques à votre solution IoT. Ici, les possibilités sont infinies. Vous pouvez vous concentrer sur l'acquisition et la diffusion de données vers le Cloud, l'analyse, le contrôle local, etc.

Pour notre exemple de moniteur d'éolienne, notre accéléromètre prélèvera des échantillons fréquents pour mesurer les vibrations. Cela produit une énorme quantité de données. Mais nous n'avons pas besoin d'envoyer toutes ces données vers le Cloud, juste les données qui indiquent qu'il y a un problème. Par conséquent, notre logiciel d'application de périphérique surveillera les données localement et n'enverra que des conditions d'avertissement et d'erreur. Il effectuera également un contrôle en temps réel pour arrêter la turbine si la vibration sort des paramètres que vous spécifiez.

Conseil du chef de produit : Si le matériel et les logiciels de l'appareil fonctionnent ensemble pour créer un appareil intelligent, pourquoi les représenter séparément dans la pile de la technologie IoT ? Il est utile de les considérer séparément car ils sont construits par différentes équipes utilisant des exigences, des processus et des délais très différents. Le logiciel de l'appareil sera développé par des ingénieurs logiciels en utilisant une approche Agile. Les appareils, quant à eux, seront développés par un groupe d'ingénierie matérielle suivant un processus NPI matériel. Cette séparation rendra votre travail beaucoup plus confortable lorsque vous planifierez des feuilles de route et travaillerez avec différentes équipes.

Couche 3 – Communications

Les communications font référence à toutes les différentes manières dont votre appareil échangera des informations avec le reste du monde. Les communications constituent la troisième couche de la pile technologique IoT. Selon votre secteur d'activité, certaines personnes appellent cette couche de la pile technologique IoT la « connectivité ». Dans cet article, j'utilise le terme plus générique de « communications », mais je fais référence à la même chose.

Les communications incluent à la fois les réseaux physiques et les protocoles que vous utiliserez. Il est vrai que la mise en œuvre de la couche de communication se trouve dans le matériel et le logiciel de l'appareil. Mais à partir d'un modèle conceptuel (pas de modèle d'implémentation), je préfère garder les Communications comme sa propre couche afin de faciliter les discussions avec le reste de mon équipe.

La sélection des bons mécanismes de communication est un élément essentiel de votre stratégie produit IoT. Il déterminera non seulement comment vous obtenez des données dans et hors du Cloud (par exemple, en utilisant Wi-Fi, WAN, LAN, 4G, 5G, LoRA, etc.), mais aussi, comment vous communiquez avec des appareils tiers dans le même bâtiment.

Par exemple, il est courant que les systèmes des bâtiments intelligents communiquent entre eux à l'aide du protocole BACnet. Si votre appareil est impliqué dans l'automatisation du bâtiment, il est recommandé qu'il fournisse une assistance BACnet, même si vous n'êtes pas encore sûr de vouloir que votre appareil communique avec d'autres appareils dans le bâtiment.

Votre stratégie de communication a un impact sur la topologie globale de votre système. Par exemple, si votre solution IoT comporte dix capteurs, chaque capteur doit-il communiquer directement avec le Cloud ? Ou devriez-vous avoir dix capteurs plus simples (et moins chers) qui communiquent avec une passerelle centrale pour l'agrégation et la transmission à longue distance des données ?

Ces décisions ne sont pas purement techniques. Il s'agit de décisions commerciales que les chefs de produit doivent prendre tout en tenant compte de l'impact sur le coût, le déploiement et la complexité technique de la solution.

Pour mon exemple de moniteur d'éolienne, la première inclinaison pourrait être de connecter les appareils à un réseau local. Mais le parc éolien peut être au milieu de nulle part, et tout ce que vous avez est une tour de téléphonie cellulaire à proximité. Vous devrez donc vous connecter au Cloud via la communication cellulaire.

Cette décision aura des implications sur votre sélection du matériel et des logiciels de l'appareil, et sur vos coûts, car vous devrez payer un fournisseur de services cellulaires pour la connexion. Ce coût supplémentaire soutient également notre décision de pré-analyser les données des capteurs dans l'appareil et d'envoyer uniquement des informations exploitables au Cloud, par opposition à l'envoi de l'ensemble de données produit par l'accéléromètre. N'oubliez pas que plus vous transmettez de données, plus cela vous coûte .

Couche 4 – Plateforme Cloud

La plateforme cloud est l'épine dorsale de votre solution IoT. Si vous êtes familiarisé avec la gestion des offres SaaS, vous connaissez bien le rôle de cette couche de la pile technologique IoT.

Une plate-forme cloud fournit l'infrastructure qui prend en charge ces domaines critiques :

Collecte et gestion des données

Vos appareils intelligents diffuseront des informations vers le Cloud. Lorsque vous définissez les exigences de votre solution, vous devez avoir une bonne idée du type et de la quantité de données que vous allez collecter quotidiennement, mensuellement et annuellement.

L'un des défis des applications IoT est qu'elles peuvent générer une énorme quantité de données. Vous devez vous assurer de définir vos paramètres d'évolutivité afin que vos architectes puissent déterminer la bonne solution de gestion des données dès le début.

Article recommandé : Big Data :6 domaines clés que chaque chef de produit devrait aborder

Analytics

L'analyse est l'un des composants essentiels de toute solution IoT. Par analytique, je fais référence à la capacité d'analyser des données, de trouver des modèles, d'effectuer des prévisions, d'intégrer l'apprentissage automatique, etc. C'est la capacité de trouver des informations à partir de vos données et non des données seules qui rendent votre solution précieuse. L'analyse peut être aussi simple que l'agrégation et l'affichage de données ou peut être aussi élaborée que l'utilisation de l'apprentissage automatique ou de l'intelligence artificielle. Il n'y a pas de bien ou de mal ici. Les besoins de vos clients détermineront le type d'analyse que vous devrez effectuer pour répondre à leurs besoins.

API Cloud

L'Internet des objets consiste à connecter des appareils et à partager des données, ce que vous pouvez réaliser en exposant des API au niveau du cloud ou au niveau de l'appareil. Les API cloud permettent à vos clients et partenaires d'interagir avec vos appareils ou d'échanger des données. N'oubliez pas que l'ouverture d'une API n'est pas une décision technique; c'est une décision commerciale.

Article recommandé : Le business des API :ce que les chefs de produit doivent prévoir

Les chefs de produit doivent fournir à leurs équipes une orientation claire de la solution IoT globale afin que les équipes techniques puissent déterminer la bonne architecture Cloud. Les chefs de produit doivent également évaluer le coût et la complexité du développement de la plate-forme Cloud via une analyse build versus buy.

Chaque équipe technique est encline à construire une solution complète à partir de zéro. Mais que l'équipe soit capable de le faire ou non, il est essentiel que le chef de produit détermine si la création de votre plate-forme Cloud est « judicieuse pour l'entreprise » non seulement du point de vue du développement, mais également en tenant compte du coût total de possession, de maintenance, assistance, fiabilité et délai de mise sur le marché.

Dans de nombreux cas, il peut être préférable de tirer parti du PaaS (Platform as a Service) existant. Il y en a beaucoup sur le marché, donc pour une plongée plus approfondie dans la couche de plate-forme Cloud de la pile technologique IoT, je recommande mon article :

Article recommandé : Qu'est-ce qu'une plate-forme IoT (et comment en choisir une)

Pour notre exemple de surveillance des éoliennes, réfléchissons à la quantité de données que nous devrons stocker. Les données d'une turbine peuvent sembler peu nombreuses. Mais au fil des années, ça va s'additionner. De plus, n'oubliez pas que votre plate-forme Cloud doit prendre en charge les données de milliers d'éoliennes. Avec le temps, cela représentera une énorme quantité de données, notre infrastructure Cloud doit donc permettre un stockage et un traitement flexibles de ces données.

De plus, votre analyse Cloud peut avoir besoin de traiter les données entrantes en temps réel pour détecter les tendances et pouvoir prédire quand les turbines auront besoin d'un service. Vous devrez peut-être également ouvrir une API pour transmettre ces informations à votre couche d'application.

Couche 5 – Applications Cloud

Cette cinquième couche de la pile technologique IoT est la plus facilement comprise par les équipes produit et les dirigeants. Vos applications d'utilisateur final sont la partie du système que vos clients verront et avec laquelle ils interagiront. Ces applications seront très probablement basées sur le Web et, en fonction des besoins de vos utilisateurs, vous aurez peut-être besoin d'applications distinctes pour les ordinateurs de bureau, les appareils mobiles et même les appareils portables.

Même si votre appareil intelligent dispose de son propre écran, votre client est très susceptible d'utiliser une application cloud comme principal point d'interaction avec votre solution. Cela leur permet d'avoir accès à vos appareils intelligents à tout moment et n'importe où, ce qui fait partie de l'objectif d'avoir des appareils connectés.

Les chefs de produit doivent comprendre vos utilisateurs et le « travail à faire » de votre produit. Lors de la conception de vos applications pour utilisateurs finaux, il est très important de comprendre qui est votre utilisateur et quel est son objectif principal en utilisant votre produit. Gardez à l'esprit que pour les applications Industrial IoT, vous aurez probablement plus d'un utilisateur.

Les applications peuvent également être divisées en applications destinées aux clients et en applications internes. Les applications destinées aux clients reçoivent généralement le plus d'attention, mais dans le cas de l'IoT, les applications internes sont tout aussi importantes. Il s'agit notamment d'applications permettant de provisionner et de dépanner à distance les appareils, de surveiller l'état de votre parc d'appareils, de générer des rapports sur les performances et la maintenance prédictive, etc.

Ces applications internes nécessiteront une compréhension approfondie de vos clients externes et internes et nécessiteront une hiérarchisation et des ressources appropriées pour s'assurer qu'ils ne tombent pas entre les mailles du filet. Ils sont un élément clé d'une solution IoT, il est donc de la responsabilité du chef de produit de s'assurer qu'ils sont réalisés.

Pour notre moniteur d'éoliennes, une application possible serait une application Web utilisée par les opérateurs de parcs éoliens travaillant dans une salle de contrôle centrale. Cette application affiche des informations et des tendances sur les milliers d'éoliennes qu'ils gèrent et les alerte lorsqu'une turbine particulière a besoin d'être réparée. L'opérateur peut obtenir ces informations en temps réel et envoyer l'équipe de service pour effectuer une maintenance préventive, évitant ainsi les réparations coûteuses et les interruptions de service.

Article recommandé : Pourquoi est-il si difficile de créer une bonne expérience utilisateur dans l'IoT

Et à propos de « l'Edge » ?

Vous avez probablement entendu le terme « edge » utilisé aux côtés de l'IoT. Edge fait référence à « edge computing », qui est la capacité d'effectuer des analyses ou d'autres travaux de calcul plus près de l'endroit où se trouvent vos capteurs.

La question que je me pose souvent est la suivante :pourquoi n'avez-vous pas inclus la périphérie comme l'une des couches de la pile technologique IoT ? C'est une excellente question ! Et la réponse est juste :la simplicité.

Dans cet article, je présente un modèle conceptuel de la pile technologique IoT pour vous aider dans les conversations avec toutes vos parties prenantes et clients.

Ce modèle générique n'est pas conçu comme une représentation technique exacte d'une solution IoT. Cela augmenterait la complexité et irait à l'encontre de l'objectif d'avoir un outil de communication simple.

Une autre raison est que la définition de « bord » change en fonction de la personne à qui vous parlez. Par exemple, selon le fournisseur, l'arête peut être :

• L'appareil lui-même
• Une passerelle
• Un serveur sur site qui collecte les données avant de se connecter au Cloud
• La périphérie du réseau cellulaire ou "Telco edge" si vous parlez à des fournisseurs de télécommunications
• Le bord du réseau électrique (c'est-à-dire les compteurs intelligents) si vous parlez aux services publics

Comme vous pouvez le voir, la définition et l'interprétation varient. Ma recommandation est de rester simple et d'utiliser ces 5 couches de la pile technologique IoT.

Mais, si vous avez besoin d'ajouter le bord pour plus de clarté, vous pouvez modifier mon diagramme pour ajouter les couches nécessaires qui représentent mieux votre solution. L'objectif est d'avoir un modèle conceptuel que VOUS pouvez utiliser pour communiquer avec toutes vos parties prenantes.

La pile technologique IoT est un outil de communication

Comment utiliser ce modèle des 5 couches de la pile technologique IoT ? Utilisez-le comme un outil de communication.

En tant que chefs de produit, nous devons interagir avec de nombreuses personnes dans notre organisation ainsi qu'avec des clients et des partenaires. J'ai découvert que le premier défi est de mettre tout le monde sur la même longueur d'onde. C'est là que cet outil entre en jeu.

Chaque fois que je parle à de nouveaux groupes, je flashe la pile technologique IoT pour m'assurer que tout le monde comprend de quoi je parle lorsque je parle de solutions IoT ou IoT de bout en bout. Il donne à chacun un cadre de référence ET un langage commun pour se référer aux différents blocs de construction. Il élimine l'approche de la « boîte noire » de l'IoT et la présente en des termes que tout le monde peut comprendre.

J'inclus cette pile technologique IoT dans la plupart de mes présentations (internes et externes), et j'ouvre souvent chaque réunion en alignant tout le monde sur les 5 couches, puis sur celle sur laquelle nous nous concentrerons pour cette réunion.

Cela m'aide à ancrer les discussions non seulement avec l'équipe technique, mais aussi avec les ventes, le marketing, les cadres, la conception, la science des données, la conformité, les fournisseurs, etc.

Maintenant que vous êtes familiarisé avec la pile technologique IoT, je vous recommande vivement de lire mon article sur le cadre de décision IoT. Il vous donnera le prochain niveau d'outils pour aborder la gestion des produits IoT de manière structurée.

Cours en ligne recommandé : Le programme de certificat de chef de produit IoT

Le résultat final

Alors que l'Internet des objets continue de croître, le monde aura besoin d'une armée de chefs de produit avertis en matière d'IoT. Et ces chefs de produit devront comprendre chaque couche de la pile technologique IoT et comment elles s'intègrent toutes dans une solution IoT complète.

Les chefs de produit devront prendre des décisions commerciales et techniques stratégiques à chaque niveau pour assurer le succès de leurs produits.

Faveur rapide. Si vous avez apprécié cet article, alors ce serait une ÉNORME aide si vous le partagiez avec d'autres gens du produit.

Où allez-vous partir d'ici? Lisez mon prochain article, où je partage un cadre de décision IoT. Mon cadre s'appuie sur la pile technologique IoT pour vous donner une méthode structurée pour développer votre stratégie de produit IoT et votre feuille de route.