Brevet FR2671894A1 — publié le 19920724

SYSTEME DE COMMUNICATION ENTRE UNE BORNE ET DES MOBILES L'invention concerne les échanges de données entre une station fixe et des véhicules ou mobiles arrivant à proximité de cette station. L'application typique à laquelle on se référera dans la suite pour faciliter les explications est celle d'une station de péage sur une autoroute, dans laquelle on souhaite installer des moyens pour que des véhicules puissent acquitter la taxe due sans pourtant être obligés de s'arrêter; cela permettrait d'éviter la perte de temps qui résulte de l'arrêt, et les bouchons qui résultent de la lenteur d'une perception manuelle de la taxe On utilisera donc des moyens d'émission- réception sans contact (moyens électromagnétiques au sens large), et se pose alors le problème de la communication entre la station et les différents véhicules qui se présentent. D'autres applications sont envisageables, dans laquelle l'invention pourrait utilement être appliquée. Par exemple, on peut l'envisager dans un système de paiement pour transports en commun; on peut l'envisager dans une société utilisant un grand nombre de véhicules dont les entrées et sorties doivent être répertoriées; on peut l'envisager dans un système de contrôle de gendarmerie, etc. D'une manière générale, le problème que vise à résoudre l'invention est l'amélioration des possibilités d'échanges personnalisés entre une station et des mobiles, dans un contexte o plusieurs mobiles risquent de se présenter simultanément, ces mobiles n'étant pas identifiés à l'avance Par l'adjectif "personnalisés", on entend le fait que la communication entre la station et chaque mobile est individuelle, c'est-à-dire que des messages peuvent être envoyés à destination d'un mobile unique si on le désire et non à destination de tous ceux qui sont présents. La "station" est considérée comme fixe par rapport aux "mobiles" qui se présentent devant elle; il s'agit toutefois d'une fixité relative: la station pourrait elle-même être mobile, par exemple dans une application de contrôle de gendarmerie. Dans l'exemple du péage sur autoroute, la station fixe peut voir défiler un grand nombre de véhicules, y compris éventuellement plusieurs à la fois pendant le temps que dure l'échange de données entre la station et les véhicules Cet échange de données peut consister en une identification du véhicule (celui-ci envoie un signal d'identification), en une transaction (acquittement d'une taxe), et un message de "transaction effectuée", renvoyé au véhicule préalablement identifié. On comprendra aisément les difficultés que cela peut poser si plusieurs véhicules tentent simultanément de communiquer avec la station. Pour améliorer les possibilités d'échanges de données personnalisées entre une station ou "borne" et des mobiles susceptibles de se présenter à proximité de la borne, on prévoit selon l'invention un système utilisant un protocole d'échanges qui commence par un signal d'initialisation commun aux différents mobiles qui se présentent et qui continue par l'émission d'un signal d'identification par chaque mobile, cette émission étant effectuée au bout d'une durée liée à la valeur d'un caractère (ou plus généralement d'une partie) d'un code spécifique intrinsèque associé au mobile (durée mesurée à partir du signal d'initialisation), de telle manière qu'à des caractères différents correspondent des instants d'émission différents Pour exprimer cette idée à l'aide d'un exemple concret, à chaque mobile peut être associé un numéro de référence, et le caractère qui définit l'instant d'émission peut être le premier chiffre du numéro; un mobile ayant le chiffre 1 pour premier chiffre émettra au bout d'un temps T; un véhicule ayant 2 pour premier chiffre émettra au bout de T + t; les autres au bout de T + 2 t, T + 3 t, etc, selon le premier chiffre de leur numéro de référence. Comme on le verra plus loin, le mobile émet alors de préférence comme signal d'identification le caractère spécifique qui a servi à la définition de l'instant d'émission (par exemple le début du code spécifique intrinsèque); et de préférence il émet ensuite un mot ayant des caractéristiques imposées reconnaissables par la borne, telles que la borne puisse immédiatement détecter si plusieurs mobiles émettent simultanément (car il est possible que se présentent simultanément deux mobiles ayant le même caractère spécifique). Par conséquent, selon un aspect de l'invention, on propose un système de communication comprenant: un "transpondeur" associé à chaque mobile susceptible de se présenter, un code spécifique d'au moins un caractère étant associé à chaque transpondeur, les caractères étant choisis dans un ensemble ordonné (caractères numériques, ou alphabétiques ou alphanumériques par exemple) dans lequel on attribue des valeurs ordonnées à ces caractères ou à des groupes de ces caractères; un organe de contrôle situé dans la borne et communiquant par voie électromagnétique avec les transpondeurs; le système ayant les particularités suivantes un transpondeur est apte à émettre un signal d'identification seulement à partir de la réception d'un signal d'initialisation transmis par la borne; le transpondeur émet le début de son code spécifique au bout d'un temps lié d'une manière univoque à la valeur de ce début, de manière que deux transpondeurs ayant un début de code différent émettent à des moments différents. Par ce moyen on obtient que les différents codes spécifiques n'arrivent pas simultanément à la borne même si plusieurs mobiles se présentent en même temps dans le champ d'action de la borne. La borne peut donc enregistrer les différentes émissions en provenance des transpondeurs et détecter la présence de plusieurs transpondeurs dans son rayon d'action Il s'instaure alors un dialogue entre la borne et chacun des transpondeurs: chaque transpondeur, interrogé par la borne en étant désigné par le début de code reçu par celle-ci, peut par exemple: recevoir un code personnel destiné à servir pendant la durée de l'échange de données, émettre des données qui le concernent (code d'identification du transpondeur, numéro d'immatriculation du véhicule qui le porte, numéro de compte monétaire du propriétaire, etc), recevoir d'autres données, recevoir de la borne un signal de fin d'échanges, etc. Le début de code émis par un transpondeur en réponse au signal d'initialisation envoyé par la borne peut être constitué par le premier caractère d'un code spécifique à plusieurs caractères Si par exemple il s'agit d'un caractère numérique décimal (chiffre entre O et 9), il y a cependant une probabilité non négligeable (dépendant du nombre de véhicules qui peuvent se présenter simultanément dans le champ d'action de la borne) pour que deux véhicules ayant le même premier caractère de code se présentent simultanément et émettent donc simultanément; dans ce cas, une confusion pourra se produire au niveau de la borne qui croira dialoguer avec un transpondeur alors qu'il y en a deux. La probabilité diminue si on utilise un caractère alphabétique ou alphanumérique, ou si l'on utilise les deux premiers caractères du code comme début de code, ou même un plus grand nombre de caractères. Toutefois, il est difficile d'envisager d'utiliser plus de deux caractères, et encore à condition que ces caractères soient choisis dans une suite ordonnée comprenant peu de caractères En effet, la séquence d'interrogation s'allongerait beaucoup trop en supposant par exemple que chaque transpondeur n'émet qu'au bout d'une durée proportionnelle au rang d'un caractère alphabétique parmi 26 possibles, il faut prévoir que la séquence d'interrogation commence par 26 temps d'attente de réception d'un des 26 caractères possibles Et si on utilise les deux premiers caractères du code pour faire chuter la probabilité que deux véhicules ayant le même début de code se présentent simultanément, la séquence d'interrogation devra commencer par 26 x 26 temps d'attente, ce qui devient prohibitif sans même parvenir à ramener la probabilité de confusion à une valeur suffisamment faible. C'est pourquoi un perfectionnement supplémentaire est proposé ici: en réponse au signal d'initialisation émis par la borne, chaque transpondeur émet un signal (en principe le début de son code) au bout d'un temps lié de manière univoque au début de son code spécifique, suivi d'un mot qui est une suite de bits, cette suite n'étant pas tout-à- fait quelconque mais étant d'un type reconnaissable et telle que la superposition de deux suites de ce type donne une suite d'un type différent. La suite est de préférence une suite ayant des caractéristiques partiellement aléatoires. Pour clarifier cette définition abstraite, un exemple très simple peut être donné: la suite aléatoire est par exemple une suite de N "zéros logiques" et n "uns logiques", mélangés dans un ordre aléatoire Il y a toujours N zéros et N uns mais leur ordre est aléatoire. Si deux transpondeurs émettent simultanément des suites de ce type, la borne recevra une suite de zéros et de uns qui sera en quelque sorte une fonction OU logique ou ET logique combinant les deux suites émises en superposition, et qui ne comprendra certainement pas autant de zéros que de uns La suite reçue sera d'un "type" différent des types des suites émises Il sera très facile pour la borne de détecter que plusieurs transpondeurs ont envoyé simultanément une suite aléatoire dont les caractéristiques sont imposées. Par suite aléatoire, on comprendra bien entendu aussi des suites pseudo aléatoires, des suites ressemblant à des suites aléatoires, etc. Bien que l'émission d'une suite aléatoire soit la solution préférée de l'invention, on peut aussi prévoir que la suite est constituée par des mots binaires non aléatoires et représentant un ou plusieurs caractères (pris par exemple dans un code d'identification du transpondeur) mais seulement à condition que la superposition d'émissions par plusieurs transpondeurs produise au niveau de la borne une suite de caractères qui ne peuvent pas être les caractères de transpondeurs individuels Par exemple, les caractères des transpondeurs sont des chiffres décimaux codés en binaire, avec un codage tel que la superposition d'émission de deux ou plusieurs chiffres, quels qu'ils soient, donne une suite binaire qui ne puisse pas être interprétée comme un chiffre Il est alors facile de savoir si un seul transpondeur a envoyé un chiffre ou si au contraire plusieurs transpondeurs ont émis simultanément Il est facile de trouver de tels codes: par exemple un chiffre de O à 9 peut être codé par dix bits successifs qui sont tous à zéro sauf un seul, la position du bit non nul représentant le chiffre Toute superposition de chiffres différents donne un code qui ne représente pas un chiffre puisqu'il a plusieurs bits à 1. Si une émission simultanée par plusieurs transpondeurs se produit ainsi du fait que le début de code spécifique des deux transpondeurs est identique, la borne demande alors aux transpondeurs d'émettre la suite de ce code; là encore, cette émission est effectuée au bout d'un temps lié de manière univoque à la valeur de cette suite La probabilité pour que la suite du code soit identique pour deux transpondeurs qui avaient déjà leurs débuts identiques chute alors considérablement Si cependant on risquait d'avoir une identité, on procéderait à nouveau comme précédemment, avec l'émission d'une suite binaire (aléatoire ou non) qui permette de détecter l'émission simultanée par deux ou plusieurs transpondeurs. Par le mot "transpondeur", on entend un émetteur récepteur; mais il est ici qualifié de transpondeur (transmetteur répondeur) car son rôle principal est de transmettre des informations surtout en réponse aux ordres de la borne. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente symboliquement la borne près de laquelle se présentent des mobiles; la figure 2 représente symboliquement le système de communication entre la borne et un mobile; la figure 3 illustre le protocole de signaux permettant d'identifier les mobiles avant un échange de données personnalisé. Le mode de réalisation préférentiel décrit ci après est expliqué en référence à une application de type péage autoroutier. Une borne de péage B est pourvue de moyens de communication électromagnétiques ayant un champ d'action limité dans l'espace, par exemple à quelques dizaines de mètres autour d'elle Des véhicules peuvent passer dans ce champ et dialoguer avec la borne pendant ce passage. Le déroulement de ce dialogue doit être très rapide à titre d'exemple, si les véhicules roulent à 100 km/h ils restent 1 seconde dans un champ de 30 mètres. Sur la figure sont représentés quatre véhicules Vi, V 2, V 3, V 4 présents simultanément dans le champ de la borne. Sur chaque véhicule est monté un transpondeur capable de communiquer avec la borne. On fait les hypothèses suivantes la borne émet des informations pouvant être captées par tous les transpondeurs situés dans son rayon d'action; la borne est sensible à tous les signaux provenant de transpondeurs situés dans son rayon d'action; la borne et l'ensemble des transpondeurs émettent sur le même canal de transmission (même fréquence porteuse); la borne doit effectuer dans des délais impartis (courts) l'ensemble des transactions avec tous les transpondeurs présents; la borne ne peut pas en même temps émettre et recevoir (en principe); les transpondeurs dialoguent avec la borne mais pas entre eux; La borne jouera le rôle de maître du système et se chargera d'allouer aux transpondeurs identifiés les intervalles de temps pendant lesquels ils pourront émettre Elle connaîtra par conséquent l'historique des échanges avec chaque transpondeur depuis l'établissement de la liaison. Les transpondeurs joueront le rôle d'esclaves, et ne pourront émettre ou agir que sur ordre de la borne. A chaque transpondeur est associé un code spécifique intrinsèque composé d'une combinaison de caractères prédéfinis choisis dans une suite ordonnée. Par exemple, la suite est une suite de chiffres décimaux, ou de caractères alphabétiques, ou de caractères alphanumériques. Pour fixer les idées, le code spécifique intrinsèque du transpondeur est le numéro d'immatriculation du véhicule, ou encore le numéro de série de fabrication du transpondeur, ou d'une carte à puce qui est insérée dans le transpondeur, ou pourquoi pas directement un numéro de compte en banque, etc. Un transpondeur n'émet pas spontanément; il n'émet qu'à partir d'un signal d'initialisation qui sera envoyé en principe périodiquement par la borne. Lorsque le transpondeur reçoit un tel signal, cela veut dire qu'il est dans le champ d'action de la borne. Il attend alors un temps proportionnel au premier caractère de son code spécifique intrinsèque. Il émet alors ce premier caractère (il pourrait émettre un autre type de signal d'identification qui lui est propre, mais dans cet exemple préférentiel il émet ce premier caractère) Et il le fait suivre d'un signal représentant un mot ayant des caractéristiques de type déterminé, mais qui est a priori différent d'un véhicule à un autre, et qui est tel que la borne puisse déterminer sans difficulté si un mot unique est émis ou si deux mots différents ont été émis simultanément par deux transpondeurs. Dans l'exemple préférentiel décrit, ce mot est un mot de type aléatoire, c'est-à-dire qu'il n'est pas prédéterminé à l'avance, de sorte qu'il est extrêmement peu probable que deux véhicules présents simultanément et émettant simultanément le même premier caractère émettent aussi le même mot aléatoire. Pour qu'il n'y ait pas de difficultés à distinguer si deux transpondeurs émettent simultanément, on peut procéder comme suit: la suite aléatoire est une suite de N bits 1 et N bits zéros, aléatoirement ordonnés dans le temps Si deux suites sont émises simultanément, la borne recevra une suite n'ayant pas le même nombre de 1 et de O et il sera très facile de la distinguer d'une suite due à une émission unique par un seul transpondeur et qui a le même nombre de 1 et de 0. S'il y a émission par un seul transpondeur, le dialogue pourra être établi ultérieurement avec ce transpondeur en utilisant comme signal d'identification le premier caractère qu'il a émis. Mais s'il y a deux ou plusieurs transpondeurs qui il ont émis simultanément le même premier caractère, une étape d'interrogation complémentaire aura lieu; elle consistera à faire émettre par les transpondeurs le deuxième caractère de leur code spécifique. Cette étape ne se déroule cependant qu'après la fin de la durée d'attente nécessaire pour attendre que tous les transpondeurs éventuellement présents aient émis leur premier caractère. Pour fixer les idées on peut supposer à titre d'exemple que les véhicules Vl à V 4 ont les codes spécifiques numériques suivants: VI: 1260 V 2: 3542 V 3: 5214 V 4 5379 Et on suppose que les temps d'attente pour émettre un caractère du code après le signal d'initialisation sont T + Nt, o N représente le caractère à émettre (entre O et 9). Le protocole est le suivant Etape O: temps 0; la borne émet le signal d'initialisation INIT, qui est reçu par tous les transpondeurs à l'intérieur du rayon d'action; Etape 1: temps T à T + 9 t; la borne est à l'écoute des émissions en provenance des transpondeurs; il y en a ici quatre, qui vont émettre aux temps T + t, T + 3 t, et T + St respectivement puisque leurs premiers caractères sont 1, 3 et 5 respectivement. V 3 et V 4 émettent tous les deux au temps T + 5 t; Etape la: Vl émet son premier caractère ( 1), suivi d'un code aléatoire à N bits de type reconnaissable; la borne reconnaît le caractère et la conformité du code aléatoire avec le type imposé. Etape lb: aucun transpondeur n'émet; Etape lc: V 2 émet son premier caractère ( 3) et un code aléatoire, qui sont reconnus et vérifiés par la borne; Etape ld: aucun transpondeur n'émet; Etape le: V 3 et V 4 émettent simultanément leur caractère ( 5); la borne le reçoit et le reconnaît; ils émettent aussi chacun un code aléatoire, mais la superposition de ces codes fait que la borne ne le reconnaît pas comme conforme au type imposé; un conflit est détecté et sera géré ultérieurement; Etapes 1 f: la borne reste en attente de messages d'autres transpondeurs, pendant une durée suffisante compte tenu de la règle adoptée pour l'émission du premier caractère du code; ici pas d'autre message reçu; Etape 2 le cycle d'écoute est terminé; la borne va attribuer à chaque transpondeur identifié un code provisoire, valable pendant la durée du dialogue et annulé après; ce code servira à personnaliser le dialogue entre la borne et chaque transpondeur; Etape 2 a: la borne s'adresse au transpondeur ayant envoyé le caractère ( 1), c'est-à-dire celui du véhicule Vî, et lui attribue un code provisoire Cl; pour s'adresser à ce transpondeur, la borne utilisera tout simplement le premier caractère ( 1); Etape 2 b: la borne s'adresse au véhicule V 2 (en envoyant le caractère d'identification 3) et lui attribue un code C 2; Etape 3 la borne s'adresse à tous les véhicules ayant envoyé le caractère 5, et leur demande d'émettre le second caractère de leur code spécifique intrinsèque, et de ne l'émettre qu'au bout d'un temps lié d'une manière univoque à la valeur de ce second caractère: un signal REINIT est émis à cet effet à leur intention pour définir l'origine des temps; Etape 4: les transpondeurs des véhicules V 3 et V 4 ainsi adressés émettent le second caractère de leur code spécifique au bout d'un temps T + Nt si N est la valeur du caractère (de O à 9); Etape 4 a: aucun transpondeur ne répond Etape 4 b: le véhicule V 3 qui a ( 2) pour second caractère répond en envoyant ce caractère, suivi d'un mot aléatoire; Etape 4 c: le véhicule V 4 répond en envoyant le caractère ( 3) qui est le second caractère de son code; puis un mot aléatoire. Etape 4 d: la borne attend jusqu'à la fin (T + 9 t) mais aucun autre transpondeur ne répond. Etape 5 ayant identifié les deux transpondeurs qui avaient émis en conflit, la borne leur alloue à chacun un code provisoire pour la durée de la transaction; Etape 5 a: la borne s'adresse au véhicule V 3 en émettant la suite de caractères 52 (ou simplement le deuxième caractère 2) qui représente le début de son code spécifique, et lui alloue un code provisoire C 3; Etape 5 b: la borne s'adresse à V 4 en émettant la suite 53 (ou simplement 3) qui représente le début de son code spécifique intrinsèque, et lui attribue un code provisoire C 4. Etapes suivantes le dialogue peut être engagé sélectivement avec chaque transpondeur en utilisant le code provisoire attribué; ce dialogue peut d'ailleurs commencer avec chaque transpondeur dans des intervalles de temps libres dès que ce transpondeur a reçu un code provisoire C'est la borne qui gère complètement l'attribution des temps d'émission de chaque transpondeur. On comprendra qu'il est particulièrement intéressant que le caractère de code émis par chaque transpondeur soit celui qui sert au calcul de la durée d'attente avant émission De cette manière, la borne peut vérifier qu'il y a bien coïncidence entre le caractère reçu et la durée au bout duquel il est reçu. Mais on pourrait aussi envisager d'associer au transpondeur deux codes spécifiques intrinsèques un premier code dont les caractères servent à calculer à quel moment le transpondeur doit répondre, et un deuxième code qui est un code d'identification envoyé à la borne au bout du temps calculé. La figure 3 rappelle le chronogramme temporel des émissions et réceptions conformes à ce qui a été indiqué ci-dessus L'échange peut avoir lieu avec tout mobile ayant reçu un code attribué par la borne (exemple échanges personnalisés avec V(Cl) et V(C 2) après l'étape 2). REVENDICATIONS 1 Système de communication personnalisée entre une borne (B) et des mobiles (Vl à V 4) susceptibles de se présenter à proximité de cette borne, caractérisé en ce qu'il utilise un protocole d'échanges qui commence par un signal d'initialisation commun aux différents mobiles qui se présentent et qui continue par l'émission d'un signal d'identification par chaque mobile, cette émission étant effectuée au bout d'une durée liée à la valeur d'une partie d'un code spécifique intrinsèque associé au mobile, cette durée étant mesurée à partir du signal d'initialisation 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal d'identification envoyé par chaque mobile est le début du code spécifique, de préférence le premier caractère de ce code, et en ce que la partie du code spécifique qui sert à déterminer l'instant d'émission du signal d'identification est ce même début de code. 3 Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la borne est apte à détecter l'émission simultanée par deux mobiles différents d'un même début de code, et en ce qu'elle comporte des moyens pour demander aux mobiles identifiés par ce même début de code d'émettre la suite de leur code spécifique (de préférence le deuxième caractère du code) au bout d'un temps déterminé, mesuré à partir d'un nouveau signal d'initialisation et lié de manière univoque à la valeur de cette suite du code. 4 Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que, en réponse à un signal d'initialisation, chaque mobile émet d'abord son signal d'identification suivi d'un mot qui lui est propre et qui est d'un type reconnaissable, tel que la superposition de deux mots de ce type donne un mot d'un type différent pouvant être reconnu par la borne comme n'étant pas issu d'une émission par un unique mobile. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mot émis à la suite du signal d'identification est une suite binaire aléatoire présentant des caractéristiques telles que la réception simultanée par la borne de deux suites différentes émises en même temps par deux mobiles différents soit aisément détectable par la borne. 6 Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la borne attribue à chaque mobile identifié un code provisoire pour la durée d'un échange de données effectué entre la borne et le mobile pendant que le mobile se trouve dans un rayon d'action de la borne, ce code provisoire étant annulé à la fin de l'échange. 7 Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend: un transpondeur associé à chaque mobile susceptible de se présenter, un code spécifique d'au moins un caractère étant associé à chaque transpondeur, les caractères étant choisis dans un ensemble ordonné dans lequel on attribue des valeurs ordonnées à ces caractères ou à des groupes de ces caractères; un organe de contrôle situé dans la borne et communiquant par voie électromagnétique avec les transpondeurs; le système ayant les particularités suivantes un transpondeur est apte à émettre un signal d'identification seulement à partir de la réception d'un signal d'initialisation transmis par la borne; le transpondeur émet au moins le début de son code spécifique au bout d'un temps lié d'une manière univoque à la valeur de ce début de code, de manière que deux transpondeurs ayant un début de code différent émettent à des moments différents. 8 Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque transpondeur peut être interrogé par la borne en étant désigné par le début de code reçu par celle-ci, et peut: recevoir un code personnel provisoire destiné à servir pendant la durée de l'échange de données, émettre des données qui le-concernent, recevoir d'autres données, recevoir de la borne un signal de fin d' échanges.