Neurones à impulsion pour les communications sans fil

Doctorant : Guillaume MARTHE

Laboratoire INSA : CITI

École doctorale : ED 160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

Dans le contexte de l’Internet des Objets, l’un des plus grands défis réside dans la gestion énergétique. Les radios à réveil (Wake-up Radio) permettent aux dispositifs de rester en veille tout en consommant très peu d’énergie, se réveillant uniquement lors de la réception de signaux spécifiques.Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser les réseaux de neurones à impulsions (SNNs) comme Wake-up Radio (WuR). Le rôle du réseau de neurones sera de reconnaître la séquence d’activation du noeud concerné dans un flux de bits, afin de le réveiller. Nous présentons tout d’abord les hypothèses et modèles de neurones, de réseau et de signaux utilisés pour notre étude. La première contribution est de montrer la pertinence de ces réseaux. Notre seconde contribution a été l’étude et la proposition du modèle Saturating Leaky Integrate and Fire pour le conception d’une WuR. Dans cette partie, nous proposons d’utiliser un phénomène bio- inspiré appelé Interaction Synaptique afin de produire un filtre temporel dépendant de l’Inter-Spike Timing. Nous étudions les paramètres de ce modèle afin de comprendre comment adapter cette plage d’Inter-Spike Timings. L’originalité de cette contribution est de proposer un nouveau moyen d’utiliser des séquences temporelles dans le domaine de l’analogique. Par la suite, différentes topologies de réseaux de neurones Saturating Leaky Integrate and Fire (SLIF) ont été explorées, notamment une topologie en ligne, en losange et réseau multi-couches, afin de comprendre comment le réseau répond aux séquences d’impulsions. Cette thèse établit ainsi les bases pour des recherches futures sur l’utilisation des réseaux neuromorphiques dans les dispositifs Internet des Objets (IoT) à faible consommation d’énergie, notamment dans les WuR. Les travaux accomplis ouvrent la voie à la conception de réseaux de neurones capables de traiter des signaux temporels complexes tout en maximisant l’efficacité énergétique, répondant ainsi aux exigences des applications IoT.

« Privacy-preserving communications for the IoT »

Doctorante : Samuel PÉLISSIER

Laboratoire INSA : CITI
École doctorale : ED512 : Infomaths (Informatique et Mathématiques de Lyon)

Les dernières décennies ont été témoins de l'émergence et de la prolifération d'objets connectés, communément appelés Internet des Objets (IdO). Le développement rapide de nombreuses technologies et leur connexion en réseau s'accompagne de la génération d'un important volume de données, soulevant des préoccupations en matière de vie privée, en particulier dans des domaines sensibles tels que la santé ou les maisons connectées.

Dans cette thèse, nous exploitons les techniques d'apprentissage automatique (machine learning) pour explorer les problèmes liés à la vie privée des objets connectés via leurs protocoles réseau. Tout d'abord, nous étudions les attaques possibles contre LoRaWAN, un protocole longue distance et à faible coût d'énergie. Nous explorons la relation entre deux identifiants du protocole et montrons que leur séparation théorique peut être contrecarrée en utilisant les métadonnées produites lors de la connexion au réseau. En nous appuyant sur une approche multi-domaines (contenu, temps, radio), nous démontrons que ces métadonnées permettent à un attaquant d'identifier les objets connectés de manière unique malgré le chiffrement du trafic, ouvrant la voie au traçage ou à la ré-identification.

Nous explorons ensuite les possibles contremesures, en analysant systématiquement les données utilisées lors de ces attaques et en proposant des techniques pour les obfusquer ou réduire leur pertinence. Nous démontrons que seule une approche combinée offre une réelle protection. Par ailleurs, nous proposons et évaluons diverses solutions de pseudonymes temporaires adaptées aux contraintes de LoRaWAN, en particulier la consommation énergétique.

Enfin, nous adaptons notre méthodologie d'apprentissage automatique à DNS, un protocole largement déployé dans l'IdO grand public. À nouveau basées sur les métadonnées, notre attaque permet d'identifier les objets connectés, malgré le chiffrement du flux DNS-over-HTTPS. Explorant les contremesures potentielles, nous observons un non-respect des standards liés au padding, entraînant la compromission partielle de la vie privée des utilisateurs.
 

 

Programming language abstractions for the Internet of Things era

Doctorant : Patrik FORTIER

Laboratoire INSA : CITI

Ecole doctorale : ED512 : InfoMaths

The challenges posed by the Internet of Things (IoT) require modern applications to handle large volumes of data streaming from tiny devices, which then undergo processing, storage, and analysis. Developers have embraced the microservices architecture to address scalability concerns and facilitate a fast software delivery process. However, emerging computing paradigms like Fog and Edge computing introduce diverse resources and configurations, making it necessary for developers to adapt to increasingly complex environments and ecosystems. The emergence of new development methodologies like Function-as-a-Service and Serverless models has shifted the focus towards code simplicity. However, this has raised concerns that developers are now coding for infrastructures they have limited control over. In resource-constrained environments such as edge computing, applications even often compete for resources. Therefore, developers require tailored tools with appropriate abstractions to address modern challenges without succumbing to rising complexity.

In this thesis, we present programming language abstractions tailored for developing distributed software in the era of the Internet of Things. We have consolidated these abstractions into a framework that allows for the construction of distributed dataflow applications in the form of microservice applications, all within the same codebase. This framework abstracts both the underlying infrastructure on which applications run and the communication between services. We demonstrate the overhead introduced by our approach and compare it with existing Function-as-a- Service frameworks.

To offer precise control over the infrastructure, we introduce language primitives and a local runtime that manages contextual information about the cluster. Additionally, we introduce entropy as an innovative placement metric for applications. Developers can dictate how they want their application to be positioned within the cluster and how it should respond to scenarios such as resource contention between applications sharing the same infrastructure. These techniques enable a user-defined dynamic placement policy with a high level of granularity in an environment where they may not have complete control.

Analysis and application of low-cost magnetostrictive materials for small-scale energy harvesting

Doctorante : Yuanyuan LIU

Laboratoire INSA : LGEF

Ecole doctorale : ED160 : EEA

À l'ère de l'Internet des Objets, les dispositifs autonomes sans fil dépendent principalement des piles, présentant des problèmes tels que la pollution, l'autodécharge et le remplacement fréquent. Par conséquent, une solution alternative rentable et durable est nécessaire. Notamment, la conversion d’énergie ambiante sous une forme électrique est une voie populaire dans les communautés scinetifiques et industrielles. En ce sens, les vibrations constituent une source d'énergie attractive en raison de leur disponibilité et leur densité d’énergie. Dans ce travail, la conversion magnétostrictive est sélectionnée en raison de la robustesse des matériaux.
Ce travail est structuré en trois composantes principales, chacune abordant un aspect spécifique de la récupération d'énergie : les transducteurs magnétostrictifs, les structures mécaniques et l'interface électrique. Tout d'abord, les matériaux magnétostrictifs sont étudiés et leur capacité de conversion d'énergie est évaluée afin de trouver une solution présentant un bon compromis entre coût et densité énergétique. Cette étude permet de mettre en avant le Metglas 2605SA1, matériau offrant des niveaux de couplages acceptables, tout en ayant un faible coût.
Deuxièmement, une structure mécanique est conçue pour un échantillon composé de feuilles de Metglas. Bien qu'une structure formée de deux poutres soit présentée dans la littérature, ses performances mécaniques nécessitent une exploration plus approfondie. Cette recherche examine des aspects tels que la forme du mode et la fréquence naturelle. De plus, la densité d'énergie récupérée est dérivée de manière expérimentale.
Enfin, une interface électrique est conçue sur la base d’un circuit oscillant. Le défi principal de cette interface est d’assurer un fonctionement à partir de la faible sortie en tension du transducteur magnétostrictif. Par conséquent, l'objectif principal est d’assurer une augmentation de la tension. Après la validation de l’interface électrique, l'ensemble du système, où le circuit est intégré à la struture comprenant le Metglas comme transducteur, est validé de manière expérimentale.

Campus d'Oyonnax. Le recteur Olivier Dugrip était en visite au PlastiCampus de Bellignat. Il a échangé avec les étudiants insaliens du Haut-Bugey du parcours de formation en plastronique sur leurs perspectives d’avenir.

En finale. Serveur cloud personnel connecté utilisant des disques durs revalorisés, Hurricane proposer de se libérer des grands noms du stockage en ligne par une approche éco-responsable. Le projet, porté par des élèves de l’INSA Lyon, est en finale du concours Coup2boost.

Formation durable. Bertand Raquet a répondu aux journalistes d'Usbek&Rica concernant les défis des sociétés modernes qui s’imposent aux ingénieurs de demain. Pour le président du Groupe INSA, aucun doute : «  Tout ingénieur devra demain intégrer les enjeux climatiques et énergétiques à son métier. » 

Objets connectés. Quatre livres blancs ont été édités par le laboratoire Citi et SPIE ICS qui travaillent dans le cadre de la chaire IoT à favoriser le développement de l’internet des objets pour une société connectée et respectueuse de l’individu. Le premier de la série traite de la sécurisation et du respect de la vie privée de l’utilisateur. 

Ingénierie positive. Au micro de RCF Radio, l’ingénieure INSA et fondatrice de l’association La Clavette, Isabelle Huynh expose son concept « d’ingénierie positive », l'évolution de sa vie professionnelle et la place des industriels dans la transition écologique et solidaire.

Avec l’augmentation des objets connectés, l’industrie de la microélectronique dessine le monde de demain, quel est son visage ?

Les limitations technologiques à l’échelle nanométrique : sources d’inspiration, d’innovation et de défis sociétaux. Les nanotechnologies révolutionnent notre manière de communiquer, de consommer, et de penser. La fabrication et la caractérisation de ces objets de taille nanométrique sont de véritables défis pour les scientifiques et l'industrie. Dans le domaine de la microélectronique les tailles caractéristiques des transistors ne cessent de diminuer et avec cette réduction de taille les défauts structurels dans et entre les matériaux ainsi que les contraintes mécaniques résiduelles au sein des films minces, pour ne citer qu'eux, limitent grandement les performances de certains composants électroniques de base. La communauté scientifique œuvre pour apporter des solutions à ces problèmes. Cependant, ces mêmes limitations technologiques peuvent être exploitées de manière originale et devenir de véritables sources d’innovation dans d’autres domaines d’applications.

Dans le cadre de ce cours, deux exemples seront présentés : (i) l’intérêt des défauts d’interface dans la réalisation d’un substrat de silicium haute performance indispensable pour l’intégration de l’électronique haute fréquence nécessaire pour tout objet communiquant. Cette innovation technologique est aujourd’hui présente dans tous les smartphones et tablettes ; (ii) l’exploitation des contraintes internes dans les films minces pour le développement de laboratoires d’essai mécanique sur puce de silicium afin d'explorer le comportement électromécanique de matériaux à l’échelle nanométrique. Cette technique de caractérisation permet d’observer, déformer et mesurer les propriétés physiques des films minces utilisés dans la microélectronique mais aussi comme coatings dans l’industrie du verre et de l’acier. La beauté de ces innovations technologiques ne peuvent pas cacher une réalité environnementale et sociale bien moins réjouissante. L’utilisation de ces technologies avancées, complexes, énergivores et très demandeuses en matériaux critiques et toxiques, doit être envisagée avec bien plus de conscience. Les ingénieurs et scientifiques doivent embrasser la complexité de ces défis sociétaux en adoptant une démarche holistique. Ce changement de paradigme doit être enseigner aux futurs ingénieurs afin qu’ils contribuent au développement d’un monde durable.

--------------------------------------

Jean-Pierre RASKIN est né à Aye, Belgique, en 1971. Il a reçu un diplôme d’ingénieur industriel (ISIA), ingénieur civil (UCLouvain) et doctorat en Sciences Appliquées (UCLouvain) en 1993, 1994 et 1997, respectivement. Sa thèse de doctorat porte sur le développement de la technologie Silicon- on-Insulator (SOI) MOSFET pour les applications RF. Il réalisa un post-doc à The University of Michigan, Ann Arbor, USA, de janvier 1998 à décembre
1999, dans le domaine des ondes millimétriques et les techniques de microfabrication pour la réalisation de dispositifs MicroElectroMechanical Systems (MEMS). En janvier 2000, il rejoint l’UCLouvain comme chargé de cours. Il fut nommé professeur en 2007 et professeur ordinaire en 2010. Il fut professeur invité à Newcastle University, Newcastle Upon Tyne, UK, de septembre 2009 à septembre 2010.
Son domaine de recherche concerne la modalisation, la caractérisation large bande et la fabrication de dispositifs avancés en technologie SOI MOSFET, ainsi que la fabrication et la caractérisation de capteurs MEMS incluant des labs-on-chip pour l’exploration des propriétés physiques intrinsèques des matériaux à l’échelle nanométrique.
Depuis 2012, il est titulaire du cours IngénieuxSud. Ce cours organisé en collaboration avec l’ONG Louvain Coopération met en collaboration des étudiants de l’UCLouvain avec des étudiants de plus de 15 universités du Sud, et plus d’une dizaine d’ONG, incluant Ingénieurs Sans Frontières. Il fonda en 2016 le consortium européen ENCOS regroupant les plus grandes universités et groupes industriels européens qui œuvrent au développement d’une microélectronique plus durable.
Il a été nommé Fellow of IEEE en 2014 (USA), a reçu la Médaille BLONDEL 2015 (Paris), le SOI Consortium Award 2016 (Shanghai), et le European SEMI Award 2017 (Dublin) en reconnaissance de ses travaux pionniers dans le domaine des technologies SOI RF. En 2017, IngénieuxSud a été couronné par le prix European Global Education Innovation Award. Il est auteur ou co-auteur de plus de 300 articles publiés dans des revues scientifiques internationales et plus de 700 présentations à des congrès scientifiques internationaux.
 

Laboratoire commun financé par le programme labcom édition 2016 de l'ANR

Behaviors.ai est porté par l'équipe SMA (Systèmes Multi-Agents) du LIRIS^* et par l'entreprise Hoomano qui conçoit des applications pour les robots d'interaction.

L'objectif de ce laboratoire commun est d'explorer de nouvelles approches de l'intelligence artificielle, et en particulier l'intelligence artificielle développementale, pour concevoir de nouvelles formes d'interactions et pour créer des robots plus empathiques, capables d'apprendre au fur et à mesure de leurs interactions avec l'environnement.

L'inauguration aura lieu dans le cadre du SIDO, l’événement fondateur de la filière IoT. Elle sera suivie du workshop annuel de Behaviors.ai sur le thème : Emotionally Intelligent Social Robots

--------------------

^*LIRIS - Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information
UMR 5205 CNRS / INSA Lyon / Université Claude Bernard Lyon 1 / Université Lumière Lyon 2 / École Centrale de Lyon

Vahan Sarafian, ingénieur INSA et architecte Internet des Objets chez Spie ICS, a le sens des opportunités. Entre amour de son pays d’origine, l’Arménie, et la fierté d’être INSA, il gravit les échelons au sens propre comme au sens figuré, en témoigne son ascension de la plus haute montagne d’Arménie.

Quel a été votre parcours avant d’intégrer l’INSA Lyon ?
J’étais un élève plutôt moyen au lycée, mais j’avais l’ambition d’intégrer l’INSA Lyon. J’ai postulé sans grande conviction. Quand après mon baccalauréat, on m’a annoncé que je n’étais pas retenu, j’ai hésité entre la déception et le soulagement. Je savais que je n’aurais pas réussi comme il se doit mon parcours INSA avec mon dossier. J’ai préféré m’orienter sur un DUT spécialisé en Réseaux et Télécommunications à l’IUT de Valence. C’est en prenant exemple sur mon cousin Viken qui a intégré l’INSA après l’IUT que je me suis dit que moi aussi j’en avais le potentiel. Après deux ans de formation et un stage en tant que Technicien réseau en Arménie, je suis allé à la Journée Porte Ouverte de l'INSA Lyon pour rencontrer Hugues Benoit-Cattin, qui à l’époque était directeur du département Télécommunications, Services et Usages (TC). Il m’a conseillé d’avoir une très bonne lettre de motivation pour pouvoir prétendre aux entretiens d’admission en troisième année. J’ai terminé mon DUT vice-major de promo et avec une expérience à l’internationale. Cela m’a permis d’intégrer l’INSA sans entretien, et cette annonce a été une réelle réussite pour moi ! La morale est qu’il ne faut pas baisser les bras. Tout est possible !

Comment s’est déroulé votre parcours scolaire en TC ?
Après une semaine d’intégration où j’ai rencontré des personnes sympas qui sont d’ailleurs restées des amis, j’ai été confronté à un revers de médaille. J’avais été formé en IUT et je devais réapprendre à travailler afin de gérer la charge de travail à l’INSA. Avec mes amis de troisième année, on s’est épaulés en révisant ensemble. Après mon stage de 3TC que j’ai effectué dans un laboratoire de recherche en Crête, un de mes professeurs, d’origine arménienne, m'a proposé d'effectuer un échange en Arménie en 5TC. Le but était d’ouvrir un partenariat avec une école là-bas. Étant déjà engagé pour la filière Chine de TC afin d’effectuer un semestre à Shanghai, le projet ne s’est pas fait. J’ai vécu en Chine une expérience géniale mais en passant à côté de l’opportunité d’un échange avec une école arménienne, un pays qui me tient à cœur. Aujourd’hui, j’aimerais encourager les étudiants INSA à se tourner vers les petits pays. On est souvent guidés pour aller aux États-Unis ou en Asie, mais je pense qu’on peut tout aussi bien s’épanouir dans des écoles aussi prestigieuses dans de plus petits pays. Beaucoup d’amis INSA sont partis dans des universités européennes et en étaient très contents !

Et votre parcours professionnel ?
Pour ma dernière année au département TC, j’ai effectué un stage de 6 mois chez SPIE en tant qu’architecte junior. Cette expérience m’a été bénéfique et la direction m’a proposé un contrat pour rejoindre l’équipe lyonnaise alors que je n’étais pas encore diplômé. C’est une réelle chance et la formation INSA contribue à obtenir ce type de proposition. Je devais d’abord aller passer mon semestre à Shanghai mais avant même d’avoir terminé, j’avais déjà des contacts pour établir mon contrat chez SPIE. J’ai signé. C’est une super entreprise qui a plusieurs liens avec l’INSA. D’abord, la plupart de mes collègues sont des INSA TC. J’ai été formé par d’anciens étudiants de l’école et je vais à mon tour en former d’autres. De plus, je travaille sur un projet adossé à la Chaire Internet des Objets signé entre l’INSA et SPIE. Je suis donc en lien avec mes anciens professeurs. C’est un vrai plaisir de leur donner du travail !

Cet été, vous avez atteint le point culminant de l’Arménie. Un défi ou une envie ?
Une envie plutôt. Un ami guide de haute montagne m’a proposé l’ascension, et je l’ai accompagné tout simplement. J’ai ajouté un autre regard sur l’Arménie, et au-delà des frontières, j’ai fait le souhait que l’INSA Lyon, école dont je suis fier, puisse créer des partenariats avec les écoles et universités de mon pays d’origine.

Fondateur de la jeune start-up QINTEQ, Spas Balinov met ses compétences en ingénierie au service de sa soif d’entreprendre et permet à un laboratoire d’industrialiser une nouvelle technologie.

Diplômé en 2009 du département Génie Mécanique Conception (GMC), Spas Balinov est un entrepreneur aguerri. Etudiant à l’INSA Lyon, il s’associe avec Stanislaw Ostoja-Starzewski, diplômé du département Informatique en 2008, autour du projet NovaNano. La start-up, spécialisée dans la construction de nano-satellites, est créée en 2009 avec une belle ambition : connecter le monde entier à Internet à un prix abordable.

Fort de cette expérience entrepreneuriale, Spas Balinov est à la recherche d’un nouveau projet. Il se rapproche alors de PULSALYS, société d’accélération du transfert de technologies du territoire Lyon-Saint-Etienne.

« Mon réseau était sur Lyon et j’en connaissais bien l’écosystème. PULSALYS propose à la fois un portefeuille de technologies et des solutions de financement adaptées à leur maturation. C’est un package intéressant pour un entrepreneur ».

Par l’intermédiaire de PULSALYS, l’entrepreneur rencontre ainsi le professeur Christian Vollaire et se lance dans l’industrialisation d’une invention au potentiel prometteur : une technologie de transmission d’énergie par ondes électromagnétiques pour la télé-alimentation d’appareils à distance. Le fruit de plusieurs années de recherche et développement au sein du Laboratoire AMPERE (Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie environnementale et Applications). 

« Cela faisait 10 ans que le laboratoire travaillait sur cette technologie et l’équipe de recherche souhaitait transférer les résultats à un entrepreneur » explique Spas Balinov. 

QINTEQ voit le jour en 2016. 

Après une période d’incubation auprès de PULSALYS, la start-up poursuit aujourd’hui son développement et s'assure de nouveaux clients sur le marché de la surveillance des ouvrages d’art, des structures industrielles et des sites contaminés. 

« L’intérêt de notre technologie est de diminuer les coûts d’exploitation. En supprimant les piles et les fils, on supprime la maintenance. Cela s’avère particulièrement utile pour des utilisations en environnement dangereux ou difficile d’accès pour lesquels les coûts d’intervention sont très élevés », explique Spas Balinov.  

La start-up connait déjà un certain succès : QINTEQ a été primée en juin dernier lors du challenge IoT by Ericsson (Internet des objets Connectés) à l’occasion du salon VivaTech pour sa capacité à « exploiter la 5G pour développer des applications IoT apportant un impact positif sur notre société ». 

 

L’INSA Lyon et la société SPIE ICS viennent de lancer une chaire d’enseignement et de recherche dédiée à l’Internet des Objets (IoT), adossée au laboratoire CITI (Centre d’Innovations en Télécommunications et Intégration de Services) et au département TC (Télécommunications, Services et Usages) de l’INSA Lyon.

A l’initiative de cette collaboration « recherche » : Karen Luzignant, Directrice de Département chez SPIE ICS, et aussi ingénieure diplômée du département TC en 2001.

« A la suite de mon stage de fin d’études, SPIE ICS me propose un poste d’ingénieur d’affaires. J'ai donc intégré cette société dans laquelle j’ai pu évoluer, jusqu’à prendre la direction d’un département opérationnel (centre de profits). Chez SPIE, nous avons de vraies responsabilités. C'est à moi d'élaborer la stratégie de mon Département pour atteindre mes objectifs et le résultat attendu, à tous les niveaux : Commercial, Offres, Technique, RH. Lancer une chaire d’enseignement et de recherche avec l’INSA Lyon en fait partie et raisonne pour moi à plusieurs niveaux.

D’abord, l’internet des objets est un sujet porteur, sur lequel l’INSA s’est positionné. Ensuite, nous avons une histoire avec cette école qui nous ressemble, de par sa variété des domaines technologiques que nous retrouvons chez SPIE, et ses valeurs que nous partageons. Et puis, grâce à cette collaboration, nous nous positionnons sur le marché et pouvons capter de futurs talents »

explique Karen Luzignant, en charge chez SPIE ICS de la gouvernance de la Chaire IoT INSA Lyon/SPIE ICS.