Les technologies sans-fil à l’abordage !

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octobre 2012
Le trajet optimal du signal (flèches bleues), l'emplacement des capteurs et des modems radio sont représentés ici sur un bateau à quatre ponts (schéma réalisé avec Opnet).
© IETR / INSA
Quand les données à transmettre concernent la sécurité, rien ne doit interférer. Même si l’environnement est hostile.

Onze étages, un cinéma, une piscine, des restaurants, des boutiques, des milliers de cabines... les navires de croisière sont de véritables villes flottantes ! Sous les moquettes et derrière les murs, des centaines de kilomètres de câbles et plus de trois mille capteurs quadrillent le navire, de la cale au pont supérieur. Ils transmettent diverses informations dont certaines essentielles à la sécurité : température, taux de gaz, niveau d’eau... La qualité de la transmission doit être sans faille. L’installation, le déploiement et la maintenance aussi ! C’est ce qui a motivé la société quimpéroise Marinelec, qui équipe les bateaux professionnels, à réfléchir à une autre voie : et si on remplaçait les câbles par de la transmission sans fil ? Ainsi est né le projet Saphir(1) labellisé par le pôle Mer et piloté par l’Institut d’électronique et de télécommunications de Rennes(2).

Du métal et des portes étanches

Mais quand on y regarde de plus près, un bateau n’est pas un immeuble comme les autres. Y installer des liaisons sans fil relève du défi. « Dans une communication sans fil, le signal peut être perturbé par des phénomènes de réflexion, d’atténuation par un obstacle, ou d’interférences par d’autres sources de transmission, détaille Ghaïs El Zein, porteur du projet à l’IETR(3). Or dans un bateau, toutes ces conditions de perturbations sont réunies ! Il y a du métal partout et les espaces sont la plupart du temps séparés par des portes étanches... » De plus, la liaison doit continuer à fonctionner en cas d’incendie ou de voie d’eau sans dépasser une certaine latence.

Les chercheurs ont donc commencé par équiper un bateau de taille moyenne (quatre étages), de la Compagnie Océane, avec un réseau de capteurs. Ensuite, ils ont mis en œuvre un sondeur de canal conçu et réalisé à l’IETR. Celui-ci est capable d’identifier tous les paramètres des chemins empruntés par les ondes : les amplitudes, les retards, ainsi que les angles de départ et d’arrivée. Pour faire cette analyse spatio-temporelle du canal, le sondeur s’appuie sur la technologie Mimo(4) (plusieurs antennes en émission et en réception), généralement utilisée pour avoir du haut débit. « Ce n’est pas le débit qui nous intéresse ici, reprend Ghaïs El Zein. Car le volume d’informations est relativement faible. Mais nous utilisons les qualités de la technologie Mimo pour caractériser finement le canal de propagation, et définir ensuite des règles d’ingénierie pour un bon déploiement des réseaux de capteurs sans fil à bord des bateaux. » Après plusieurs séries de mesures à quai et en mer sur un ferry de onze étages de la Brittany Ferries, les chercheurs ont identifié des points de passage fiables pour le signal : les cages d’escalier pour la communication entre étages et les joints de portes pour passer d’une pièce étanche à l’autre. Ils ont aussi déterminé les fréquences, le nombre et les emplacements les plus judicieux pour les modems radio liés aux différents capteurs. Ces choix ont été validés pendant une semaine avec succès, et les mesures suivies par la société Siradel (autre partenaire du projet) qui s’en est servie pour valider son outil de simulation pour de futures installations.

Le projet Saphir touche à sa fin. « Nous avons eu plaisir à travailler dans un milieu nouveau pour nous : celui de la mer, reprend Ghaïs El Zein. Et, depuis le début des publications, nous sommes sollicités régulièrement par d’autres domaines. » Les transmissions sans fil sécurisées pourraient en effet s’immiscer dans d’autres milieux confinés comme des avions, des usines, voire des centres de traitement de déchets radioactifs.

La physique des ondes

La plupart des ondes électromagnétiques(5) utilisées dans le domaine des télécommunications s’étalent sur le spectre des fréquences, de quelques dizaines de Hertz (Hz) à plusieurs centaines de Gigahertz (1 GHz = 1000 MHz). Plus la fréquence est élevée, plus le débit à transporter peut être grand, mais moins les ondes se propagent... Car elles sont absorbées ou diffusées par le milieu de propagation. En particulier, on peut noter l’absorption due à l’oxygène de l’air pour les fréquences situées autour de 60 GHz.

Parmi les ondes de hautes fréquences connues dans le domaine des télécommunications, on peut citer les ondes utilisées par les équipements Wi-Fi qui se répartissent sur les bandes autour de 2,4 et 5 GHz. Elles peuvent transporter 200 à 400 Mb/s sur quelques mètres et arrivent à traverser les murs. Encore plus hautes, les ondes 60 GHz, capables de répondre à des demandes de débit toujours plus gourmandes (lire p.10 à 12) sont en ce moment l’objet de toutes les attentions. Comme en physique, la fréquence est inversement proportionnelle à la longueur d’onde, on les appelle aussi les ondes millimétriques. Les chercheurs, notamment en Bretagne, les étudient depuis longtemps. Ils ont réussi à fabriquer des antennes suffisamment petites pour les capter et étudient aujourd’hui leurs effets sur le vivant (travaux menés à l’IETR(6), tandis que d’autres équipes s’intéressent à leurs applications (lire article ci-dessus).

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NATHALIE BLANC

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