Vous devez concevoir des passerelles IoT industrielles robustes, sécurisées et évolutives. De nombreux secteurs utilisent des passerelles IoT pour connecter leurs machines, gérer les données et se connecter au cloud. Le marché mondial des passerelles IoT industrielles représentait 2.9 milliards de dollars en 2024 et devrait croître de près de 12 % par an jusqu'en 2030. Les entreprises manufacturières utilisent plus de 42 % de ces passerelles. Avant de concevoir ou de choisir une passerelle, il est essentiel d'analyser vos besoins spécifiques.
Points clés à retenir
Définissez vos besoins avant de concevoir une passerelle IoT. Adaptez votre solution aux exigences de votre secteur d'activité.
Utilisez des passerelles IoT pour connecter les appareils au cloud. Cela permet une meilleure gestion des données et réduit le trafic réseau.
La sécurité est primordiale : utilisez des mots de passe robustes, mettez-les à jour régulièrement et segmentez vos réseaux pour sécuriser votre passerelle.
Choisissez un matériel adapté à votre espace. Tenez compte de sa robustesse et de sa compatibilité avec vos systèmes actuels.
Vous pouvez construire votre propre passerelle ou en acheter une. Tenez compte du temps nécessaire pour votre projet et de vos besoins.
Rôle des passerelles IoT dans l'industrie
Connexion des appareils et du cloud
Les passerelles IoT permettent aux machines, aux capteurs et aux contrôleurs de communiquer avec le cloud. Ces passerelles captent instantanément les données des appareils IoT. Elles vous aident à traiter et à trier les informations avant de les envoyer vers le cloud. Cela améliore le fonctionnement du système et réduit le trafic réseau. Le tableau ci-dessous présente le rôle des passerelles :
Fonction | Description |
|---|---|
Collecte des Données | Collecte des données provenant de capteurs, de périphériques d'E/S et de PLCs. |
Conversion de protocole | Convertit les données dans un format compatible avec le cloud. |
Surveillance en temps réel | Fournit des mises à jour rapides sur la production et les équipements. |
EdgeComputing | Traite les données à proximité pour rendre les choses plus rapides et plus efficaces. |
Sécurité | Protège vos données lors de leurs déplacements et bloque les attaques extérieures. |
Vous utilisez des protocoles tels que Modbus, MQTT , OPC UA, HTTP/HTTPS et TCP/IP pour échanger des données entre les appareils et le cloud. Ces protocoles garantissent la sécurité et la stabilité de vos messages. Grâce à une passerelle IoT industrielle, vous pouvez exploiter le edge computing pour prendre des décisions rapides et réagir promptement aux changements au sein de votre usine.
Systèmes de liaison entre les systèmes informatiques et les systèmes opérationnels
Vous devez relier vos systèmes informatiques (IT) à vos systèmes opérationnels (OT). Les passerelles permettent cette connexion. Elles échangent des données afin que les deux systèmes puissent communiquer. Cette connexion vous permet de surveiller et de contrôler les machines à distance.
Voici quelques-uns des principaux avantages que vous obtenez en utilisant des passerelles IIoT pour connecter l'IT et l'OT :
Moins de temps d'arrêt
Meilleure qualité du produit
Moins de déchets
Régler les problèmes avant qu'ils ne prennent de l'ampleur.
Les passerelles vous permettent également de gérer tous vos appareils depuis une interface unique. Vous pouvez ainsi mettre à jour les logiciels, vérifier l'état des appareils et modifier les paramètres en toute simplicité. La visualisation des données en temps réel contribue à améliorer la production et à identifier rapidement les problèmes. Les outils de sécurité intégrés aux passerelles IIoT protègent vos systèmes OT contre les pirates informatiques. Vous garantissez la sécurité de vos données lors de leur partage au sein de votre entreprise.
Étapes de conception d'une passerelle IoT industrielle
Exigences et cas d'utilisation
Tout d'abord, il est essentiel de définir les fonctionnalités attendues de votre passerelle IoT industrielle. Les passerelles IoT sont utilisées à des fins diverses selon les secteurs d'activité. Dans les usines, elles facilitent la connexion entre les machines et simplifient le travail des opérateurs. Elles permettent aux machines de communiquer entre elles et avec le cloud, ce qui contribue à la collecte de données et à une prise de décision plus éclairée.
Voici quelques exemples d'utilisation des passerelles IIoT :
Vous permettez aux machines et au cloud de communiquer immédiatement.
Vous pouvez mieux suivre les produits et les ressources.
Vous ajoutez des passerelles aux anciennes installations pour relier les sources de données.
Vous utilisez le traitement en périphérie pour résoudre les problèmes et vous connecter aux systèmes ERP afin d'éviter les interruptions de service.
Vous utilisez des passerelles dans la construction de véhicules, de robots et de capteurs agricoles.
Vous surveillez les compteurs et les convoyeurs dans les mines et les travaux lourds.
Vous avez besoin de capteurs et d'appareils robustes car les usines peuvent être des environnements difficiles.
Les normes du secteur déterminent vos besoins. Vous devez respecter les règles de sécurité, de collaboration et de prix. Le tableau ci-dessous illustre comment ces normes influencent la conception de votre passerelle :
Impact des normes sur la conception des passerelles IIoT | Description |
|---|---|
Conformité à la cybersécurité | Garantit la sécurité des passerelles IIoT contre les menaces. |
Amélioration de l'interopérabilité | Les règles permettent aux produits de différents fabricants de fonctionner ensemble. |
Réduction des coûts | L'utilisation de règles peut permettre de réduire les coûts de construction en indiquant les meilleures façons de procéder. |
Adaptation aux défis uniques de l'IIoT | Les règles doivent être adaptées aux risques et problèmes spécifiques à l'IIoT. |
Options matérielles pour les passerelles IoT
Vous disposez d'un large choix de matériels pour votre passerelle IoT industrielle. Vous pouvez opter pour des ordinateurs monocartes, des systèmes sur module (SoM) ou des microcontrôleurs. Chacun présente des avantages et des inconvénients. Le tableau ci-dessous compare quelques modèles de passerelles populaires :
Modèle de passerelle | Connectivité cellulaire | Points forts | Points faibles |
|---|---|---|---|
Raspberry Pi 4 Modèle B | Non intégré ; nécessite des dongles supplémentaires. | Très bon marché, flexible et avec une grande communauté. | Non conçu pour les usines, pas de réseau cellulaire intégré, nécessite des améliorations en matière de sécurité. |
Siemens Simatic IoT2050 | Nécessite des cartes Mini PCIe pour la connectivité cellulaire | Très fiable et compatible avec Siemens PLCs. | Plus difficile à apprendre, le cellulaire est une composante supplémentaire. |
Rockwell Automation Optix Edge | La connectivité cellulaire n'est pas la fonctionnalité principale. | Fonctionne parfaitement avec les contrôleurs Logix et FactoryTalk. | Pas de module cellulaire intégré, conçu pour certains systèmes. |
Dell Edge Gateway série 5000 | Nécessite des emplacements supplémentaires pour les téléphones portables | Puces Intel performantes, bonne qualité de fabrication et assistance mondiale. | Conçu principalement pour le secteur informatique, peut nécessiter d'autres logiciels. |
Robustel EG5120 | Doté d'une connectivité 4G LTE Cat 4 globale intégrée et d'une double carte SIM | Puce ARM rapide, avec connectivité cellulaire intégrée. | N/D |
Il est également important de tenir compte de la durée de vie de votre matériel. Certains modèles, comme la série RCO-1000, sont conçus pour des applications exigeantes. Ils sont très robustes, durables et résistent bien à la chaleur. D'autres, comme le Raspberry Pi, conviennent aux laboratoires mais peuvent ne pas supporter les conditions difficiles. Vérifiez toujours que votre matériel possède les certifications requises et qu'il est capable de supporter une utilisation intensive.
Conception et fabrication de PCB
Lors de la conception du circuit imprimé de votre passerelle IoT, il est essentiel de prendre en compte ses performances et sa durabilité. Une conception de circuit imprimé de qualité contribue à optimiser le fonctionnement et la durée de vie de votre passerelle. Voici quelques conseils :
Choisissez des matériaux pour circuits imprimés adaptés à vos besoins.
Utilisez davantage de couches pour les câblages complexes et le blocage des signaux.
Prévoir des pièces clairement identifiées et suffisamment d'espace pour les machines.
Assurez-vous que les trous correspondent parfaitement aux pièces.
Choisissez des pièces qui peuvent se plier et vibrer sans se casser.
Utilisez la température appropriée pour le soudage, généralement entre 245 et 260 °C.
Utilisez des pochoirs laser pour appliquer la pâte à souder.
Répartissez le flux uniformément pour une bonne soudure.
Vérifiez la carte après la soudure pour détecter rapidement les problèmes.
Il est conseillé de construire et de tester votre circuit imprimé à plusieurs reprises. Cela vous permettra de repérer et de corriger les erreurs avant une production à grande échelle. Si votre passerelle utilise une connexion sans fil, assurez-vous d'aligner correctement l'antenne et les pistes du circuit imprimé pour obtenir un signal optimal. Enfin, ajoutez un chiffrement matériel et un démarrage sécurisé pour garantir la sécurité de vos données.
Astuce : L’utilisation de schémas modulaires et de références peut accélérer la conception de vos circuits . Vous pouvez ainsi utiliser des schémas fonctionnels et les adapter à vos besoins.
Connectivité et informatique de périphérie
Votre passerelle IoT industrielle doit se connecter à de nombreux appareils et réseaux. Vous pouvez utiliser une connexion filaire ou sans fil. Les connexions filaires offrent une stabilité optimale. Le sans-fil, comme la 4G ou la 5G, permet de déployer les passerelles à des endroits plus nombreux.
Option de connectivité | Impact sur les performances du Edge Computing |
|---|---|
Câblé et sans fil | Permet de basculer ou de revenir en arrière, de sorte que les données continuent de circuler même en cas de panne du réseau. |
Éruption locale | Cela accélère les choses en permettant aux données de quitter le réseau cellulaire à proximité. |
Les données sont protégées car elles restent dans la même zone, ce qui facilite leur gestion. | |
Gestion unifiée | Garantit que les connexions fonctionnent de la même manière partout, ce qui est important pour les emplois en périphérie de réseau. |
Contrôle des coûts: | Supprime les frais d'itinérance, ce qui permet de réduire le coût d'une utilisation importante de données. |
L'informatique de périphérie permet de traiter les données au plus près de leur source. Résultat : moins d'attente et un gain d'espace de stockage. Vous pouvez trier et analyser les données directement en périphérie avant de les envoyer vers le cloud. Grâce à la 5G et à l'informatique de périphérie, vous bénéficiez de débits plus rapides et d'une attente réduite. Un atout majeur pour les données en temps réel et les prises de décision rapides en usine.
L'informatique de périphérie accélère les opérations en traitant les données à proximité.
Vous économisez de l'espace de données car moins de données sont envoyées vers le cloud.
La 5G offre plus de vitesse et moins d'attente pour le travail en temps réel.
Considérations de sécurité
Il est essentiel de protéger votre passerelle IoT industrielle contre les attaques. La sécurité commence par le système d'exploitation et le réseau. Utilisez des mots de passe robustes, mettez régulièrement à jour vos logiciels et segmentez votre réseau. Adaptez constamment votre plan de sécurité à votre infrastructure, que vous utilisiez le cloud ou vos propres serveurs.
« Pour la conception d'une passerelle IoT industrielle, il est essentiel de prendre des mesures de sécurité importantes, notamment en renforçant le système d'exploitation, en segmentant le réseau, en sécurisant le cloud et en effectuant des contrôles de sécurité réguliers. Les experts recommandent l'utilisation de mots de passe robustes, des mises à jour régulières et la mise en place de plans de sécurité adaptés à votre infrastructure. »
Les problèmes courants sont les protocoles obsolètes, les bogues logiciels, les verrous faibles et les paramètres incorrects. Des personnes malveillantes pourraient attaquer vos passerelles avec des logiciels malveillants ou exploiter des failles dans les convertisseurs. Vous devez maintenir votre module de sécurité à jour et surveiller vos appareils pour détecter tout problème.
Type de vulnérabilité | Description |
|---|---|
Protocoles obsolètes | De nombreux contrôleurs utilisent des protocoles anciens, ils sont donc vulnérables aux attaques. |
Vulnérabilités logicielles | Des failles dans les passerelles IoT peuvent permettre à des personnes mal intentionnées d'accéder aux appareils et de les contrôler. |
Faiblesses en matière de sécurité physique | Si quelqu'un accède à votre appareil, il peut perturber votre système. |
Problèmes de configuration | Des paramètres incorrects dans les passerelles IoT peuvent permettre aux attaquants de s'introduire dans le système. |
Logiciels malveillants ciblant les protocoles industriels | Les logiciels malveillants comme FrostyGoop et Fuxnet ciblent les failles de sécurité des messages industriels. |
Exploitations sur le Dark Web | Les nouveaux problèmes rencontrés dans les passerelles IoT peuvent se vendre très cher. |
Vulnérabilités critiques des convertisseurs | Des problèmes au niveau des convertisseurs peuvent permettre à des attaquants de contrôler tous les équipements connectés. |
Il est indispensable d'ajouter un module de sécurité à votre passerelle. Cela permet de protéger les données, les messages et les outils de surveillance. En procédant ainsi, vous obtiendrez une passerelle IoT industrielle robuste, sûre et fiable.
Conceptions de référence et composants clés
Architectures communes pour les passerelles IoT
Vous pouvez utiliser des schémas de référence pour finaliser plus rapidement votre projet de passerelle. Ces schémas montrent comment connecter des capteurs, traiter les données et les envoyer vers le cloud. Par exemple, le schéma TIDEP0084 utilise un processeur TI Sitara et des périphériques SimpleLink. Il connecte des capteurs via un réseau sans fil longue portée et fonctionne avec des applications cloud. Le tableau ci-dessous décrit le fonctionnement de ce schéma :
Conception de référence | Description |
|---|---|
TIDEP0084 | Ce système connecte des capteurs au cloud via un réseau sans fil longue portée de fréquence inférieure à 1 GHz. Il est idéal pour des applications telles que la gestion technique des bâtiments et le suivi des actifs. Il utilise une passerelle Linux et un processeur TI Sitara AM335x avec des périphériques SimpleLink. Le logiciel est déjà configuré pour la connexion et l'utilisation d'applications cloud. |
Il est conseillé d'opter pour une architecture modulaire . La modularité permet d'ajouter des fonctionnalités ou de remplacer des composants sans tout modifier. Votre passerelle devient ainsi facile à modifier et à mettre à jour. L'architecture de microservices permet de corriger ou de mettre à jour une partie sans impacter les autres. Vous pouvez ainsi faire évoluer votre système IoT en fonction de vos besoins.
Conseil : Les conceptions modulaires vous aident à utiliser les nouvelles technologies et à résoudre les problèmes plus rapidement.
Composants électroniques essentiels
Pour construire une passerelle industrielle robuste, vous avez besoin de composants spécifiques. Ces composants permettent à votre appareil de fonctionner dans des environnements difficiles et de garantir la sécurité des données. Voici les principaux composants nécessaires :
Processeur : Exécute les commandes et traite les données.
RAM : Offre de l'espace pour un traitement rapide des données.
Module de communication : Se connecte aux capteurs et au cloud.
Module de conversion de protocole : convertit les données entre les formats.
Interfaces de bus de terrain : liaisons avec les anciens systèmes d’usine.
Module de calcul en périphérie : traite les données au plus près de leur lieu de production.
Module de sécurité et de sûreté : protège contre les cybermenaces.
Module d'alimentation : Permet au routeur de fonctionner même dans des environnements difficiles.
Boîtier et gestion thermique : Protège les composants de la chaleur et de la poussière.
Vous aurez également besoin de fonctionnalités telles que le démarrage sécurisé, le stockage chiffré, les pare-feu et la prise en charge VPN. Ces éléments protègent votre passerelle IoT contre les attaques. Les temporisateurs de surveillance et la gestion à distance vous permettent de résoudre les problèmes avant qu'ils n'immobilisent votre système. Grâce à ces composants essentiels, votre passerelle peut collecter, traiter et transmettre efficacement les données dans n'importe quelle usine.
Concevoir ou acheter une passerelle IoT ?
Choisir entre construire ou acheter une passerelle IoT est une décision importante. Il faut bien réfléchir à ses besoins, à son budget et au délai souhaité pour la mise en œuvre de son projet IoT. Chaque option présente des avantages et des inconvénients.
Avantages et inconvénients de la construction
Si vous construisez votre propre passerelle, vous pouvez y ajouter des fonctionnalités spécifiques. Vous pouvez connecter de nombreux types d'objets connectés. Vous bénéficiez d'un meilleur contrôle de la sécurité et pouvez l'adapter à votre usine. Cependant, la construction est plus longue et plus coûteuse. Vous aurez besoin d'experts pour vous aider à construire et à dépanner la passerelle. De plus, vous devrez effectuer vous-même les mises à jour et les réparations.
Voici un tableau pour vous aider à comparer :
Avantages d'une passerelle IoT personnalisée | Inconvénients des solutions prêtes à l'emploi |
|---|---|
Fonctionnalités personnalisées et capacités d'intégration | Options de personnalisation limitées |
Intégration avancée avec les systèmes existants | Des coûts de maintenance élevés à mesure que la complexité augmente |
Des atouts uniques pour un avantage concurrentiel | Plus lente à mettre en œuvre que les solutions sur mesure |
Efficacité des coûts à long terme | Peut ne pas répondre aux exigences de conformité spécifiques |
Contrôle renforcé de la sécurité et de la confidentialité | Moins de flexibilité pour la mise à l'échelle et l'adaptation |
Vous bénéficiez d'une sécurité renforcée, de la prise en charge de nombreux protocoles et de la gestion à distance. En revanche, vous devrez payer un prix plus élevé au départ et tout configurer vous-même.
Quand acheter un produit prêt à l'emploi
L'achat d'une passerelle prête à l'emploi vous permet de gagner du temps et de réduire les risques. Vous pouvez ainsi finaliser votre projet IoT 6 à 12 mois plus rapidement, ce qui est idéal si vous souhaitez lancer votre produit rapidement. Les passerelles prêtes à l'emploi incluent souvent une assistance, des mises à jour et des certificats, vous assurant ainsi une plus grande tranquillité d'esprit quant aux pannes et aux interruptions de service.
Lors de votre achat, vérifiez les points suivants :
Des outils de sécurité pour protéger vos données
La consommation d'énergie, un facteur important pour les emplois éloignés
Si c'est assez dur pour les endroits difficiles
Sa capacité à gérer les données pour l'analyse en périphérie
Si l'entreprise offre une assistance et un service de qualité
Si vous pouvez facilement mettre à jour le logiciel
Si le prix est juste pour ce que vous obtenez
Les passerelles prêtes à l'emploi sont idéales pour les besoins de base, comme la configuration et la mise à jour à distance des appareils. Elles peuvent ne pas convenir si vous avez des besoins spécifiques ou si vous souhaitez personnaliser votre produit.
Facteurs de décision en entreprise
Il est important de réfléchir au prix, à la qualité et à ce qui rend votre produit unique. Développer en interne permet d'ajouter des fonctionnalités intéressantes, mais l'achat peut permettre de réaliser des économies et d'améliorer le fonctionnement. Pour les projets d'envergure, le coût total sur la durée est un facteur crucial. Développer en interne peut sembler moins cher au premier abord, mais les coûts de fabrication, de test et de correction s'avèrent plus élevés par la suite. Les passerelles prêtes à l'emploi peuvent être plus avantageuses si vous en avez besoin en grande quantité ou si vous devez respecter des règles strictes.
Type d'entité | Description |
|---|---|
Caractéristiques communes | Nécessaire pour la plupart des produits, comme la configuration et les mises à jour des appareils. L'achat est généralement préférable. |
Caractéristiques uniques | Vous donner un avantage concurrentiel et peut nécessiter le développement d'une passerelle personnalisée. |
Conseil : Si vous avez besoin d’une croissance rapide ou souhaitez minimiser les risques, optez pour une passerelle de paiement prête à l’emploi. Si vous avez des besoins spécifiques ou souhaitez un contrôle total, la création de votre propre passerelle est peut-être la meilleure solution.
Choisissez toujours ce qui correspond à vos objectifs commerciaux et aux besoins de vos données et de vos appareils.
Vous pouvez créer une passerelle IoT industrielle robuste en suivant quelques étapes simples. Assurez-vous toujours que votre passerelle corresponde aux besoins de votre usine. Prévoyez une marge de progression. La sécurité doit être une priorité absolue. Voici quelques pistes :
Choisissez un matériel adapté à votre tâche et fiable.
Planifiez votre réseau en fonction du nombre d'appareils dont vous disposez.
Mettez en place des logiciels et des mesures de sécurité pour assurer la protection des données.
Choisissez des protocoles de données adaptés aux tâches en temps réel.
Élaborez un plan de sécurité comprenant des pare-feu et des contrôles réguliers.
Mettez en place une surveillance à distance et des méthodes pour résoudre rapidement les problèmes.
Utilisez la maintenance prédictive et maintenez vos systèmes à jour.
Soyez vigilant face aux nouveaux risques de sécurité et assurez-vous que votre passerelle puisse être modifiée en cas de besoin.
QFP
Quel est le rôle principal d'une passerelle IoT industrielle ?
Une passerelle IoT industrielle permet aux machines et aux capteurs de communiquer avec le cloud. Elle collecte les données, modifie leur mode de transmission et protège votre réseau.
Comment sécuriser une passerelle IoT ?
Vous devez créer des mots de passe robustes et mettre à jour régulièrement vos logiciels. Configurez des pare-feu pour bloquer le trafic malveillant. Vérifiez constamment vos appareils et utilisez le démarrage sécurisé pour les protéger.
Peut-on utiliser un Raspberry Pi comme passerelle industrielle ?
Un Raspberry Pi est idéal pour apprendre ou tester des idées. Dans les usines, il faut du matériel plus robuste : il doit résister à la chaleur et à la poussière, et fonctionner pendant de longues périodes.
Quels protocoles les passerelles IoT industrielles prennent-elles en charge ?
MQTT
Modbus
OPC UA
HTTP / HTTPS
TCP / IP
Ces protocoles permettent à vos appareils de partager des données entre eux et avec le cloud.
