FR3098671A1 - Système de télécollecte de données - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un système de télécollecte de données comprenant : une pluralité d’équipements connectés munis chacun d’un module de radiocommunication selon un premier protocole au moins une passerelle comportant un moyen de communication bidirectionnelle selon ledit premier protocole et un second moyen de communication selon un deuxième moyen de communication au moins un serveur muni d’un moyen de communication bidirectionnelle avec ladite au moins une passerelle. Aussi, la passerelle comporte un module de communication selon ledit premier protocole dont l’entrée et la sortie sont directement reliés, sans ajout d’une mémoire tampon, respectivement à la sortie et à l’entrée d’un second module de communication selon ledit second protocole, et en ce que chacun desdits équipements connectés comporte un moyen de formatage des données à transmettre et de déformatage des données reçus selon un mode déterminé, ainsi qu’un moyen d’enregistrement non volatile d’un identifiant unique [MAC] Ledit serveur comportant un moyen de formatage des données à transmettre et de déformatage des données reçus selon ledit mode déterminé Ledit serveur comportant une mémoire pour l’enregistrement desdits identifiants uniques de chacun desdits équipements supervisés La passerelle comportant des moyens d’ouverture dynamique d’un lien unique avec ledit serveur et des moyens de transmission à chacun desdits équipements de son identifiant unique lors de l’initialisation de la passerelle ainsi que lors de la perte d’un lien. Figure 1

Description

Système de télécollecte de données
L'invention se rapporte au domaine général des réseaux de télécommunication et plus particulièrement à l'Internet des objets. Elle concerne la gestion d’une pluralité d’équipements connectés via une ou plusieurs passerelles locales assurant la liaison entre des objets connectés à un premier réseau radiofréquence et un serveur central via un second réseau radiofréquence sans fil local 3G par exemple.
Depuis maintenant quelques années, l'Internet des Objets - ou IoT pour Internet of Things - se déploie dans le milieu du grand public et dans le monde professionnel. Les objets connectés sont notamment.
Les objets connectés dialoguent entre eux via plusieurs catégories de réseaux :
- les réseaux de télécommunication filaires, appartenant aux opérateurs traditionnels, qui proposent des technologies de connexion haut débit et longue distance, appelés dans la suite WAN (Wide Area Network) ;
- les réseaux radios sans fil, divisés eux-mêmes en différentes catégories :
- les technologies de longue portée à haut débit, de type protocoles mobiles (2G, 3G, 4G, etc.), appartenant aux opérateurs de télécommunication, longue distance, ou encore à bas débit comme par exemple LoRa (de l'anglais Long Range Wide-area), ou Sigfox (un réseau cellulaire à bas débit) ;
-les technologies de moyenne portée de type Z-Wave, Wi-Fi, etc.
- les technologies de courte portée, de type NFC (Near Field Communication), Bluetooth, BLE, Zigbee, etc.
- en plus de ces protocoles radio, certains réseaux lumineux (Li-Fi) voire sonores, équivalents à des protocoles non filaires, peuvent également être utilisés.
Au sein d'un même réseau, tous les objets n'ont pas les mêmes fonctions : certains proposent de remonter des résultats de mesure (capteurs de température, d'humidité, de mouvement, etc.), d'autres offrent des fonctions de communication (smartphones, tablettes, etc.), d'autres encore de stockage de données, etc.
De manière générale, les réseaux locaux sans fils fonctionnent en mode diffusé, c'est-à-dire que tous les objets dans le réseau local sont à même de recevoir un message (comportant selon un exemple précédent les données confidentielles d'un capteur), voire de le traiter, éventuellement à des fins frauduleuses, s'il n'est pas chiffré.
II existe aujourd'hui des solutions pour que de tels objets dialoguent entre eux de manière sécurisée. Par exemple les réseaux LoRa et Sigfox susmentionnés permettent de tels échanges via leurs serveurs protocolaires (LoRa, LTEM). A l'intérieur d'un réseau local, il est également possible de faire dialoguer des objets entre eux de façon sécurisée (par exemple sur un lien BLE - Bluetooth Low Energy, ou par l'intermédiaire de la passerelle de service).
Cependant, ces méthodes ne permettent pas de prendre en compte les différentes fonctions des objets d'un réseau local de manière à ce que ceux-ci dialoguent entre eux de manière cohérente.
L’objet de l’invention concerne un système utilisant des passerelles locales simplifiées et des objets connectés simples à installer, permettant de transmettre au serveur des données de manière robuste et fiable. Il concerne notamment le déploiement de capteurs sur une ouvrage d’art ou un bâtiment, ou encore un terrain, pour détecter des mouvements de terrain et anticiper des risques de dégradation.
Etat de la technique
On connaît dans l’état de la technique la demande de brevet américain US20140266592A1concernant un système et procédé pour ajouter une passerelle à un premier dispositif ayant un premier connecteur de réseau.
Un module de passerelle intégré comprend un processeur, une mémoire connectée au processeur et à des première et seconde interfaces réseau, la première connexion réseau utilisant un premier protocole de réseau et la seconde connexion réseau utilisant un second protocole de réseau.
Le module de passerelle intégré est installé dans le premier périphérique, l'installation comprenant le partage du premier connecteur réseau du premier périphérique. La passerelle connecte ensuite la passerelle via le premier réseau à une application de gestion de périphériques située à un emplacement distant, connecte le module de passerelle au second réseau, installe les données du programme de passerelle permettant de recevoir des données d’un second périphérique sur le second réseau et stocke les données reçues canaux de données et installe les données du programme de présentation pour présenter les données de canal aux applications exécutées sur le cloud.
Inconvénient de l’art antérieur
Les solutions de l’art antérieur prévoient des passerelles mettant en œuvre un calculateur pour traiter les données entrantes et sortantes et assurer la translation depuis le réseau local vers le réseau distant. Les traitements réalisés par la passerelle sont consommateurs en puissance de calcul et en énergie électrique, et sont mal adaptées à la concentration locale de données provenant d’équipements connectés de métrologie par exemple.
Solution apportée par l’invention
Afin de remédier à ces inconvénients et de proposer une solution robuste et peu consommatrice en énergie et en temps de calcul, la présente invention concerne en premier lieu un système de télécollecte de données comprenant :
  • une pluralité d’équipements connectés munis chacun d’un module de radiocommunication selon un premier protocole
  • au moins une passerelle comportant un moyen de communication bidirectionnelle selon ledit premier protocole et un second moyen de communication selon un deuxième moyen de communication
  • au moins un serveur muni d’un moyen de communication bidirectionnelle avec ladite au moins une passerelle
caractérisé en ce que
  • ladite passerelle comporte un module de communication selon ledit premier protocole dont l’entrée et la sortie sont directement reliés, sans ajout d’une mémoire tampon, respectivement à la sortie et à l’entrée d’un second module de communication selon ledit second protocole,
  • et en ce que
    • chacun desdits équipements connectés comporte un moyen de formatage des données à transmettre et de déformatage des données reçus selon un mode déterminé, ainsi qu’un moyen d’enregistrement non volatile d’un identifiant unique [MAC]
    • Ledit serveur comportant un moyen de formatage des données à transmettre et de déformatage des données reçues selon ledit mode déterminé
    • Ledit serveur comportant une mémoire pour l’enregistrement desdits identifiants uniques de chacun desdits équipements supervisés
    • La passerelle comportant des moyens d’ouverture dynamique d’un lien unique avec ledit serveur et des moyens de transmission à chacun desdits équipements de son identifiant unique lors de l’initialisation de la passerelle ainsi que lors de la perte d’un lien.
Avantageusement, ledit deuxième protocole est de type 3G ou autre cellulaire.
L’invention concerne aussi une passerelle pour un système de télécollecte comprenant un premier module de communication bi-directionnelle selon un premier protocole, un second module de communication bi-directionnelle selon un deuxième protocole, l’entrée du second module étant directement reliée à la sortie dudit premier module, sans mémoire tampon, l’entrée du premier module étant directement reliée à la sortie dudit second module, sans mémoire tampon.
Avantageusement, la communication entre ledit premier module et ledit second module est en mode FIFO.
L’invention concerne encore un procédé de télécollecte de données provenant d’une pluralité de capteurs connectés à au moins une passerelle par un premier moyen radiofréquence, ladite au moins une passerelle communiquant avec un serveur par l’intermédiaire d’un deuxième moyen de radiocommunication, caractérisé en ce que :
  • Les données brutes acquises par chacun des équipements connectés font l’objet d’un formatage selon une spécificité enregistrée dans une mémoire local de l’équipement connecté, et sont transmises à la passerelle par le module de radiocommunication local
  • Les données reçues par la passerelle sont transmises sans modification et sans mémorisation en mode FIFO à un second module fonctionnant selon un second mode de communication au serveur
  • Le serveur effectuant une déformatage des données transmises par la passerelle pour enregistrer lesdites données brutes dans une mémoire du serveur.
Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :
la figure 1 représente une vue schématique de l’architecture d’un système selon l’invention
Description de l’architecture du système
Le système comprend des objets connectés (1 à 4), par exemple des capteurs physico-chimiques (1 à 3) et un clavier de saisie (4), communiquant avec une passerelle (10) selon un premier protocole radiofréquence, par exemple 2,4 Ghz protocole Xbee faible portée.
Chaque objet contient un module radiofréquence bi directif permettant l’émission et la réception de séquences numériques encapsulées selon les spécificités du protocole considéré. Il comporte aussi un ou plusieurs capteurs associés à un circuit électronique pour générer des signaux numériques bruts fonction de l’état du capteur, par exemple un capteur piézoélectrique, ou un capteur de température ou d’hygrométrie. Les données analogiques sont échantillonnées pour fournir un signal numérique, qui est ensuite formaté selon des spécificités enregistrées dans la mémoire d’un processeur local.
Chaque objet contient aussi une mémoire non volatile pour l’enregistrement d’un identifiant unique.
Le formatage des données numériques brutes consiste par exemple à calculer une séquence comprenant :
  • un en-tête correspondant à l’identifiant unique de l’objet considéré
  • une trame correspondant à une adresse de la passerelle de regroupement
  • une trame contenant les données numériques brutes
  • une trame contenant le résultat d’un calcul de validation…
L’objet comporte aussi des moyens de réception et de déformatage de données reçues provenant du serveur (20) via la passerelle (10), et de traitement local de ces données, par exemple :
  • pour modifier le mode de formatage et de déformatage
  • pour activer ou désactiver certaines fonctions de l’objet connecté
  • pour déclencher le calcul d’une réponse ou d’un acquittement pour vérifier l’intégrité et le bon fonctionnement de l’objet connecté
  • pour modifier les paramètres de fonctionnement du capteur local.
Fonctionnement de la passerelle (10)
La passerelle (10) est « transparente » pour les signaux reçus d’un objet connecté (1 à 4) et transmis au serveur (20), ou reçu du serveur (20) et transmis à l’un des objets connectés (1 à 4).
Elle comprend un module radio-fréquence (11) selon le premier protocole de communication avec les objets connectés (1 à 4). Ce module (11) réalise éventuellement la désencapsulation des données formatées, conformément au premier protocole, et transmet les données formatées sans autre modification au module radiofréquence (12) selon le deuxième protocole de communication avec le serveur (20), par exemple 3G.
Ces données sont transmises sans enregistrement dans un mémoire tampon local ni aucun traitement, en mode FIFO.
De même, les données reçues par le module radiofréquence (12) sont éventuellement désencapsulées selon les spécificités du protocole concerné et transmise sans modifications et sans mémorisation au premier module (11) pour la transmission à l’objet connecté (1 à 4) dont l’adresse figure dans les données reçues.
Appariement de la passerelle et du serveur
Lors de sa configuration initiale de la passerelle (10), on enregistre dans une mémoire vive l’adresse IP du serveur (20).
La communication entre la passerelle (10) et le serveur (20) est réalisé selon un modèle « socket » permettant la communication inter processus (IPC - Inter Process Communication) afin de permettre à divers processus de communiquer à travers un réseau TCP/IP.
La passerelle (10) procède périodiquement à la vérification périodique de l’ouverture du socket.
Pour cela, lors du démarrage, la passerelle (10) envoie une requête au serveur (20) en prenant en compte l’adresse IP enregistré en mémoire vive, sur le port 80 du serveur (20).
Le serveur (20) répond par l’envoi d’un message contenant l’indication d’un nouveau port XXX et ouvre le pare-feu et se met en écoute. La passerelle commande l’ouverture du socket avec le port XXX. Le serveur (20) ouvre le pare-feu pour le port XXX.
Périodiquement, la passerelle (10) envoie un message de contrôle. En l’absence de réponse par le serveur, la passerelle (10) commande la ré-initialisation d’une session et la fermeture du dernier port correspondant, ouvert préalablement pour cette passerelle.

Claims (5)

  1. - Système de télécollecte de données comprenant :
    • une pluralité d’équipements connectés (1 à 4) munis chacun d’un module de radiocommunication selon un premier protocole
    • au moins une passerelle (10) comportant un moyen de communication bidirectionnelle (11) selon ledit premier protocole et un second moyen de communication (12) selon un deuxième moyen de communication
    • au moins un serveur (20) muni d’un moyen de communication bidirectionnelle avec ladite au moins une passerelle (10)
    caractérisé en ce que
    • ladite passerelle (10) comporte un module de communication selon ledit premier protocole dont l’entrée et la sortie sont directement reliés, sans ajout d’une mémoire tampon, respectivement à la sortie et à l’entrée d’un second module de communication selon ledit second protocole,
    • et en ce que
      • chacun desdits équipements connectés (1 à 4) comporte un moyen de formatage des données à transmettre et de déformatage des données reçus selon un mode déterminé, ainsi qu’un moyen d’enregistrement non volatile d’un identifiant unique [MAC]
      • Ledit serveur comportant un moyen de formatage des données à transmettre et de déformatage des données reçus selon ledit mode déterminé
      • Ledit serveur comportant une mémoire pour l’enregistrement desdits identifiants uniques de chacun desdits équipements supervisés
      • La passerelle comportant des moyens d’ouverture dynamique d’un lien unique avec ledit serveur et des moyens de transmission à chacun desdits équipements de son identifiant unique lors de l’initialisation de la passerelle ainsi que lors de la perte d’un lien.
  2. - Système de télécollecte de données selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit deuxième protocole est de type 3G.
  3. - Passerelle pour un système de télécollecte conforme à la revendication 1 caractérisé en ce qu’elle comprend un premier module de communication bi-directionnelle selon un premier protocole, un second module de communication bi-directionnelle selon un deuxième protocole, l’entrée du second module étant directement reliée à la sortie dudit premier module, sans mémoire tampon, l’entrée du premier module étant directement reliée à la sortie dudit second module, sans mémoire tampon.
  4. - Passerelle pour un système de télécollecte conforme à la revendication 1 caractérisé en ce que la communication entre ledit premier module et ledit second module est en mode FIFO.
  5. - Procédé de télécollecte de données provenant d’une pluralité de capteurs connectés à au moins une passerelle par un premier moyen radiofréquence, ladite au moins une passerelle (10) communiquant avec un serveur (20) par l’intermédiaire d’un deuxième moyen de radiocommunication, caractérisé en ce que :
    • Les données brutes acquises par chacun des équipements connectés (1 à 4) font l’objet d’un formatage selon une spécificité enregistrée dans une mémoire local de l’équipement connecté, et sont transmises à la passerelle (10) par le module de radiocommunication local
    • Les données reçues par la passerelle (10) sont transises sans modification et sans mémorisation en mode FIFO à un second module fonctionnant selon un second mode de communication au serveur (20)
    • Le serveur effectuant une déformatage des données transmises par la passerelle (10) pour enregistrer lesdites données brutes dans une mémoire du serveur (20).
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