Application dans le PTP « Innovative Smart System »

Ce portfolio est utilisé dans le cadre de l'évaluation de la 3e année du cycle d'ingénieur à l'INSA de Toulouse. Il a été conçu spécialement à l'intention du jury de validation d'année pour le Parcours Transversaux Pluridisciplinaires (PTP) Innovative Smart System encadré par Mme Daniela Dragomirescu. Une version PDF du document est disponible au téléchargement via le menu.

insa

Partie A : Généralités

A.1. Curriculum


A.3.1. Identification


A.3.2. Curriculum Vitae

CV

A.3.3. Acquis de la formation

Intitulé Organisme Année Durée (h) Documents
Microcontrôleurs et Open-Source Hardware (M&OSH) INSA de Toulouse 2015 20
Protocoles pour les objets connectés INSA de Toulouse 2015 30.5
Communications numériques sans fil pour les objets connectés INSA de Toulouse 2015 5
Energie pour les objets connectés (recuperation, transfert) INSA de Toulouse 2015 5
Réseaux emergeants (SDN, NGN) INSA de Toulouse 2015 10.5
Sécurité dans les réseaux des objets connectés INSA de Toulouse 2015 5
Architecture de service INSA de Toulouse 2015 31
Intergiciel pour l'internet des objets INSA de Toulouse 2015 13.5
Adaptabilité : cloud et gestion autonomique INSA de Toulouse 2015 12
Ingénierie logicielle INSA de Toulouse 2015 6.25
Traitement des données sémantique INSA de Toulouse 2015 8
Traitement et analyse de données : big data INSA de Toulouse 2015 15
Projet intégrateur INSA de Toulouse 2015 38.5
Anglais INSA de Toulouse 2015 35
Innovation / Acceptabilité sociale / Business développement INSA de Toulouse 2015 20
Méthodes de créativité / Méthodes TRIZ INSA de Toulouse 2015 20.5
Management d'équipe INSA de Toulouse 2015 20
Stage APS (Sport) INSA de Toulouse 2015 25
PPI (Projet Professionnel Individualisé) INSA de Toulouse 2015 10
Mineure Cloud INSA de Toulouse 2015 70

Partie B : Partie Descriptive

B.1. Présentation des expériences en lien avec le PTP


Tableau récapitulatif de l’ensemble du parcours
Date Durée Contexte Fonction(s)
1 29/10/15 au 27/01/16 3 mois Réalisation d’un capteur de mesure de radiation pour une entreprise Conception des PCB, développement de l’interface entre le client et le capteur
2 18/11/15 au 09/12/15 1 mois Développement d’un service de gestion des stages Implémenter les interfaces utilisateurs en JavaEE, développer l’orchestrateur en BPEL
3 13/11/15 au 11/12/15 1 mois Conception, impression et soudage d’un Arduino Uno Conception du PCB et schéma, impression du PCB, perçage de la carte et soudage des composants de l’Arduino.
4 14/12/15 au 15/12/15 2 jours Hackaton INTEL/Orange autour de la Smart City Concours sur deux jours qui résulte sur un pitch de 3 minutes devant un jury regroupant la Métropole Toulouse, Intel, Orange, et le LAAS CNRS. Voir la présentation Prezi :

B.2. Expérience n°1 – Projet intégrateur


B.2.1. L’environnement et contexte

elements

L’entreprise ELEMENTS dispose d'une longue expertise dans le domaine du spatial. Elle exploite aujourd'hui son expérience des environnements difficiles dans le domaine du nucléaire, notamment le démantèlement et de l’assainissement nucléaire. Elle a proposé à l’INSA de Toulouse, une école d’ingénieur, la réalisation d’un compteur Geiger-Muller, en d’autre terme un outil de mesure de radiations. ELEMENTS a principalement souhaité que nous réalisions des tâches de spécification des sous-systèmes demandés. Le défis était de réaliser un capteur qui puisse résister à un environnement très perturbé. Nous avons utilisé un compteur GM afin de mesurer des relevés sur éléments radioactifs. Ces tests nous ont permis de fournir une spécification plus précise. Nous avons ensuite adapté les composants du compteur et du module de transmission sans fil afin qu’ils résistent aux perturbations générées par le capteur de radiation et le transformateur de tension. Il a ensuite fallu développer une interface utilisateur et programmer le compteur GM afin qu’il renvoie vers cette interface les mesures effectuées en test. Nous avons basé notre produit sur une solution OpenHardware, à savoir un Arduino. Notre système utilise un Arduino Uno, un shield WiFi de chez Adafruit, ainsi qu'un shield radiation de chez Libellium.

poster_projet_integrateur

B.2.2. Votre fonction

Nous étions tout d'abord parti sur la réalisation de notre propre carte, incluant des composants durcis pour résister aux radiations. J'ai donc dans un premier temps réaliser la la conception assistée par ordinateur d'un PCB. Notre solution a ensuite évoluée vers l'utilisation de notre propre Arduino, que nous avions réalisé de A à Z dans le cadre du module d'Open Hardware de l'INSA de Toulouse. Sur notre Arduino, nous avons décidé d'ajouter un shield WiFi pour les communications sans fils avec un point d'accès distant, ainsi qu'un capteur de radiation Geiger-Müller. Nous avons acheté et j'ai testé plusieurs modules de communication sans fils. La programmation s'est révélée plutôt difficile. Nous sommes finalement arrivé à une solution fonctionnelle, mais là encore j'ai rencontré des difficultés dans l'envoi des données vers notre API REST, à programmer en C++ sur notre Arduino. L'interfaçage entre notre Arduino, notre point d'accès WiFi et notre serveur distant impliquait de nombreuses compétences. Avec l'aide de mes collègues notamment sur les phases de débuggage, je suis finalement parvenu à faire communiquer, via des requêtes HTTP, mon module WiFi avec notre API REST distante. J'ai ainsi pu créer des ressources et les mettres à jour afin de constater le résultats sur notre interface graphique. A Ma contribution s’est située au niveau de la planification du projet et à la rédaction de documents décrivant l’architecture et l’arborescence du projet, ses tenants et aboutissants au travers du poster que j'ai réalisé, et des protocoles de tests, ou encore les documentations relatives à mes programmes.


B.3. Expérience n°2 – Plateforme de stages


B.3.1. L’environnement et contexte

Dans le cadre de ma formation à l’INSA de Toulouse, par équipe de projet, nous avons dû réaliser une plateforme de stage. Nous avions pour objectif de créer une plateforme pour chaque acteur qui entre en jeu dans le processus de recherche de stage dans notre école d’ingénieur. Cette plateforme devait permettre une interopérabilité entre les services développés par utilisateur utilisant un orchestrateur implémenté en BPEL. Le dialogues entre l’orchestrateur et les différents modules devait se faire en utilisant des requêtes SOAP/http.


B.3.2. Votre fonction

A partir d’un template de site web, j’ai implémenté l’interface utilisateur dédiée aux entreprises qui utilisent le service. J’ai ensuite adapté cette interface web à notre architecture de service développée en JavaEE, utilisant du JSP et des Servlets en lien avec notre base de données. Nous avons ensuite développé en groupe la partie orchestrateur à l’aide des outils vu en cours.


B.4. Expérience n°3 – Conception d’un Arduino


arduino_maison

B.4.1. L’environnement et contexte

Dans le cadre de ma formation en école d’ingénieur à l’INSA de Toulouse, nous avons participé à une coopération entre le département de Génie Electrique et Informatique et le département de Génie Physique. J’ai réalisé en binôme un Arduino Uno, sur la base de ce qu’il se trouve dans le commerce. Nous devions tout d’abord réaliser le PCB de l’Arduino en nous aidant du produit déjà existant et des données de cours. Une fois la conception validée, nous avons été imprimer notre PCB sur une plaque de cuivre en atelier. Il a ensuite fallu percer notre plaque afin qu’elle reçoive les composants de l’Arduino. Nous avons donc ensuite soudé ces mêmes composants au PCB, puis testé que nous pouvions manipuler la LED d’activité en programmant notre Arduino depuis un ordinateur.


B.2.2. Votre fonction

Lors de la conception du PCB, mon rôle en majeure partie a été de réaliser le routage entre les composants avec pour contrainte de réaliser un routage mono face pour respecter les directives de l’atelier d’impression, et de diminuer au maximum le nombre de VIA sur le circuit (trous pour passer d’une face à l’autre). Avec mon binôme nous nous sommes ensuite répartis le perçage de la carte et le soudage des composants, pour ensuite programmer notre Arduino ensemble afin de le tester et de vérifier que notre carte faite maison fonctionnait.

B.2. Expérience n°4 – Hackaton EMTECH



B.4.1. L’environnement et contexte

À l'occasion de la conférence internationale EMTECH France organisée par le MIT, les entreprises Intel et Orange ont organisé un hackathon sur le thème de la Smart City. Comment porter l'Internet des objets au service de la ville et de ses citoyens. Onze équipes de quatre étudiants chacune, en provenance de l'INSA de Toulouse et de Epitech ont pris part à la compétition. L'objectif était de mettre sur pied, en deux jours, une solution innovante, en utilisant le matériel et les applications mises à disposition par Intel (carte de développement Edison) et Orange (réseau LoRa et service REST). À la fin de ces deux jours, chaque équipe à du pitcher son projet en trois minutes devant un large jurie, composé de personnalités de Intel, Orange, Métropole Toulouse, et du LAAS CNRS. Dans le cadre de cette compétition, mon équipe est arrivée troisième.

Notre idée consiste en un module de sécurité à installé dans les quartiers sensibles de la ville de Toulouse. Ce module est capable de reconnaitre des mots clés vocaux et d'alerter un service de sécurité. Il permet ainsi de prendre le contrôle des caméras de sécurité de la ville dans le secteurs ou le module se situe, d'alerter les réseaux sociaux d'un possible danger, et de permettre à l'opérateur humain qui modère le système de diffuser un message vocal à l'intention de la victime et de son/ses agresseurs.


B.4.2. Votre fonction

Dans le cadre de ces deux jours de réflexion et de développement intensif, je me suis concentré sur deux principakes tâches. L'une technique, mesurer un niveau de bruit et faire sonner un buzzer en fonction de ce seuil. Pour cela il m'a fallu développer sur la carte Edison un programme en nodeJS, et intégrer un capteur de niveau de son ainsi qu'un buzzer. Une fois ses données collectées j'avais pour tâche de communiquer avec l'API REST d'Orange sur un serveur distant depuis la carte Edison via des requêtes HTTP. Ma seconde tâche, s'est articulée autour de la réalisation d'un support de communication Prezzi à destination de notre pitch de trois minutes devant le jury. De plus, j'ai également évalué et défini le business plan de notre concept, afin de convaincre la Métropole Toulouse de la maturité et de l'utilité de notre projet. Avec une de mes collègues, nous nous sommes ensuite partagé le pitch à l'oral, en anglais, devant le jury. Ce fut un challenge inédit pour moi. Devoir convaincre, avec un support de communication efficace, en seulement trois minutes n'est pas une mince à faire.

Partie C : Partie Technique

B.1. Étude des interférences WiFi


C.1.1. Présentation

Dans le cadre du module de Communications sans fil pour les objets connectés, au sein un groupe de quatre personnes, j’ai dû effectuer des calculs pour indiquer à quelle distance un émetteur sans fil de type ZigBee pouvait émettre sans dépasser le seuil de détection pour le récepteur. Dans un premier temps sans interférence puis avec interférences d’un second émetteur WiFi. Il a ensuite fallu faire un exercice similaire mais pour calculer la distance maximale entre le perturbateur WiFi et l’émetteur Zigbee pour une distance fixe entre l’émetteur et le récepteur. Le but étant toujours de conserver la puissance du signale en réception au-dessus d’un seuil de détection du signal. Nous avions deux semaines pour réaliser cette étude.

zigbee

C.1.2. Résolution du problème

Pour réaliser la solution numérique, j’ai utilisé des modèles de propagation en espace libre, et de type OneSlop (qui prend en compte un environnement en intérieur), ainsi que des bilans de liaisons. Les calculs et estimations ont été réalisés sur le logiciel Excel afin de pouvoir reproduire les modèles de calculs facilement. L’outil de feuille de calcul m’a également permis de répéter une même formule pour plusieurs valeurs afin de localiser le résultat le plus proche des consignes. L’outil a également permis de tracer des graphiques afin de pouvoir clairement présenter la solution. J’ai trouvé très formateur les erreurs que j’ai commises lors de l’étude, notamment en ce qui concerne les calculs à partir de valeurs converties dans une certaine unité, avant de les reconvertir dans une autre unité à nouveau.


C.1.3. Les connaissances et compétences mobilisées

Grâce au solutions étudiées dans le cadre du module de Communications numériques j’ai pu me familiariser avec l’étude et ses contraintes. Les compétences mobilisées faisaient appel à des connaissances de l’année antérieure mais adapté au contexte des standards de transmission pour l’internet des objets.


C.1.4. Synthèse et Bilan

J’ai rencontré des difficultés dans l’utilisation de l’outil de feuille de calcul associée à notre étude. En effet, pour tracer des graphiques à partir des nombreuses données et axes que nous avions cela requiert un bon niveau de manipulation du logiciel. C’est cependant un outil efficace et tout à fait approprié aux études de puissances et de distances entre un émetteur et un récepteur en télécommunication. Je sais que cette expérience va me servir dans le cadre de mon PFE en entreprise à la fin de mon cursus. Mon sujet de stage porte sur ce domaine. Je suis rassuré d’être au moins un peu plus familier avec les pratiques requises dans ce domaine.


C.2. Routage des pistes pour conception d'un Arduino


C.2.1 Présentation

Dans le cadre de la coopération en deux départements de mon école j’ai réalisé en binôme une carte Arduino à partir de zéro. J’ai eu un mois pour réaliser cet exercice (du 13/11/15 au 11/12/15). Avec mon binôme, j’étais conseillé et corrigé par notre enseignant au fur et à mesure de notre avancement. L’objectif était de concevoir sur ordinateur le PCB, de l’imprimer sur une plaque de cuivre, de percer et souder les composants, puis d’utiliser la carte Arduino. Pour cela nous avons bénéficier des composants fournis par le département de Génie Physique ainsi que de leurs équipements pour imprimer, perforer, et souder. Pour moi, le plus difficile était de réaliser le routage lors de la conception par ordinateur. La contrainte était de le faire sur une seule face, d’éviter les VIAs, les pistes entre les pates des composants, et d’espacer suffisamment les pistes.


C.2.2. Résolution du problème

Pour parvenir à remplir cet objectif, je me suis aidé de l’outil de routage automatique de notre logiciel de conception. A partir des résultats obtenus, j’ai supprimé les pistes qui ne remplissaient pas les contraintes fixées par notre enseignant. A la vue du nombre de pistes sur notre PCB, il m’a semblé que couplé une solution informatique et manuelle était un bon compromis entre le temps et l’efficacité du résultat obtenu. La difficulté a été de faire passer certaines pistes en coupant le plan de masse qui est rejoint par des composants sur toute la surface du PCB.

Bien que les VIAs étaient déconseillées, j’en ai utilisé quelques-unes avec mon binôme afin de pouvoir faire passer des pistes qui coupaient le plan de masse, mais grâce au via nous avons été capable de tirer un fil d’un plan de masse à l’autre pour les relier. Sans cette solution il aurait été compliqué de réaliser le routage en mono-face. En effet, au début de notre travail, j’avais essayé à plusieurs reprises et n’était parvenu qu’à des routages sur deux faces avec quelques VIAs.


C.2.3. Les connaissances et compétences mobilisées

Pour résoudre ce problème il a fallu apprendre à maitriser le logiciel Eagle qui permet de placer et relier des composants sur un schéma, pour ensuite les disposer et les router sur un PCB. J’ai ensuite pu transposer cette connaissance dans le cadre du projet intégrateur. J’ai pu me familiariser avec ce logiciel et les contraintes de la conception de PCB en suivant les travaux pratiques organisés autour de ce logiciel dans le cadre de mon PTP.


C.2.4. Synthèse et Bilan

Mes connaissances en matière de conception de PCB se sont élargies. Je sais qu’il est possible de faire appel à des ressources en lignes si l’on manque de composants. Il est même possible de créer sa propre librairie si l’on veut concevoir son propre composant. La contrainte de routage en mono-face m’a poussé à explorer les subtilités de la conception de PCB assistées par ordinateur. Cependant, cette contrainte était imposée pour respecter les capacités d’impression du matériel du département. Avec le recul, et sachant qu’il est possible d’utiliser plus de deux niveaux d’impression, je pense qu’il est beaucoup plus efficace de ne pas se limiter ainsi à une conception mono-face. Si c’était à refaire je m’assurerai d’avoir le matériel qui me permette de faire du routage multi-faces.

Analyse de compétences

Énergie dans les objets connectés


Vous trouverez ci-dessous un récapitulatif des travaux et recherches que j'ai réalisés au cours de ce semestre, qui impliquent l'étude et l'analyse de problématique, en matière de récupération et de transfert d'énergie pour les objets connectés.


Analyse : Projet Intégrateur


Étude : Bluetooth 4.0


Étude comparative : LoRa, Sigfox, GSM, UMTS


Étude : MAC layer protocols for Classic Networks & Mac layer protocols for Wireless Sensors Networks


Présentation : Why can’t we use GSM for IoT ?


Étude : WSNs for connected cars


Architecture de service, Intergiciel pour l'internet des objets, Ingénierie logicielle


Vous trouverez ci-dessous un récapitulatif des travaux et recherches que j'ai réalisés au cours de ce semestre, qui impliquent l'étude et l'analyse de problématique, en matière d'Architecture de service, d'Intergiciel pour l'internet des objets, d'Ingénierie logicielle.


Réalisation : Mineure Cloud Computing (notice) (presentation)


Réalisation : Projet intégrateur [lien indisponible pour raison de confidentialité]


Projet de fin d'études

Ci-après les documents relatifs à mon projet de fin d'études (PFE) réalisé au cours des 6 derniers mois de ma formation au sein de l'entreprise Thales Communications and Security à Paris.

Mémoire de PFE


Présentation soutenance de PFE



Annexe

Vous trouverez en annexe les documents de recherches et exercices réalisés dans le cadre de certains modules. Ces travaux sont évalués dans le cadre du module correspondant. Ils sont issus de sujets de réflexion afin d'élargir notre base de connaissance et d'approfondir les enseignements que l'on nous dispense. C'est également une initiation à la recherche personnelle qui nous sera utile tout au long de notre carrière afin de maintenir à jour nos connaissance dans notre domaine d'ingénierie.

Adaptabilité : cloud et gestion autonomique


Communications numériques sans fil pour les objets connectés


Innovation / Acceptabilité sociale / Business développement





Méthodes de créativité / Méthodes TRIZ


Protocoles pour les objets connectés






Hackathon Emtech


Réseaux emergeants (SDN, NGN)


Mineure Cloud


Traitement des données sémantique


Traitement et analyse de données : big data


Sécurité dans les réseaux des objets connectés



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