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ESI-SPI-CI-IN4-S7-UE2-EC4

Analyse de données pour l'IOT

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RéférentMaîtriser le pipeline complet d'analyse de données pour l'IoT, de la collecte de données capteurs à l'entraînement de modèles d'apprentissage automatique, jusqu'au déploiement et à la validation de modèles embarqués sur des dispositifs à ressources contraintes (edge AI / TinyML).
ECTS1
CM / TD / TP4 / 4 / 8
Typematiere

Viable
Viable100%
Complète86%
Manque pour « complète »
  • But du cours
  • Version EN relue

Acquis d'apprentissage visés

  • Analyser les données issues de l’IoT en intégrant les spécificités de l’analyse de données en bordure (edge analytics)
  • Appliquer les paradigmes de programmation et communication spécifiques à l’embarqué et à l’IoT
  • Concevoir des infrastructures et solutions de service adaptées pour les objets connectés

Prérequis

  • Bases de programmation Python et C/C++
  • Notions de probabilités et statistiques (S5-S6)
  • IOT701 : Systèmes Embarqués et Temps Réel (co-requis)

Programme

  • Module 1 — Collecte et préparation des données IoT (CM : 1h, TD : 1h, TP : 2h)
  • Spécificités des données IoT : séries temporelles, données capteurs multi-axes, échantillonnage, bruit
  • Stratégies de collecte : labellisation sur le terrain, protocoles d’acquisition reproductibles
  • Prétraitement : nettoyage, normalisation, fenêtrage, augmentation de données
  • Gestion des déséquilibres de classes et des conditions de terrain variables
  • TP : Collecte de données accéléromètre/gyroscope sur ESP32, labellisation et exploration avec Python/Pandas
  • Module 2 — Entraînement de modèles pour l’embarqué (CM : 1.5h, TD : 1.5h, TP : 2h)
  • Introduction au TinyML : contraintes mémoire, calcul et énergie
  • TensorFlow Lite for Microcontrollers : architecture, quantification (int8, float16), conversion de modèles
  • Edge Impulse Studio : création de projet, import de données, design d’impulsion (DSP + classification)
  • Architectures adaptées : CNN 1D pour séries temporelles, anomaly detection, transfer learning léger
  • Compromis précision / taille du modèle / latence d’inférence
  • TP : Entraînement d’un modèle de reconnaissance de gestes sur Edge Impulse, export TFLite
  • Module 3 — Déploiement et inférence embarquée (CM : 1h, TD : 1h, TP : 2h)
  • Déploiement de modèles TFLite sur microcontrôleur (ESP32, Arduino Nano 33 BLE)
  • Intégration dans une boucle temps réel : acquisition → prétraitement → inférence → action
  • Optimisation mémoire : arena sizing, opérateur resolver, modèle flatbuffer
  • Mesure des performances embarquées : latence, consommation mémoire RAM/Flash, consommation énergétique
  • TP : Déploiement du modèle sur cible, mesure de latence et consommation mémoire
  • Module 4 — Validation terrain et robustesse (CM : 0.5h, TD : 0.5h, TP : 2h)
  • Problématiques de robustesse en conditions réelles : drift capteur, variations environnementales, vieillissement
  • Validation terrain vs validation en laboratoire : protocoles de test, métriques de performance en situation
  • Data drift et concept drift : détection et stratégies de mise à jour (retraining, feedback loop)
  • Boucle de retour terrain → réentraînement : collecte incrémentale, versioning des données et modèles
  • Considérations éthiques et de fiabilité pour les décisions automatisées en bordure
  • TP : Validation du modèle en conditions réelles, analyse des erreurs, proposition d’améliorations, itération

Modalités d'évaluation

Contrôles continus et évaluation des TPs (pipeline complet déployé sur cible).

Bibliographie

Pete Warden & Daniel Situnayake — TinyML: Machine Learning with TensorFlow Lite on Arduino and Ultra-Low-Power Microcontrollers — O’Reilly, 2020 Vijay Janapa Reddi et al. — Widening Access to Applied Machine Learning with TinyML — Harvard, 2021 Documentation Edge Impulse — docs.edgeimpulse.com Documentation TensorFlow Lite for Microcontrollers — tensorflow.org/lite/microcontrollers

Supports

Diaporamas, notebooks Jupyter, plateforme Edge Impulse, cartes ESP32/Arduino Nano 33 BLE Sense, fiches de travaux pratiques.