FR3043288A1

FR3043288A1 - Systeme de communication de donnees sans fil

Info

Publication number: FR3043288A1
Application number: FR1560552A
Authority: FR
Inventors: Angelo Augusto
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2017-05-05

Abstract

Système de communication de données sans fil avec des objets mobiles connectés, le système (1) comprenant au moins un objet (2) mobile comprenant un appareil (3) électronique de communication de données à distance sans fil par ondes électromagnétiques et configuré pour communiquer sans fil selon une technologie de communication longue portée et basse consommation à modulation de fréquence et/ou de phase, notamment la technologie de communication LoraR, le système (1) comprenant en outre un pluralité d'antennes (4) configurées pour communiquer sans fil selon ladite technologie de communication utilisée par les objets (2) mobiles, caractérisée en ce qu'au moins une partie desdites antennes (4) sont montée sur des véhicules tels que des automobiles

Description

La présente invention concerne un système de communication de données sans fil avec des objets mobiles connectés. L’invention concerne plus particulièrement un système de communication de données sans fil avec des objets mobiles connectés, le système comprenant au moins un objet mobile comprenant un appareil électronique de communication de données à distance sans fil par ondes électromagnétiques et configuré pour communiquer sans fil selon une technologie de communication longue portée et basse consommation à modulation de fréquence et/ou de phase, notamment la technologie de communication Lora®, le système comprenant en outre un pluralité d’antennes configurées pour communiquer sans fil selon ladite technologie de communication utilisée par les objets mobiles.

Pour gérer des ensembles d’objets connectés, notamment des bouteilles de fluide munies de capteurs communicants, une solution connue est d’utiliser des réseaux de communication à abonnement tels que du type « 3G », « GPRS ».

Ces systèmes de communication ne proposent pas forcément la fonction de géolocalisation. Cette fonction peut être obtenue vie l’utilisation GPS embarqué (système de localisation par satellite). Ces solutions sont cependant coûteuses pour des applications de gestion d’un ensemble d’objets connectés. Un GPS est coûteux en énergie notamment et l’objet concerné n’est pas forcément toujours situé à l’extérieur pour capteur un signal GPS. D’autres solution de communication sont connues, notamment les technologies de communication à longue portée et faible consommation du type de celles développées par les sociétés Sigfox® ou Semtech (technologie Lora®).

Ces solutions sont cependant soit coûteuses à mettre en œuvre soit ne possèdent pas de réseau suffisamment dense pour répondre aux besoins de gestions de certaines applications industrielles.

Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, le système selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu’au moins une partie desdites antennes sont montée sur des véhicules tels que des automobiles. L'invention permet de constituer rapidement et à faible coût un réseau autonome de communication qui le cas échant peut en plus de localiser géographiquement les objets connectés.

Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - au moins une partie des antennes est munie d’un capteur de position ou de localisation de type « GPS », - au moins une partie des antennes est configurée pour communiquer sans fil avec un réseau de données, notamment internet, selon une technologie de communication de type GSM ou GPRS, - au moins une partie des antennes est configurée pour recevoir et éventuellement transmettre des données aux objets mobiles, - au moins une partie des antennes est configurée pour calculer et transmettre sans fil la position des objets mobiles via l’analyse des signaux de transmission de données émis par les objets mobiles, - au moins une partie des antennes est configurée pour calculer la position des objets mobiles en mesurant l’intensité du signal reçu par lesdits objets, la position des objets étant déterminée en comparant cette intensité du signal reçu avec une intensité de référence lors de l’émission du signal par les objets, la position des objets étant déterminée également en mesurant ou calculant la distance entre l’objet et l’antenne et/ou la position connue de l’antenne, - au moins une partie des antennes est configurée pour calculer la position des objets mobiles par triangulation en détectant l’intensité des signaux d’un même objet par plusieurs antennes distinctes, - le système comporte une pluralité d’objet mobiles parmi : des bouteilles de fluides sous pression, des robinets pour bouteilles de fluide sous pression solidaires ou connectable de façon amovible à des bouteilles de fluide sous pression, - le système comporte une pluralité d’objet mobiles parmi : des bouteilles de fluides sous pression, des robinets pour bouteilles de fluide sous pression solidaires ou connectable de façon amovible à des bouteilles de fluide sous pression, l’appareil électronique de communication de chacun des objets étant configuré pour envoyer, recevoir ou stocker au moins une information parmi : une identification d’une bouteille, une information relative à la nature du fluide contenu dans ladite bouteille, une information relative à la contenance maximale de ladite bouteille, une information relative à la quantité de fluide contenu dans la bouteille, une information d’identification du propriétaire ou utilisateur de la bouteille, une information relative au site d’utilisation de la bouteille, une information relative à la date de péremption du fluide contenu dans la bouteille, une information relative à une certification du fluide contenu dans la bouteille, un historique d’au moins une des informations précédentes, - la technologie de communication longue portée et basse consommation à modulation de fréquence et/ou de phase LoRa® utilise une modulation de fréquence à étalement de spectre et sauts de fréquence permettant notamment la reconstitution des données transmises même lorsqu’elles sont reçues avec un rapport signal-sur-bruit inférieur à 0 dB, opérant sur des bandes de fréquence déterminées, en particulier de 433,0 à 434,79 MHz, de 863 à 870 MHz, de 902 à 928 MHz, de 2400 à 2500 MHz, - la technologie de communication LoRa® utilise une modulation de fréquence à étalement de spectre et sauts de fréquence du type « FHSSS » (« Frequency Hopping Spread Spectrum » ou encore « Étalement de spectre par évasion de fréquence »), « DSSS » (« Direct Sequence Spread Spectrum » = « Etalement de spectre à séquence directe”) et « CSS » (« Chirp Spread Spectrum » = « Etalement de Spectre Chirp »), - la technologie de communication LoRa® utilise des séquences de 2e à 212 chirps pour coder un bit, permettant des débits de 250 bits/s à 21900 bit/s suivant notamment les largeurs de canaux employés (typiquement, 125, 250 et 500 kHz, - la technologie de communication LoRa® utilise une modulation selon un protocole tel que « LoRaWAN », définissant notamment des trames de longueur maximale 250 octets sur la couche MAC (Medium Access Contrai) correspondant à un maximum de 242 octets sur la couche applicative, et prévoyant des niveaux de puissance rayonnée jusqu’à 30 dBm (typiquement, une valeur par défaut de 20 dBm et une valeur maximum de 30 dBm sur la bande de 902 à 928 MHz, et une valeur par défaut de 14 dBm et une valeur maximum de 20 dBm sur la bande de 863 à 870 MHz). L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue de côté, schématique et partielle, illustrant un exemple d’éléments pouvant constituer le système de communication selon l’invention, - la figure 2 représente une vue schématique et partielle illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d’un système de communication selon l’invention.

Les figures 1 et 2 schématisent de façon partielle un système de communication de données sans fil avec des objets mobiles connectés.

Ce système 1 comprend au moins un et de préférence plusieurs objets 2 mobiles. Ces objets 2 mobiles comprennent par exemple des bouteilles de fluides sous pression et/ou des robinets pour bouteilles de fluide sous pression (robinets solidaires ou connectable de façon amovible à des bouteilles de fluide sous pression) cf. figure 1.

Chaque objet 2 mobile connecté comprenant un appareil 3 électronique de communication de données à distance sans fil par ondes électromagnétiques (de tels appareils sont connus et comprennent par exemple : antenne(s) microprocesseur(s)...). Ces appareils sont configurés pour communiquer sans fil selon une technologie de communication longue portée et basse consommation à modulation de fréquence et/ou de phase, notamment la technologie de communication Lora®.

Le système 1 comprenant en outre une pluralité d’antennes 4 formant un réseau et configurées pour communiquer sans fil selon ladite technologie de communication utilisée par les objets 2 mobiles. Au moins une partie desdites antennes 4 sont montée sur des véhicules tels que des automobiles. C’est-à-dire que les véhicules d’une flotte de véhicule d’un industriel ou autre sont munis d’antennes pour communiquer avec ces objets 2 pour la transmission et/ou le recueil de données. C’est-à-dire qu’une flotte de véhicules du système de communication forme un réseau de communication avec un ensemble d’objets 2 connectés sans passer par des réseaux fixes payants (3G, GPRS...). A cet effet, l’appareil 3 électronique des objets 2 mobiles est avantageusement équipé de puce(s) communicantes appropriées pour communiquer selon la technologie de communication correspondante, par exemple des puces du type « SEMTECH/KERLINK » (technologie LORA®).

De préférence le système de communication défini ci-dessus utilise la technologie de communication développée par la société « SEMTECH » et dénommée « LORA » (pour Long Range).

Cette technologie (ou une autre équivalente qui pourrait être utilisée dans le cadre de l’invention) utilise des puces communicantes à faible coût permettant de communiquer à très grande distance (entre 0 et 15 km notamment) pour une consommation électrique potentiellement très faible à condition que les messages transmis soient relativement courts.

Ceci permet de transmettre des messages de la taille d'un SMS par exemple. Ces puces peuvent facilement être utilisées comme élément embarqué dans un appareil 3 de communication d’objet 2 communiquant.

De même, par exemple, la société KERLINK a développé une station communicante munie d'une puce plus évoluée que celle de la société SEMTECH permettant de communiquer simultanément avec plusieurs objets 2 connectés et communicant avec cette technologie LORA®. Cette puce ou antenne développée par la société KERLINK peut être munie un capteur GPS qui permet de récupérer sa position ainsi que d'une communication via GPRS par l'intermédiaire d'un opérateur de réseau.

Ainsi, dans un mode de réalisation une flotte de véhicules (camions de livraison et/ou véhicules de fonction ou autre) est équipée avec ces antennes/puces.

Les véhicules équipés pratiquent des tournées régulières ou non et se retrouvent à parcourir un territoire déterminé (zone de livraison, de maintenance, d’activité d’une entreprise ou d’une division d’entreprise).

En équipant ces véhicules de telles antennes, ces véhicules peuvent, via leur antenne 4, récupérer et/ou distribuer différents messages aux objets 2 connectés qui seraient à proximité de leur passage (selon la portée de communication, par exemple jusqu’à 15km comme évoquée plus haut pour la technologie Lora®).

Le système de communication forme un système postal où les véhicules 4 et les antennes font office de « facteurs » et également « de boites aux lettres ».

Du fait que les véhicules sont mobiles dans une zone qui peut être très étendue (plusieurs dizaines de kilomètres ou plus), la surface couverte par l'ensemble des points se trouvant à portée de communication est assez importante pour conférer un intérêt à ce mode de distribution plutôt qu'à celui d'un réseau d'antennes fixe classique.

Le système proposé a notamment l'avantage d'être très peu coûteux à mettre en place. En effet, ce système ne nécessite pas de posséder des endroits fixes pour accueillir les antennes 4. De même, l'installation d'antennes 4 sur les véhicules est plus simple qu’une l'installation de type fixe. En effet, l'énergie électrique des antennes 4 mobiles (et même de l’appareil électronique qui intègre l’antenne) peut être directement apportée par le véhicule qui l’abrite.

Un tel réseau de communication peut ainsi être déployé en un temps très court par rapport à un réseau fixe.

Le système de communication peut même être utilisé pour localiser les objets 2. En effet, les antennes 4 de réception peuvent utiliser le signal reçu pour déterminer l’emplacement de l’objet 2. Le signal reçu par les antennes 4 peut être associé à une intensité de signal qui dépend à la fois de la puissance d'émission (qui est connue par l’antenne 4) et de la distance parcourue par l'onde radio ainsi que les obstacles rencontrés. Au même moment la position de l’antenne 4 du véhicule peut être connue ou déterminée.

Le système 1 de communication dispose ainsi d'un nombre de points géolocalisés associés à une puissance de signal pour un même objet 2. Un algorithme de triangulation basé sur des estimations statistiques peut par exemple alors nous fournir une position de l'objet 2 connecté (en particulier si cet objet 2 est fixe).

Dans le cas où puce/antenne 4 de réception peut estimer la distance entre l'antenne 2 émetteur et l'antenne 4 (par exemple par estimation du temps de vol), une précision plus grande peut être atteinte.

De préférence, au moins une partie des antennes 4 comporte un organe de communication configuré pour communiquer avec un réseau 5 internet ou autre (cf. figure 1, réseau GPRS via un opérateur mobile notamment).

Ainsi, chaque véhicule peut comporter un GPS, une station de communication de type Lora® et de préférence un lien internet (GSM/GPRS, 2G, 3G, 4G ou autre).

De cette façon, l’antenne 4 mobile peut transférer des informations et éventuellement la position de l'objet 2 et/ou des informations permettant de calculer sa localisation.

De cette façon, les informations collectées peuvent être transmises à un serveur distant qui peut le cas échéant lui-même re-transférer les données reçues à d'autres clients).

Un calculateur peut recenser tous les trajets réalisés par les véhicules pour notamment estimer l'efficacité de la couverture globale du réseau.

Ce système de communication est particulièrement adapté pour gérer un réseau dense d’objets mobiles avec un risque faible de collisions de données.

Le réseau de communication ainsi constitué peut être international.

Selon des caractéristiques possibles avantageuses : - les messages envoyés sans fil par les objets 2 mobiles peuvent être transférer vers des serveurs (via par exemple un nuage « cloud ») avec un délai (envoi différé) d’une journée par exemple, - les messages échangés peuvent être court (taille comparable à des « SMS », - les objets 2 mobiles sont alimentés par pile ou autre avec une autonomie déterminée, par exemple de dix ans, - la localisation des objets peut avoir une précision de 100m ou moins, par exemple quelques mètres, - un système d’accusé réception des messages peut être prévu dans le réseau. L’invention permet d’installer rapidement un réseau performant pour des objets connectés, même lorsqu’un réseau d’antennes fixes n’est pas encore présent ou suffisant.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système de communication de données sans fil avec des objets mobiles connectés, le système (1) comprenant au moins un objet (2) mobile comprenant un appareil (3) électronique de communication de données à distance sans fil par ondes électromagnétiques et configuré pour communiquer sans fil selon une technologie de communication longue portée et basse consommation à modulation de fréquence et/ou de phase, notamment la technologie de communication Lora®, le système (1) comprenant en outre un pluralité d’antennes (4) configurées pour communiquer sans fil selon ladite technologie de communication utilisée par les objets (2) mobiles, caractérisée en ce qu’au moins une partie desdites antennes (4) sont montée sur des véhicules tels que des automobiles.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’au moins une partie des antennes (4) est munie d’un capteur de position ou de localisation de type « GPS ».
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’au moins une partie des antennes (4) est configurée pour communiquer sans fil avec un réseau (5) de données, notamment internet, selon une technologie de communication de type GSM ou GPRS.
4. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’au moins une partie des antennes (4) est configurée pour recevoir et éventuellement transmettre des données aux objets (2) mobiles.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’au moins une partie des antennes (4) est configurée pour calculer et transmettre sans fil la position des objets (2) mobiles via l’analyse des signaux de transmission de données émis par les objets (2) mobiles.
6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’au moins une partie des antennes (4) est configurée pour calculer la position des objets (2) mobiles en mesurant l’intensité du signal reçu par lesdits objets (2), la position des objets étant déterminée en comparant cette intensité du signal reçu avec une intensité de référence lors de l’émission du signal par les objets (2), la position des objets (2) étant déterminée également en mesurant ou calculant la distance entre l’objet (2) et l’antenne (4) et/ou la position connue de l’antenne (4).
7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu’au moins une partie des antennes (4) est configurée pour calculer la position des objets (2) mobiles par triangulation en détectant l’intensité des signaux d’un même objet (2) par plusieurs antennes (4) distinctes.
8. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité d’objet (2) mobiles parmi : des bouteilles de fluides sous pression, des robinets pour bouteilles de fluide sous pression solidaires ou connectable de façon amovible à des bouteilles de fluide sous pression.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité d’objet (2) mobiles parmi : des bouteilles de fluides sous pression, des robinets pour bouteilles de fluide sous pression solidaires ou connectable de façon amovible à des bouteilles de fluide sous pression, l’appareil (3) électronique de communication de chacun des objets (2) étant configuré pour envoyer, recevoir ou stocker au moins une information parmi : une identification d’une bouteille (2), une information relative à la nature du fluide contenu dans ladite bouteille (2), une information relative à la contenance maximale de ladite bouteille, une information relative à la quantité de fluide contenu dans la bouteille (2), une information d’identification du propriétaire ou utilisateur de la bouteille (2), une information relative au site d’utilisation de la bouteille (2), une information relative à la date de péremption du fluide contenu dans la bouteille (2), une information relative à une certification du fluide contenu dans la bouteille (2), un historique d’au moins une des informations précédentes. lO.Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la technologie de communication longue portée et basse consommation à modulation de fréquence et/ou de phase LoRa® utilise une modulation de fréquence à étalement de spectre et sauts de fréquence permettant notamment la reconstitution des données transmises même lorsqu’elles sont reçues avec un rapport signal-sur-bruit inférieur à 0 dB, opérant sur des bandes de fréquence déterminées, en particulier de 433,0 à 434,79 MHz, de 863 à 870 MHz, de 902 à 928 MHz, de 2400 à 2500 MHz.