EP3716242B1 - Système d'alarme à communication radiofréquence sécurisée - Google Patents

Système d'alarme à communication radiofréquence sécurisée Download PDF

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EP3716242B1
EP3716242B1 EP20166126.1A EP20166126A EP3716242B1 EP 3716242 B1 EP3716242 B1 EP 3716242B1 EP 20166126 A EP20166126 A EP 20166126A EP 3716242 B1 EP3716242 B1 EP 3716242B1
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EP
European Patent Office
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alarm system
jamming
receiver device
alert
transmitter device
Prior art date
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EP20166126.1A
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German (de)
English (en)
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EP3716242A1 (fr
Inventor
Didier Filhol
Abdelkarim EL QOUNS
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Telecom Design SA
Original Assignee
Telecom Design SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Telecom Design SA filed Critical Telecom Design SA
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    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/02Monitoring continuously signalling or alarm systems
    • G08B29/04Monitoring of the detection circuits
    • G08B29/046Monitoring of the detection circuits prevention of tampering with detection circuits
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B25/00Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems
    • G08B25/01Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium
    • G08B25/10Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium using wireless transmission systems
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04KSECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K3/00Jamming of communication; Counter-measures
    • H04K3/20Countermeasures against jamming
    • H04K3/22Countermeasures against jamming including jamming detection and monitoring
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04KSECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K3/00Jamming of communication; Counter-measures
    • H04K3/80Jamming or countermeasure characterized by its function
    • H04K3/88Jamming or countermeasure characterized by its function related to allowing or preventing alarm transmission
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04KSECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K2203/00Jamming of communication; Countermeasures
    • H04K2203/10Jamming or countermeasure used for a particular application
    • H04K2203/16Jamming or countermeasure used for a particular application for telephony
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04KSECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K2203/00Jamming of communication; Countermeasures
    • H04K2203/10Jamming or countermeasure used for a particular application
    • H04K2203/18Jamming or countermeasure used for a particular application for wireless local area networks or WLAN
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04KSECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K3/00Jamming of communication; Counter-measures
    • H04K3/20Countermeasures against jamming
    • H04K3/22Countermeasures against jamming including jamming detection and monitoring
    • H04K3/224Countermeasures against jamming including jamming detection and monitoring with countermeasures at transmission and/or reception of the jammed signal, e.g. stopping operation of transmitter or receiver, nulling or enhancing transmitted power in direction of or at frequency of jammer
    • H04K3/226Selection of non-jammed channel for communication

Definitions

  • the present invention relates to the field of secure radio frequency communication in systems for deterrence and protection of property installed in houses, boats, containers, trucks, etc. More particularly, the invention relates to an alarm system making it possible to trigger a device for deterrence, or for the protection of property in the presence of a jammer.
  • alarm systems are offered today on the market to protect homes and in general private property.
  • the most sophisticated alarm systems are equipped with infrared sensors to detect an intrusion in an exterior perimeter or inside a house. Following the detection of an intrusion, the system triggers a deterrent device (i.e. siren, smoke generator, fog generator), and if necessary sends an intrusion alarm to a remote monitoring base.
  • a deterrent device i.e. siren, smoke generator, fog generator
  • jammer i.e. a device making it possible to disrupt or block the wireless communication between a transmitter and a receiver, for example by introducing noise into GSM, WIFI, 3G, 4G, ISM, GPS, bluetooth etc. bands.
  • jammers such as high band, partial band, mono or multiple tone, repeater jammers (receives the signal and retransmits it after distortion to disturb the receiver), and smart jammers adapting to the transmission technology.
  • the disruption of communication between the transmitter and the receiver will be more or less effective.
  • UNB modulation uses the spectrum efficiently and is resistant to interference since all the energy is concentrated in a very narrow bandwidth. This also avoids narrowband jammers because the probability of jamming the same channel is very low.
  • ultra-narrowband transmission has the disadvantage of only allowing demodulation on the receiver side if the SNR (signal to noise ratio) is greater than 10db.
  • Spread spectrum techniques are methods by which a signal (e.g. an electrical, electromagnetic or acoustic signal) produced with a particular bandwidth is deliberately spread across the frequency domain, producing a signal with a wider bandwidth. These techniques are used for a variety of reasons, including establishing secure communications, increasing resistance to natural interference, noise, and jamming, preventing detection, and limiting pfd (e.g., in satellite downlinks).
  • Various spread spectrum techniques are known, including frequency-hopping spread spectrum (FHSS), direct-sequence spread spectrum (DSSS), direct-sequence spread spectrum pseudo-noise (THSS time-hopping spread spectrum ) and chirp spreading ( CSS chirp spread spectrum ).
  • the request US 2016/0330069 proposes a jamming detector configured to transmit an alert signal in ultra-narrowband and by applying random spread spectrum modulation.
  • Requirement US 2014/0074929A1 also proposes securing the communication between a transmitter device and a receiver device by using a technique based on this principle, ultra-wide band (UWB) transmission, and by modulating the alert message with a variable sequence of spreading codes.
  • UWB ultra-wide band
  • Spread spectrum techniques offer optimized performance in terms of signal range and robustness. These techniques constitute a high-performance technical solution for resisting jamming. Nevertheless, intelligent jammers are capable of adapting to these transmission techniques, for example by analyzing and reproducing the frequency-spread signal but with the introduction of noise.
  • the object of the present invention is to produce an alarm system with secure radiofrequency communication between two devices of said system in the presence of an autonomous portable jammer, including intelligent jammers.
  • Another object of the invention is to remotely trigger a security action of the alarm system in the presence of jamming.
  • the invention provides a secure radio frequency communication alarm system as defined in independent claim 1.
  • the invention thus proposes a particular format for the alert frame in which the various modulations of the frame are difficult to perceive for a spectrum analyzer.
  • the analyzer sees a single frame occupying a fixed bandwidth, with constant power. This choice is intended to increase the autonomy of the product and also to delude in the event of reverse engineering.
  • the channel in the ISM band chosen to transmit the alert signal is one of the channels allocated to this communication according to a geographical region in which the alarm system is implemented.
  • Each alert frame has a preamble in a first sub-part and a payload in a second sub-part, and the modulation of the payload is achieved using a spread spectrum technique.
  • the preamble comprises a frequency shift keying making it possible to control the passband of said preamble, such as a (G)FSK modulation.
  • the alert frames transmitted by the transmitter device are orthogonal, depending on the spreading factor “SF”, the passband and the direction of the orthogonality (normal or inverted). This makes the probability of sending a frame with the same parameters very low at time T.
  • the alarm system of the invention may also include all or one of the following characteristics making it possible to increase the security of radiofrequency communication:
  • the preamble has a fixed and configured size on the sending device side and on the receiving device side, which allows the receiver to filter the frames transmitted by an intelligent transmitter according to the size of the preamble.
  • the alert signal is transmitted under a relatively narrow bandwidth of 20 to 30KHz.
  • the transmitter device is configured to transmit live frames periodically and for updating between the sender device and the receiver device, said live frames include randomly generated communication parameters and further comprising a listening channel, a spreading factor “SF” and a bandwidth.
  • the transmitter device and the receiver device respectively comprise a radio transmission/reception module, calculation and data processing means, and independent power supply means.
  • the transmitter device and the receiver device respectively comprise multi-band interference scanning and detection means configured to perform a periodic scan at least of the ISM band and of all or one of the GSM, WIFI, 3G, 4G, GPS bands , bluetooth to detect the presence of jamming, and also to identify the ISM channel least occupied by said jamming, and wherein upon detection of jamming and in the absence of a received alert signal, the transmitting device and the receiving device synchronizes to the channel less occupied by the jamming to communicate.
  • multi-band interference scanning and detection means configured to perform a periodic scan at least of the ISM band and of all or one of the GSM, WIFI, 3G, 4G, GPS bands , bluetooth to detect the presence of jamming, and also to identify the ISM channel least occupied by said jamming, and wherein upon detection of jamming and in the absence of a received alert signal, the transmitting device and the receiving device synchronizes to the channel less occupied by the jamming to communicate.
  • the receiver device comprises at least one directional antenna comprising a rotating arm orienting said directional antenna facing the transmitter device.
  • the receiver device is configured to open periodic listening windows of a period less than the duration of the alert frame sent by the transmitter device.
  • the transmitting device is integrated into an intelligent remote control of the alarm system or a video/photo camera, and the receiving device is integrated into a device chosen from among a camera, a smoke generator, a siren and/or a beacon.
  • the transmitter device is integrated into a smart watch, and the receiver device is integrated into a device chosen from among a video/photo camera, a smoke generator, a siren and/or a beacon.
  • the invention proposes a secure radiofrequency communication alarm system, said system making it possible to trigger a security action in the presence of jamming.
  • the figure 1 shows a schematic example of a radio Tx transmitter device and a radio Rx receiver device communicating by radio frequency in the presence of a jammer according to the invention.
  • the transmitter device and the receiver device respectively comprise a radio transmission/reception module set to the 868 MHz bands in Europe and 915 MHz in the United States, calculation means, data processing means, memory and independent power supply means. They also include means of scanning and detecting multi-band jamming: high bands, partial bands, single frequency or multi-frequency jamming, repeater jamming which will detect and confirm the presence of a jamming device on the 3G, 4G bands , Wifi, Bluetooth and/or ISM so as to confirm the presence of a possible intrusion attempt.
  • the transmitter device corresponds to an intelligent control allowing the management of the anti-intrusion measures of an alarm system, or any other device of an alarm system in which it is desired to integrate a control function.
  • anti-intrusion measures such as opening sensors, infrared presence sensors, a video camera or a simple portable panic button, etc.
  • the Rx receiver device is for example a siren, a smoke trigger, a beacon, a video camera or a camera etc.
  • the safety action to be triggered by the alert signal is therefore defined by the nature of the device in which the Rx receiver device is integrated, for example the safety action corresponds to taking a photo when the receiver device is a camera, or the generation of smoke in the case of a smoke generator.
  • the picture 2 schematically illustrates an alert frame T of the alert signal of the invention.
  • Each alert frame transmitted by the transmitter device comprises at least two sub-parts comprising different modulations: a preamble 10 in a first sub-part, and a payload 20 also called "payload" in English in a second sub-part .
  • the invention proposes to use a spread spectrum technique for the modulation of the payload 20.
  • the spread spectrum modulation was chosen for its performance in terms of robustness with respect to voluntary disturbances or involuntary. Parameters of this modulation (spreading factor “SF”, bandwidth, coding rate, direction of orthogonality) allow diversity in the frames to be sent. For example, the security of System communication is enhanced by the use of different spreading factors in the transmission of the alert signal allowing for orthogonality of signals.
  • the spreading factor can vary as is known between SF5 and SF12. These parameters (spreading factor “SF”, bandwidth, coding rate, direction of orthogonality) are regenerated randomly and periodically, at the Tx and Rx level thanks to live frames.
  • the preamble 10 is modulated in (G)FSK, frequency shift keying, where a Gaussian filter can be activated or not which gives shape to the signal. Thanks to this filter, and other parameters of this modulation (bit rate, frequency deviation), the bandwidth of the signal to be transmitted is controlled.
  • This preamble must be at least as long as the listening period of the receiver.
  • the invention thus proposes a Tx transmitter device transmitting the alert signal over a spectral width greater than all the frequencies that make up the original alert signal.
  • the use of a frequency-spread signal makes it possible to increase the sensitivity of the Rx receiver device. Indeed, the received alert signal can be demodulated even when drowned in noise, up to 20 dB below noise (negative SNR: -20 dB). Robust communication is thus established between the devices of the system, while maintaining a moderate modulation power.
  • the use of a relatively narrow bandwidth preferably of 20 to 30 KHz makes it possible to improve the robustness of the system against jamming, and also to avoid the effect of ultra-narrow band jammers .
  • the use of a relatively narrow band also makes it possible to change channels if the channel in question is noisy as will be detailed later in the description.
  • Another security brick can be added by fixing a size of the preamble on the side of the Tx transmitter device and on the side of the Rx receiver device.
  • the receiver device Rx is capable of filtering the unrecognized frames according to the size of the preamble of the frames T .
  • the security is also increased by periodically sending life frames updating the communication parameters between the transmitter device Tx and the receiver device Rx .
  • the life frames are transmitted for example every 20 minutes and the updated parameters are among others the listening channel, the spreading factor, the bandwidth. These parameters are randomly generated thus increasing the protection against intelligent jammers.
  • the Rx device is configured to perform a periodic band scan to detect the presence of intentional band jamming and issue the alert signal.
  • the Tx transmitter device and the Rx receiver device both periodically scan the band and when jamming is detected and no alert frame is received, the transmitter device and the receiver device synchronize on the least busy channel to make communication more reliable.
  • the picture 3 illustrates an example of a frequency response of a jammer, the least busy channel is indicated by the arrow, it is on this channel that the transmitter device Tx transmits the alert signal following the scan of the band.
  • the receiver device Rx opens periodic windows of a period less than the duration of the alert frame sent by the transmitter device Tx.
  • the figure 4 illustrates an example of polling performed by the receiver device Rx in which the listening windows are opened by the receiver device every second for a duration of a few milliseconds. The reception of any frame sent is thus ensured, and the detection of interference in the ISM band (868 MHz) can be carried out in parallel.
  • the tests carried out made it possible to confirm communication between the Tx transmitter device and the Rx receiver device placed at a distance of approximately 20 to 25 meters, the jammer being placed at a distance of 2m from the receiver, the most difficult case to overcome technically.
  • the receiver device comprises a directional antenna provided with a rotating arm making it possible to direct the antenna facing the transmitter device Tx .
  • the Tx transmitter device and the Rx receiver device are typically installed at a fixed point, the positioning of the antenna therefore makes it possible to greatly attenuate the jamming signal thanks to the directivity of the antenna.
  • the alarm system of the invention comprises a plurality of opening sensors and infrared detection.
  • the opening and infrared detection sensors are connected to a video camera incorporating the Tx transmitter device of the invention for the remote triggering of a deterrent device.
  • the activation of the camera can thus respond to the normal operation of the alarm system and the detection of intruders by the opening and infrared detection sensors, as well as by the detection of jamming announcing a possibly unannounced intrusion. by the opening sensors, or by a combination of these.
  • the Rx receiver device to be triggered by sending the alert signal is, for example, a smoke generator which will make the room completely opaque and precipitate the escape of the intruder.
  • the alarm system of the invention is therefore very advantageous in that it makes it possible to trigger a security action in the event of detection of jamming, and therefore of an intrusion of the system.
  • This action may be triggered by the alert signal sent automatically upon detection of jamming or manually by means of a command in the transmitter device, such as pressing a button.
  • the characteristics of the secure radiofrequency communication of the alarm system of the invention have a moderate consumption, and therefore the receiver and transmitter devices can achieve an autonomy of several years.
  • the possibilities of piercing all the security measures proposed by the invention by a thief equipped with a jammer are practically nil, including when he uses an intelligent jammer.

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Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • La présente invention se rapporte au domaine de la communication par radiofréquence sécurisée dans des systèmes de dissuasion, et de protection des biens installés dans des maisons, des bateaux, des conteneurs, des camions etc. Plus particulièrement, l'invention concerne un système d'alarme permettant de déclencher un dispositif de dissuasion, ou de protection de biens en présence d'un brouilleur.
  • ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
  • De nombreux systèmes d'alarme sont proposés aujourd'hui sur le marché pour protéger les maisons et en général les biens de propriété privée. Les systèmes d'alarme les plus sophistiqués sont munis de capteurs infrarouges permettant de détecter une intrusion dans un périmètre extérieur ou à l'intérieur d'une maison. Suite à la détection d'une intrusion, le système déclenche un dispositif de dissuasion (i.e. sirène, fumigène, générateur de brouillard), et le cas échéant envoie une alarme d'intrusion à une base de télésurveillance.
  • La sécurité de ces systèmes peut être compromise lorsqu'un voleur utilise un « brouilleur » ou « jammer », c'est-à-dire un dispositif permettant de perturber ou bloquer la communication sans fil entre un émetteur et un récepteur, par exemple en introduisant du bruit dans les bandes GSM, WIFI, 3G, 4G, ISM, GPS, bluetooth etc. Il existe différents types de brouilleurs tels que les brouilleurs à bande haute, à bande partielle, à mono ou multiple tonalité, de répétition (reçoit le signal et le retransmet après distorsion pour perturber le récepteur), et des brouilleurs intelligents s'adaptant à la technique de transmission.
  • Ainsi, lorsqu'un voleur utilise un brouilleur pour pénétrer dans une maison protégée par un système d'alarme, les différents dispositifs du système sont incapables de communiquer entre eux pour déclencher les dispositifs de dissuasion et d'envoyer une alarme d'intrusion à l'extérieur de la maison.
  • Suivant le type de brouilleur utilisé et le type de signal à interférer, la perturbation de la communication entre l'émetteur et le récepteur sera plus ou moins effective.
  • L'utilisation des techniques de transmission tels que la technique de communication en bande ultra-étroite (UNB) ou la technique d'étalement spectrale « SS-Spread Spectrum » ont été suggérées comme solutions techniques de transmission de signaux face à du brouillage.
  • Pour sa part, la modulation UNB utilise le spectre de manière efficace et résiste aux interférences vu que toute l'énergie est concentrée dans une bande passante très étroite. Ce qui permet également d'éviter les brouilleurs à bande étroite car la probabilité de brouiller le même canal est très faible. Néanmoins, la transmission en bande ultra étroite présente le désavantage de ne permettre une démodulation du côté du récepteur que si le SNR (rapport signal sur bruit) est supérieur à 10db.
  • Les techniques d'étalement du spectre sont des méthodes par lesquelles un signal (p. ex. un signal électrique, électromagnétique ou acoustique) produit avec une largeur de bande particulière est délibérément étalé dans le domaine des fréquences, ce qui produit un signal avec une largeur de bande plus large. Ces techniques sont utilisées pour diverses raisons, notamment l'établissement de communications sécurisées, l'augmentation de la résistance aux interférences naturelles, au bruit et au brouillage, la prévention de la détection et la limitation de la puissance surfacique (p. ex. dans les liaisons descendantes de satellites). Différentes techniques d'étalement de spectre sont connues dont l'étalement de spectre par saut de fréquence (FHSS ou frequency-hopping spread spectrum), l'étalement de spectre à séquence directe (DSSS direct-sequence spread spectrum), l'étalement par pseudo-bruit (THSS time-hopping spread spectrum) et l'étalement par chirp (CSS chirp spread spectrum). Par exemple, la demande US 2016/0330069 propose un détecteur de brouillage configuré pour transmettre un signal d'alerte en bande ultra-étroite et en appliquant une modulation d'étalement de spectre aléatoire. La demande US 2014/0074929A1 propose également de sécuriser la communication entre un dispositif émetteur et un dispositif récepteur en utilisant une technique basée sur ce principe, la transmission ultra large bande (UWB), et en modulant le message d'alerte avec une séquence variable des codes d'étalement.
  • Les techniques d'étalement de spectre offrent des performances optimisées en termes de portée et de robustesse du signal. Ces techniques constituent une solution technique performante pour résister au brouillage. Néanmoins, les brouilleurs intelligents sont capables de s'adapter à ces techniques de transmission, par exemple en analysant et reproduisant le signal étalé en fréquence mais avec introduction du bruit.
  • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • La présente invention a pour but de réaliser un système d'alarme à communication radiofréquence sécurisée entre deux dispositifs dudit système en présence d'un brouilleur portatif autonome, y compris les brouilleurs intelligents.
  • Un autre but de l'invention est de déclencher à distance une action de sécurité du système d'alarme en présence de brouillage.
  • À cette fin, l'invention propose un système d'alarme à communication par radiofréquence sécurisée, tel que défini dans la revendication indépendante 1.
  • L'invention propose ainsi un format particulier pour la trame d'alerte dans lequel les différentes modulations de la trame sont difficilement perceptibles pour un analyseur de spectre. Malgré l'enchaînement de modulation différentes, l'analyseur voit une unique trame occupant une bande passante fixe, avec une puissance constante. Ce choix a pour but d'augmenter l'autonomie du produit et également de leurrer en cas d'ingénierie reverse. D'autre part, le canal dans la bande ISM choisi pour transmettre le signal d'alerte est l'un des canaux alloués à cette communication suivant une région géographique dans laquelle le système d'alarme est mis en œuvre.
  • Chaque trame d'alerte comporte un préambule dans une première sous-partie et une charge utile dans une deuxième sous-partie, et la modulation de la charge utile est réalisée au moyen d'une technique d'étalement de spectre. Le préambule comporte une modulation par déplacement de fréquence permettant de maîtriser la bande passante dudit préambule, tel qu'une modulation (G)FSK.
  • Grâce à la modulation d'étalement spectrale, les trames d'alerte transmises par le dispositif émetteur sont orthogonaux, en fonction du facteur d'étalement « SF », de la bande passante et du sens de l'orthogonalité (normal ou inversé). Ce qui rend à l'instant T la probabilité d'envoyer une trame avec les mêmes paramètres très faible.
  • Le système d'alarme de l'invention peut également comporter toutes ou l'une des caractéristiques suivantes permettant d'augmenter la sécurité de la communication par radiofréquence :
    Le préambule comporte une taille fixe et configurée du côté du dispositif émetteur et du côté de dispositif récepteur, ce qui permet au récepteur de filtrer les trames émises par un émetteur intelligent en fonction de la taille du préambule.
  • Le signal d'alerte est transmis sous une bande passante relativement étroite de 20 à 30KHz.
  • Le dispositif émetteur est configuré pour transmettre des trames de vie périodiquement et pour la mise à jour entre le dispositif émetteur et le dispositif récepteur, lesdites trames de vie comportent des paramètres de communication générés de manière aléatoire et comprenant en outre un canal d'écoute, un facteur d'étalement « SF » et une bande passante.
  • Le dispositif émetteur et le dispositif récepteur comportent respectivement un module d'émission/réception radio, des moyens de calcul et de traitement des données, et des moyens d'alimentation autonomes.
  • Le dispositif émetteur et le dispositif récepteur comportent respectivement des moyens de scan et de détection de brouillage multi bandes configurés pour effectuer un scan périodique au moins de la bande ISM et de toutes ou l'une des bandes GSM, WIFI, 3G, 4G, GPS, bluetooth pour détecter la présence de brouillage, et également pour identifier le canal ISM le moins occupé par ledit brouillage, et dans lequel lors de la détection de brouillage et en l'absence d'un signal d'alerte reçu, le dispositif émetteur et le dispositif récepteur se synchronisent sur le canal le moins occupé par le brouillage pour communiquer.
  • Le dispositif récepteur comporte au moins une antenne directive comportant un bras rotatif orientant ladite antenne directive face au dispositif émetteur.
  • Le dispositif récepteur est configuré pour ouvrir des fenêtres périodiques d'écoute d'une période inférieure à la durée de la trame d'alerte envoyée par le dispositif émetteur.
  • Le dispositif émetteur est intégré dans une télécommande intelligente du système d'alarme ou dans une caméra vidéo/photo, et le dispositif récepteur est intégré dans un dispositif choisi parmi un appareil photographique, un générateur de fumée, une sirène et/ou un gyrophare.
  • Le dispositif émetteur est intégré dans une montre intelligente, et le dispositif récepteur est intégré dans un dispositif choisi parmi une caméra vidéo/photo, un générateur de fumée, une sirène et/ou un gyrophare.
  • D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés.
  • PRÉSENTATION DE FIGURES
    • [Fig. 1] Illustre un exemple schématique d'un dispositif émetteur radio et un dispositif récepteur radio communicant par radiofréquence en présence d'un brouilleur.
    • [Fig. 2] Illustre schématiquement un exemple d'une trame d'alerte selon l'invention.
    • [Fig. 3] Illustre une réponse fréquentielle d'un brouilleur.
    • [Fig. 4] Illustre l'ouverture périodique de fenêtres d'écoute du dispositif. récepteur « polling » et leur durée vis-à-vis d'une trame d'alerte.
    DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTION
  • L'invention propose un système d'alarme à communication radiofréquence sécurisée, ledit système permettant de déclencher une action de sécurité en présence de brouillage.
  • Plus particulièrement, le système d'alarme à communication par radiofréquence sécurisée comporte un dispositif émetteur configuré pour transmettre un signal d'alerte radio lors de la détection de brouillage, ou sur action volontaire de l'utilisateur sur une commande de transmission manuelle (i.e. appui sur bouton d'alerte), et un dispositif récepteur configuré pour recevoir ledit signal d'alerte et déclencher une action de sécurité préconfigurée. Le système d'alarme de l'invention est particulier en ce que le signal d'alerte :
    • comporte une série de trames d'alerte, chaque trame comprenant au moins deux sous parties comportant des modulations différentes, tout en ayant une même puissance et occupant une même bande spectrale ;
    • est transmis dans un canal dans la bande ISM défini de manière aléatoire et périodiquement.
  • La figure 1 montre un exemple schématique d'un dispositif émetteur Tx radio et d'un dispositif récepteur Rx radio communicant par radiofréquence en présence d'un brouilleur selon l'invention. Bien entendu, le dispositif émetteur et le dispositif récepteur comportent respectivement un module d'émission/réception radio calé sur les bandes 868 MHz en Europe et 915 MHz aux Etats Unis, des moyens de calcul, des moyens de traitement des données, des moyens de mémoire et des moyens d'alimentation autonomes. Ils comportent également des moyens de scan et de détection de brouillage multi bandes: bandes hautes, bandes partielles, brouillage mono fréquence ou à fréquences multiples, brouillage répéteur qui vont détecter et confirmer la présence d'un appareil de brouillage sur les bandes 3G, 4G, Wifi, Bluetooth et/ou ISM de sorte à confirmer la présence d'une possible tentative d'intrusion.
  • A titre d'exemple, le dispositif émetteur correspond à une commande intelligente permettant la gestion des mesures anti-intrusion d'un système d'alarme, ou tout autre dispositif d'un système d'alarme dans lequel on souhaite intégrer une fonction de contrôle de déclenchement des mesures anti-intrusion tel que des capteurs d'ouvrant, des capteurs d'infrarouge de présence, une caméra vidéo ou un simple bouton de panique portatif etc. Le dispositif récepteur Rx est par exemple une sirène, un déclencheur de fumée, un gyrophare, une caméra vidéo ou un appareil photo etc. L'action de sécurité à déclencher par le signal d'alerte est donc définie par la nature du dispositif dans lequel le dispositif récepteur Rx est intégré, par exemple l'action de sécurité correspond à la prise d'une photo lorsque le dispositif récepteur est un appareil photo, ou à la génération de fumée lorsqu'il s'agit d'un générateur de fumée.
  • La figure 2 illustre schématiquement une trame T d'alerte du signal d'alerte de l'invention. Chaque trame d'alerte transmise par le dispositif émetteur comporte au moins deux sous-parties comportant des modulations différentes: un préambule 10 dans une première sous-partie, et une charge utile 20 aussi appelée « payload » en anglais dans une deuxième sous-partie.
  • Plus particulièrement, l'invention propose d'utiliser une technique d'étalement de spectre pour la modulation de la charge utile 20. La modulation à étalement de spectre a été choisie pour ses performances en termes de robustesse vis-à-vis des perturbations volontaires ou involontaires. Des paramètres de cette modulation (facteur d'étalement « SF », bande passante, taux de codage, sens d'orthogonalité) permettent une diversité dans les trames à envoyer. Par exemple, la sécurité de la communication du système est augmentée par l'utilisation de facteurs d'étalements différents dans la transmission du signal d'alerte permettant l'orthogonalité de signaux.
  • Un brouilleur intelligent ne connaissant pas le facteur d'étalement « SF » employé par le système ne peut reproduire le signal d'alerte. Le facteur d'étalement peut varier comme il est connu entre SF5 et SF12. Ces paramètres (facteur d'étalement « SF », bande passante, taux de codage, sens d'orthogonalité) sont regénérés aléatoirement et périodiquement, au niveau du Tx et du Rx grâce à des trames de vie.
  • Dans un mode de réalisation, le préambule 10 est modulé en (G)FSK, modulation par déplacement de fréquence, où on peut venir activer ou pas un filtre gaussien qui vient donner une forme au signal. Grâce à ce filtre, et d'autres paramètres de cette modulation (débit, déviation de fréquence), on maîtrise la bande passante du signal à émettre. Ce préambule doit être au minimum aussi long que la période d'écoute du récepteur.
  • L'invention propose ainsi un dispositif émetteur Tx transmettant le signal d'alerte sur une largeur spectrale plus grande que l'ensemble des fréquences qui composent le signal d'alerte original. L'utilisation d'un signal étalé en fréquence permet d'augmenter la sensibilité du dispositif récepteur Rx. En effet, le signal d'alerte reçu peut être démodulé même quand noyé dans le bruit, jusqu'à 20 dB en dessous du bruit (SNR négatif : -20 dB). Une communication robuste est ainsi établie entre les dispositifs du système, tout en conservant une puissance de modulation modérée. Dans un mode de réalisation, l'utilisation d'une bande passante relativement étroite de préférence de 20 à 30 KHz permet d'améliorer la robustesse du système contre le brouillage, et aussi d'éviter l'effet des brouilleurs à bande ultra-étroite. L'utilisation d'une bande relativement étroite permet également de changer de canal si le canal en question est bruité comme il sera détaillé par la suite dans la description.
  • Une autre brique de sécurité peut être ajoutée en fixant une taille du préambule du côté du dispositif émetteur Tx et du côté du dispositif récepteur Rx. Ainsi, lorsqu'un brouilleur intelligent essaye de saturer le dispositif récepteur Rx en envoyant des signaux étalés en fréquence de même nature, le dispositif récepteur Rx est capable de filtrer les trames non reconnues en fonction de la taille du préambule des trames T.
  • Avantageusement, la sécurité est également augmentée par l'envoie périodique des trames de vie mettant à jour les paramètres de communication entre le dispositif émetteur Tx et le dispositif récepteur Rx. Les trames de vie sont transmises par exemple tous les 20 minutes et les paramètres mis à jour sont entre autres le canal d'écoute, le facteur d'étalement, la bande passante. Ces paramètres sont générés de façon aléatoire augmentant ainsi la protection contre les brouilleurs intelligents. Le dispositif Rx est configuré pour effectuer un scan de la bande périodique pour détecter la présence d'un brouillage intentionnel de la bande et émettre le signal d'alerte. Dans un mode de réalisation, le dispositif émetteur Tx et le dispositif récepteur Rx effectuent tous les deux un scan régulier de la bande et lorsqu'un brouillage est détecté et aucune trame d'alerte n'est reçue, le dispositif émetteur et le dispositif récepteur se synchronisent sur le canal le moins occupé pour fiabiliser la communication.
  • La figure 3 illustre un exemple d'une réponse fréquentielle d'un brouilleur, le canal le moins occupé est signalé par la flèche, c'est sur ce canal que le dispositif émetteur Tx transmet le signal d'alerte suite au scan de la bande.
  • Pour des raisons d'économie d'énergie, le dispositif récepteur Rx ouvre des fenêtres périodiques d'une période inférieure à la durée de la trame d'alerte envoyée par le dispositif émetteur Tx. La figure 4 illustre un exemple de polling effectué par le dispositif récepteur Rx dans lequel les fenêtres d'écoute sont ouvertes par le dispositif récepteur chaque seconde pour une durée de quelques millisecondes. La réception de toute trame envoyée est ainsi assurée, et la détection du brouillage dans la bande ISM (868 MHz) peut être réalisée en parallèle.
  • Différents tests ont été accomplis pour confirmer la technique de la communication radiofréquence choisie, et aussi pour déterminer le rayon de distance effectif entre les dispositifs. L'envoi d'un signal d'alerte étalé en fréquence en présence de brouillage a été testé à différentes distances du dispositif récepteur Rx et en utilisant le format de trame évoqué précédemment. En fonction des paramètres de la modulation, différents tests ont été effectués. Un exemple de paramètres utilisés par test est : SF9 ; CR4/6 ; 20khz; charge utile : 10 octets.
  • Les tests réalisés ont permis de confirmer une communication entre le dispositif émetteur Tx et le dispositif récepteur Rx placés à une distance d'environ 20 à 25 mètres, le brouilleur étant placé à une distance de 2m du récepteur, le cas le plus difficile à surmonter techniquement.
  • Dans un mode de réalisation, le dispositif récepteur comporte une antenne directive munie d'un bras rotatif permettant de diriger l'antenne face au dispositif émetteur Tx. En effet, le dispositif émetteur Tx et le dispositif récepteur Rx sont typiquement installés à un point fixe, le positionnement de l'antenne permet donc d'atténuer fortement le signal du brouillage grâce à la directivité de l'antenne. Ainsi, une meilleure discrimination entre le signal d'un brouilleur et le signal d'alerte est obtenue. Ce qui fait que grâce à cette directivité, on peut augmenter la distance entre le dispositif émetteur et le dispositif récepteur (supérieur à 20 mètres). Dans un mode de réalisation préféré, le système d'alarme de l'invention comporte une pluralité de capteurs d'ouvrant et de détection infra-rouge. Les capteurs d'ouvrant et de détection infrarouge sont reliées à une caméra vidéo intégrant le dispositif émetteur Tx de l'invention pour le déclenchement à distance d'un dispositif de dissuasion. L'activation de la caméra peut ainsi répondre au fonctionnement normal du système d'alarme et de la détection d'intrus par les capteurs d'ouvrant et de détection infra-rouge, ainsi que par la détection de brouillage annonçant une intrusion possiblement non annoncée par les capteurs d'ouvrant, ou par une combinaison de ces derniers.
  • Le dispositif récepteur Rx à enclencher par l'envoi du signal d'alerte est à titre d'exemple un générateur de fumée qui va rendre le local totalement opaque et précipiter la fuite de l'intrus.
  • Le système d'alarme de l'invention est donc très avantageux en ce qu'il permet de déclencher une action de sécurité en cas de détection de brouillage, et donc d'une intrusion du système. Cette action pourra être déclenchée par le signal d'alerte envoyé automatiquement lors de la détection de brouillage ou manuellement au moyen d'une commande dans le dispositif émetteur, tel qu'en opprimant un bouton. Les caractéristiques de la communication radiofréquence sécurisée du système d'alarme de l'invention ont une consommation modérée, et donc les dispositifs récepteur et émetteur peuvent atteindre une autonomie de plusieurs années. Les possibilités de percer toutes les mesures de sécurités proposées par l'invention par un voleur muni d'un brouilleur sont pratiquement nulles, y compris lorsqu'il utilise un brouilleur intelligent.

Claims (10)

  1. Système d'alarme à communication par radiofréquence sécurisée, ledit système comportant un dispositif émetteur (Tx) radio configuré pour transmettre, dans un canal dans la bande ISM défini de manière aléatoire et périodiquement, un signal d'alerte lors de la détection de brouillage ou en réponse à une commande manuelle de transmission dudit signal d'alerte, et un dispositif récepteur (Rx) radio configuré pour recevoir ledit signal d'alerte et déclencher une action de sécurité préconfigurée, ledit système d'alarme étant caractérisé en ce que le signal d'alerte :
    - comporte une série de trames d'alerte, chaque trame comprenant au moins deux sous parties comportant des modulations différentes, tout en ayant une même puissance et occupant une même bande spectrale ; et
    - chaque trame d'alerte comporte un préambule (10) dans une première sous-partie et une charge utile (20) dans une deuxième sous-partie ; et en ce que la modulation de la charge utile est réalisée au moyen d'une technique d'étalement de spectre ; et
    - le préambule comporte une modulation par déplacement de fréquence permettant de maîtriser une bande passante dudit préambule, telle qu'une modulation (G)FSK.
  2. Système d'alarme selon la revendication précédente dans lequel le préambule (10) comporte une taille fixe et configuré du côté du dispositif émetteur (Tx) et du côté du dispositif récepteur (Rx).
  3. Système d'alarme selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le signal d'alerte est transmis sous une bande passante relativement étroite de 20 à 30KHz.
  4. Système d'alarme selon l'une des revendications précédentes dans lequel le dispositif émetteur (Tx) est configuré pour émettre des trames de vie périodiquement et pour la mise à jour entre le dispositif émetteur (Tx) et le dispositif récepteur (Rx), lesdites trames de vie comportant des paramètres de la modulation de la charge utile générés de manière aléatoire et comprenant en outre un canal d'écoute, un facteur d'étalement « SF » et une bande passante.
  5. Système d'alarme selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif émetteur (Tx) et le dispositif récepteur (Rx) comportent respectivement un module d'émission/réception radio, des moyens de calcul et de traitement des données, et des moyens d'alimentation autonomes.
  6. Système d'alarme selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif émetteur (Tx) et le dispositif récepteur (Rx) comportent respectivement des moyens de scan et de détection de brouillage multi bandes configurés pour effectuer un scan périodique au moins de la bande ISM et de toutes ou l'une de bandes GSM, WIFI, 3G, 4G, GPS, bluetooth pour détecter la présence de brouillage et pour identifier le canal ISM le moins occupé par ledit brouillage, et dans lequel lors de la détection du brouillage et en absence d'un signal d'alerte reçue, le dispositif émetteur (Tx) et le dispositif récepteur (Rx) se synchronisent sur le canal le moins occupé par le brouillage pour communiquer.
  7. Système d'alarme selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif récepteur (Rx) comporte au moins une antenne directive comportant un bras rotatif orientant ladite antenne directive face au dispositif émetteur (Tx).
  8. Système d'alarme selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif récepteur (Rx) est configuré pour ouvrir des fenêtres périodiques d'écoute d'une période inférieure à la durée de la trame d'alerte envoyée par le dispositif émetteur (Tx).
  9. Système d'alarme selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif émetteur (Tx) est intégré dans une télécommande intelligente du système d'alarme ou dans une caméra vidéo/photo, et le dispositif récepteur (Rx) est intégré dans un dispositif choisi parmi une caméra vidéo/photo, un générateur de fumée, une sirène et/ou un gyrophare.
  10. Système d'alarme selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif émetteur (Tx) est intégré dans une montre intelligente, et le dispositif récepteur (Rx) est intégré dans un dispositif choisi parmi une caméra vidéo/photo, un générateur de fumée, une sirène et/ou un gyrophare.
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