Les systèmes domotiques

1. La maison intelligente

Avant de commencer, définissons dans le cadre d’une analyse scientifique et technologique, ce qu’est une maison intelligente. Bien sûr une maison n’est pas « intelligente » au sens humain du terme, mais va pouvoir réagir à l’aide de systèmes technologiques à différentes situations ou commandes.

On dit alors que la maison, le système domotique en réalité, « s’adapte » et vous « aide » dans votre vie de tous les jours. D’un point de vue technologique, le système domotique n’est en fait qu’un système numérique programmé répondant à des sollicitations et, en fonction de l’algorithme, agissant sur son environnement.

Pour illustrer ces propos, nous pouvons prendre quelques exemples rapides et classiques :

Il existe bien d’autres exemples d’application. Le fonctionnement reste assez classique : le système capte ou reçoit...

1. Le domaine de la sécurité

La protection de la maison est une préoccupation très importante de la majorité des personnes. Certaines sont fatalistes et se disent que cela ne sert à rien de chercher à se protéger. D’autres par contre sont sensibles à l’éventualité que quelque chose puisse arriver dans leur logement.

La domotique permet de répondre à cette préoccupation avec tout un ensemble de possibilités.

Le terme « sécurité » englobe bien entendu la notion d’infraction et de vol mais pas seulement. La détection d’incendie ou de fuite de gaz, la surveillance des enfants font également partie par exemple du domaine de la sécurité.

La plupart des systèmes domotiques intègrent les surveillances et alertes liées à la sécurité. De la détection d’infraction à la détection de fumée en passant par l’allumage des lampes dans l’obscurité des escaliers, tous les aspects « sécurité » peuvent être gérés par le système domotique de l’habitation.

Sans vouloir brûler les étapes, imaginez les conséquences si une personne mal intentionnée pouvait prendre le contrôle du système...

1. La configuration de base

Il y a encore quelques années, les systèmes domotiques étaient réservés à des personnes assez fortunées et utilisés de manière assez marginale. L’installation était prévue lors de la construction des villas de luxe et réalisée par un architecte. L’utilisation de technologies de pointe pour l’époque justifiait le coût relativement élevé.

Depuis une dizaine d’années, les moyens de communication, la vulgarisation d’Internet et du smartphone, la puissance des circuits électroniques et la demande de plus en plus grande des classes populaires conduisent à une progression exponentielle des installations domotiques. Les normes, la recherche d’économie d’énergie et les considérations écologiques imposent l’utilisation de tout ou partie des technologies domotiques.

Beaucoup de constructeurs ont pris conscience de cette évolution et se sont insérés dans ce marché particulièrement prolifique.

Les premiers ensembles domotiques disponibles au grand public étaient relativement simples et possédaient un nombre modeste de fonctionnalités principalement orientées dans un (sous-)domaine. Ils n’étaient pas très communicants, ce qui à notre époque limite considérablement l’intérêt.

Au fur et à mesure de l’émergence des moyens de communication abordables et faciles de mise en œuvre, les systèmes proposés par les fabricants sont devenus de plus en plus complets en centralisant la gestion de plusieurs domaines.

La structure élémentaire d’une installation domotique peut être représentée par le schéma ci-après :

Structure de base

On trouve à l’intérieur de la boîte « détecteurs » tous les capteurs classiques...

1. Les failles classiques

Les failles classiques sont les failles inhérentes à chaque système d’information c’est-à-dire, pour être clair, à chaque système basé sur l’informatique. Ces vulnérabilités étant déjà traitées en détail dans d’autres ouvrages, une simple présentation non exhaustive sera réalisée dans cette section. Ces failles peuvent être répertoriées dans trois grandes catégories : les failles web, les failles Wi-Fi et les failles réseau. Évidemment, le classement en trois catégories n’est pas si trivial dans la réalité mais cela nous permet de simplifier notre propos.

1. La prise de contrôle des installations

La prise de contrôle des installations est particulièrement problématique car le pirate va pouvoir agir sur tous les éléments contrôlés par votre système domotique. Tout ce que vous contrôlez, le pirate peut le contrôler. Imaginez une habitation équipée de portes, portails, volets, lumières, chauffage... contrôlés par la domotique. Si une personne prend le contrôle, elle prend...

1. La transmission sans fil

Le choix des périphériques radiocommandés est justifié par les contraintes d’installation et d’utilisation. Souvent, lorsque l’on veut intégrer un composant électronique dans la structure d’une maison, en construction ou ancienne, la principale difficulté ou du moins contrainte est le raccordement électrique pour la commande et l’alimentation. L’alimentation en énergie électrique est obligatoire et doit être câblée quand elle n’est pas autonome (piles ou accus). La commande, qui peut être soit câblée soit radiocommandée, est largement choisie sans câblage puisque la technologie moderne le permet, libérant ainsi des contraintes dues aux passages de câbles.

Deux configurations principales sont disponibles :

Commande directe

Commande...

1. Fonctionnement d’un émetteur-récepteur

Une transmission radio (dite parfois « HF » pour haute fréquence) permet d’envoyer une information d’un point A à un point B sans support physique entre les deux. Deux appareils sont donc nécessaires : un qui envoie, appelé émetteur, et un qui reçoit, appelé récepteur. Cette communication peut être unidirectionnelle ou bidirectionnelle (les deux appareils jouent le rôle de l’émetteur et du récepteur). Cette possibilité complique la réalisation des périphériques radiocommandés limitant ce choix à certains systèmes domotiques plutôt haut de gamme.

La structure de base minimum d’une communication se compose des éléments suivants :

Communication radio

Les ondes électromagnétiques sont le support de transmission de l’information. L’émetteur reçoit et utilise les données à transmettre pour moduler un signal électrique à haute fréquence. Ce signal est amplifié, adapté et transmis à l’antenne qui le transforme en onde électromagnétique. L’antenne du récepteur capte cette onde électromagnétique et la transforme en signal électrique pour qu’elle soit ensuite démodulée afin d’extraire les données envoyées.

Dans cette configuration, la communication est unidirectionnelle. Pour une communication bidirectionnelle, chaque appareil doit être...

1. Détermination de la fréquence porteuse

Le premier paramètre à connaître est la fréquence porteuse (parfois appelée fréquence radio). Plusieurs moyens sont disponibles pour déterminer quelle fréquence est utilisée.

En premier lieu, vous devez chercher à connaître la marque et le modèle de l’installation visée. Si vous trouvez ces renseignements alors bien souvent une recherche approfondie sur Internet permet de connaître la fréquence choisie par le fabricant. Dans le cas d’une recherche en « black box » (boîte noire), c’est-à-dire sans rien connaître du matériel, des moyens techniques sont à votre disposition.

Les normes dans chaque pays imposent une répartition et une utilisation des fréquences radio. En France, les systèmes radiocommandés comme dans la domotique doivent utiliser des fréquences réservées. Les concepteurs ont le droit d’utiliser :

1. Les clés de réception RTL-SDR

Ces clés vendues en grande surface permettent de recevoir la radio ou la télévision sur votre ordinateur. Elles sont basées sur le principe des récepteurs à conversion directe IQ (In phase and Quadrature) que l’on peut appeler récepteurs numériques. Cette technologie permet la réalisation de récepteurs très simples du point de vue matériel. Quelques composants suffisent pour leur réalisation. Toute la complexité est déportée dans le traitement numérique du flux de données fourni par le hardware (matériel). Sans entrer dans les détails techniques, le récepteur IQ fournit une représentation complexe, au sens mathématique du terme, du signal en bande de base du signal radio. Grâce à cette représentation, tous les types de modulation peuvent être démodulés et les informations extraites directement par logiciels.

Parmi toutes les marques et modèles vendus, seuls certains sont compatibles avec les applications envisagées ici.

Les récepteurs construits autour du tuner E4000 de chez Elonics sont gérés par les suites logicielles disponibles gratuitement. Ce matériel est reconnu sous le système d’exploitation Linux et directement pris...

1. Utilisation de GNU Radio

Le but de cette section n’est pas de vous faire un cours détaillé sur l’utilisation et la conception de programmes mais de vous guider dans la prise en main et la compréhension de cet ensemble d’outils.

Plusieurs outils sont présents sur votre ordinateur une fois l’installation terminée et opérationnelle. Les plus intéressants sont quelques utilitaires graphiques ou en ligne de commandes et surtout un outil de conception graphique de diagrammes générant des scripts Python d’application GNU Radio appelé « GNU Radio Companion »....

1. Utilité d’analyser le code

L’analyse du code reçu va permettre de trouver comment il est construit. Il y a deux codages à découvrir : le bit qui représente le 0 ou le 1 binaires, et les valeurs numériques de l’information contenue.

Quelques standards existent pour le codage des bits. Parmi les plus courants vous avez :

La plupart des protocoles utilisent un codage de bits standard mais déterminer lequel n’est pas toujours évident. Pour vous aider, voici une représentation d’un 0 et d’un 1 pour chacun des codages :

Les codages standards courants

Parfois les concepteurs de protocoles décident de choisir un codage de bits spécifique non standard. Avec un peu de chance, il devient standard ou bien reste marginal. Le code HomeEasy est un exemple de codage non standard à l’origine mais adopté par plusieurs fabricants.

Le contenu de l’information reste ensuite à déterminer. Cette opération peut être complexe dans le sens où il n’y a pas vraiment de standard. Beaucoup de tests et de recherches sont généralement nécessaires pour découvrir le format utilisé.

2. Le code HomeEasy

Spécifiquement conçu pour la domotique, le code HomeEasy est utilisé par plusieurs fabricants comme Chacon, DI-O, etc.

Voici une trame de commande ON/OFF enregistrée grâce au récepteur ASK de base :

Trame HomeEasy

Zoom sur le début de la trame pour plus de précisions :

Début de la trame HomeEasy

La fréquence utilisée par ce protocole est 433,92 MHz. Les niveaux...

1. Bien choisir le système domotique

Tout ce qui est cher n’est pas forcément meilleur, mais la tendance se vérifie malgré tout. Le choix doit être fait en fonction de l’application envisagée....