Brevet FR2790156A1 — publié le 20000825

Procédé de transmission d'informations, notamment en parallèle, entre une pluralité d'objets émetteurs et/ou récepteurs La présente invention concerne un procédé de transmission d'informations, notamment en parallèle, entre une pluralité d'objets émetteurs et/ou récepteurs, ci-après dénommés objets, situés dans des aires géographiques distinctes réparties dans un espace déterminé. Il est connu des procédés pour transmettre en parallèle (c'est-à-dire pendant le même intervalle de temps) des informations à des objets fixes ou mobiles. A cet effet, on utilise des fréquences porteuses différentes pour les communications qui ont lieu simultanément. Il en résulte un encombrement spectral et des risques d'interférence entre les différentes communications. D'autres solutions consistent à coder les objets par des identifiants spécifiques et à transmettre aux adresses ainsi définies les communications qui sont destinées aux objets. De tels procédés sont relativement complexes à mettre en oeuvre et à gérer. La présente invention résout d'une autre manière le problème posé. Le procédé selon l'invention comprend l'étape d'allouer à chaque aire géographique un intervalle de temps spécifique pendant lequel lesdits objets, situés dans chaque aire géographique concernée, émettront ou recevront des informations. Ainsi, lesdits objets situés dans une même aire géographique n'interfèrent pas avec lesdits objets situés dans une autre aire géographique. De préférence, l'intervalle de temps spécifique alloué à deux aires géographiques distinctes est le même si les communications entre lesdits objets de l'une des aires géographiques n'interfèrent pas avec les communications entre lesdits objets de l'autre aire géographique. Ainsi, lesdits objets situés dans l'une des aires géographique pourront émettre ou recevoir des informations dans le même intervalle de temps que lesdits objets situés dans l'autre aire géographique. Avantageusement, les intervalles de temps sont répartis (alloués) de manière cyclique dans le temps. Ainsi, les objets peuvent communiquer périodiquement entre eux. Avantageusement, chacun desdits objets dispose d'une même référence de temps synchronisée par un signal provenant d'un référentiel de temps. Ainsi, il est possible de synchroniser lesdites aires géographiques par rapport audit référentiel de temps et les unes par rapport aux autres. nl est donc possible de discriminer avec précision les différentes aires géographiques. De préférence, la fréquence d'émission est la même pour tous lesdits objets de toutes les aires géographiques. Ainsi, l'encombrement spectral est réduit et il est possible de mettre en oeuvre, de manière techniquement simple et économique, le procédé de communication selon l'invention. Dans une variante de réalisation particulière, les objets d'une même aire géographique échangent des informations avec l'un d'entre eux, qualifié de station centrale, situé dans la même aire géographique. Ainsi, il est possible de centraliser vers un même lieu les informations échangées entre les objets, ou inversement de les diffuser à partir de la station centrale vers les objets. De préférence, dans le cas de cette variante de réalisation, les stations centrales retransmettent les informations vers un central général pour l'espace déterminé considéré. Réciproquement le central général peut transmettre des informations aux stations centrales. Ainsi, chacun desdits objets d'une desdites aires géographiques peut échanger des informations avec ledit central général et/ou avec chacun desdits objets d'une autre aire géographique. L'invention concerne également les dispositifs et le système qui permettent de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, notamment le système et les dispositifs qui seront ci-après décrits en se référant aux figures. L'invention concerne également l'application du procédé et du système à la transmission ou à la retransmission d'informations entre une station centrale et/ou des objets fixes tels que des horodateurs dans une rue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description de variantes de réalisation de l'invention, données à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et de: - la figure 1 présentant une vue schématique des aires géographiques (zones) (ZI, Z2 Z3, etc....) réparties dans l'espace détermniné considéré, - la figure la présentant une vue schématique d'une aire géographique, - la figure 2 présentant le graphique des allocations cycliques des intervalles de temps ITI, IT2, IT3, etc.....aux zones Zl, Z2, Z3, etc.... , - la figure 3 présentant une vue schématique des aires géographiques (zones) (ZI, Z2, Z3, etc....) réparties dans l'espace déterminé considéré, montrant les stations centrales et le central général, - la figure 3a présentant une vue schématique d'une zone (Z) comportant une station centrale (SC) et des objets (ai), - la figure 4 présentant sous la forme de blocs diagrammes l'architecture électronique d'un objet selon l'invention, - la figure 5 présentant sous la forme de blocs diagrammes l'architecture électronique d'une station centrale selon l'invention, - la figure 6 présentant sous la forme de blocs diagrammes l'architecture électronique d'un central général selon l'invention. Les procédés et les systèmes qui vont être ci-après décrits en se référant aux figures 1 à 6 peuvent être également qualifiés de procédé et système de communication multi-objets, mono-firéquence selon un codage basé sur le pavage de l'espace par allocation d'intervalles de temps. Introduction. Le procédé de découpage ou de pavage de l'espace 1 par des intervalles de temps consiste à affecter à des zones (ou aires) géographiques disjointes ZI, Z2, Z3, des périodes temporelles IT1, II2, I13 pendant lesquelles ces zones auront une "existence ", c'est-à-dire pendant lesquelles les divers processus internes à une zone donnée seront "autorisés", quels que soient ces processus (des communications entre objets de la zone par exemple). Il est ainsi possible d'assigner à des zones géographiques distinctes des intervalles différents ou identiques, suivant le besoin. L'espace 1 (figure 1)est découpé en cellules la, lb, lc,...,2a, 2b, 2c,..., 3a, 3b, 3c,.., dans lesquelles sont situées des objets (lai). Certaines de ces cellules sont regroupées en zone (Z) par l'affectation d'un même intervalle de temps. Ainsi par exemple, le même intervalle de temps IT (ce dernier étant caractérisé par un instant "absolu" de départ di et une durée ITi0 a été alloué aux cellules a, b, c, d, e, f g représentées sur la figure la. Les cellules a, b, c, d, e, 1 g appartiennent à une même zone Z. Les objets émetteurs et/ou récepteurs ai et bi des cellules a et b échangent des informations entre eux pendant le même intervalle de temps IT (di, ITi). On verra ci-après comment on peut mettre en oeuvre les techniques usuelles pour éviter que les communications entres les ai et/ou les bi n'interferent. Si on se reporte de nouveau à la figure I et à la figure 2 on constate que: - les cellules la, lb, lc, etc... ont reçu l'allocation de temps IT2 (d2, dq; IT2), elles constituent la zone ZI, - les cellules 2a, 2b, 2c, etc.... ont reçu les allocations de temps IT1 (dl, dp; IT2), 1T3 (d3, dr; IT3), elles constituent la zone Z2, - les cellules 3a, 3b, 3c, etc.... ont reçu l'allocation de temps IT2 (d2, dq; IT2), elles constituent la zone Z3. On regroupe les cellules dans les zones et on réalise les allocations d'intervalles de temps pour chaque zone de telle sorte qu'il n'y ait pas d'interférences entre deux objets quelconques ai, bi situés dans deux zones distinctes. Les divers processus internes (de communication par exemple) dans les différentes zones de ce regroupement sont alors potentiellement réalisables de façon simultanée, entraînant par là même une économie de temps et de fréquences qui peut être substantielle. L Description détaillée du pavage de l'espace par des Intervalles de temps. La mise en oeuvre pratique d'un pavage de l'espace selon le principe décrit en introduction est fondé sur deux considérations fondamentales: une répétition à diverses dates (d) des intervalles de temps (I) alloués aux zones (Z) et la nécessité d'un référentiel de temps commun distribué. Afin de faire "réapparaître" les zones à diverses dates, il est important de considérer que les assignations temporelles sont cycliques comme le montre la figure 2. Les intervalles de temps utilisés sont en fait "datés", c'est-à- dire qu'ils se caractérisent par une date de début et une durée. Le second point mentionné dans le précédent paragraphe concerne la disponibilité d'un temps distribué: il est en effet primordial que tous les intervenants dans l'espace considéré possèdent le même référentiel de temps. En fonction de l'application considérée, les contraintes en termes de précision nécessaire et de marge acceptable (tout cela étant relatif au temps) entraînent des solutions techniques diverses à la portée de l'homme de métier. Il est ainsi possible de réaliser des échanges de communications en parallèle à l'aide d'une unique fréquence sur l'espace considéré, par simple allocation d'intervalles de temps disjoints aux différentes zones. Les figures 1 et 2 illustrent une telle possibilité dans le cas d'un espace découpé en trois zones. II. Procédé de communication utilisant le pavage temporel de l'espace. On va maintenant décrire (en se référant aux figures 3 et 3a) comment on peut utiliser le procédé de pavage temporel de l'espace qui vient d'être décrit pour réaliser un système de transmission de données en provenance d'émetteurs/récepteurs fixes (ai) vers un central général de gestion (CG) de ces données. L'espace est décomposé, selon le procédé de pavage temporel, en cellules regroupées en zone (ou aires géographiques). On reconnaît l'espace décrit en se référant aux figures 1 et 2. Chaque zone (Z) comportant une station centrale relais (SC) et un ensemble d'objets émetteurs/récepteurs (ai) (voir figure 3a). Dans une première phase, les objets (ai) et la station centrale (SC) d'une méme zone (Z) communiquent en mettant en oeuvre un procédé conventionnel tel que le multiplexage en fréquence qui impose des émetteurs récepteurs multcanaux. On peut aussi mettre en oeuvre un procédé de discrimination des objets par allocation d'intervalles de temps distincts à chaque objet tel que celui décrit par les inventeurs dans la demande (FR 98 11523 du 11 septembre 1998) ou bien un procédé de codage des objets par des identifiants. De tels procédés évitent toute interférence et permettent d'utiliser une fréquence unique. Dans la suite de la description on se place de préférence dans le cas o la fréquence est unique. Deux cas sont alors possibles, comme exposés ci-après. À Soit aucun des objets d'une zone quelconque n'est en mesure de provoquer de gêne (interférence) pour aucun autre objet d'aucune autre zone de l'espace considéré. Dans ce cas, le parallélisme peut être maximal et le même intervalle de temps peut être assigné à toutes les zones. Le nombre de transmissions vers les stations centrales, par unité de temps, est multiplié par le nombre de zones. * Soit il existe des risques de gêne et alors des intervalles de temps différents doivent être assignés aux diverses zones concernées. L'approche de base consiste à réutiliser les intervalles de temps déjà alloués lorsqu'il n'existe aucune interférence. il est préférable de procéder à ce découpage de l'espace en mettant en oeuvre une procédure de minimnalisation du nombre total d'intervalles de temps alloués. Le nombre de transmissions vers les stations centrales, par unité de temps, est multiplié par le nombre de zones et divisé par le nombre d'intervalles de temps alloués. Dans une deuxième phase, les stations centrales relais (SC) retransmettent les informations vers le central général de gestion (CG). A cette fin, on peut utiliser un procédé de même nature (pavage temporel de l'espace), seules les variables "dimensionnelles" changent. On peut aussi utiliser tout autre système permettant d'exécuter cette tâche: réseau téléphonique filaire, GSM, réseau privé... On peut aussi mettre en oeuvre un procédé par allocation d'intervalles de temps distincts à chaque station centrale tel que celui décrit par les inventeurs dans la demande (FR 98 11523 du 1Il septembre 1998). Un tel procédé évite toute interférence et permet d'utiliser une fréquence unique. Le temps global de transmission des données est réduit de façon très significative. Les objets, les stations centrales et le central général de gestion sont simples a réaliser comme le montrent les figures 4, 5, 6 que l'on va maintenant décrire. L'objet 40 transmet à la station centrale 50 et reçoit de la station centrale 50 de la zone o il est situé, via l'antenne courte portée 43, des données par l'intermédiaire de l'émetteur courte portée 41 et du récepteur courte portée 42. Il est également susceptible de recevoir, par l'intermédiaire du récepteur de synchronisation 44, des signaux horaires captés par l'antenne 45. Ces divers processus sont contrôlés par l'unité de gestion/traitement 46. Une alimentation électrique 47 fournit l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement de l'objet 40. La station centrale 50 transmet aux objets 40 et reçoit des objets 40 de la zone ou elle est située, via l'antenne courte portée 51, des données par l'intermédiaire de l'émetteur courte portée 52 et du récepteur courte portée 53. La station centrale 50 transmet au central général de gestion distant et reçoit du central de gestion général 60 distant, via l'antenne longue portée 54, des données par l'intermédiaire de l'émetteur longue portée 56 et du récepteur longue portée 55. La station centrale 50 est susceptible de recevoir, par l'intermrédiaire du récepteur de synchronisation 57 et de l'antenne 58, des signaux horaires. Ces divers processus sont contrôlés par l'unité de gestion/traitement 59. Une alimentation électrique 49 fournit l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement de la station centrale 50. Le central général de gestion 60 transmet aux stations centrales 50 distantes et reçoit des stations centrales 50 distantes, via l'antenne longue portée 61, des données par l'intermédiaire de l'émetteur longue portée 62 et du récepteur longue portée 63. Ces divers processus sont contrôlés par l'unité de gestion/traitement 64. Une alimentation électrique 65 fournit l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement du central de gestion 60. Un tel système permet des gains en sécurité (contrainte temporelle plus large) et un moindre coût unitaire (puissance des émetteurs moindre due à une proximité accrue à l'intérieur d'une zone). Un tel système comporte donc deux types d'émetteurs/récepteurs: * un nombre important d'émetteurs/récepteurs de faible puissance (les objets (ai) situés dans les zones (Z)), * un faible nombre d'émetteurs/récepteurs de forte puissance (les stations centrales relais (SC)). Le choix du nombre d'objets (ai) dans une zone est important à plus d'un titre: tout d'abord, plus ce nombre est élevé, moins il est nécessaire d'utiliser un grand nombre d'émetteurs de forte puissance (stations centrales relais) (SC), ce qui constitue un avantage économique. Mais en revanche, le temps de transmission vers les stations centrales est plus important. Le compromis à trouver peut, dans de très nombreuses applications, être arbitré par l'utilisation d'émetteurs sans licence ( diminution des tailles des zones. Ii. Mise en oeuvre du procédé. Cette démarche permet de relâcher les contraintes temporelles par rapport à une application stricte du procédé d'identification des objets par des intervalles de temps (procédé décrit par les inventeurs dans la demande FR 98 11523 du 11 septembre 1998). Les contraintes en matière d'auto- synchronisation (principalement la précision) sont simplifiées. Différentes références de temps existent un peu partout dans le monde (horloge parlante en France, synchronisation sur certaines radios nationales, ondes radio de l'horloge atomique de l'Institut Physicotechnique de Brunswick en Allemagne, Radio Moscou,...). Il y a également, avec une couverture mondiale, les systèmes de radionavigation par satellites GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System) et GPS (Global Positioning System). Pour des applications nécessitant une précision plus grande ou pour un nombre d'objets ou de cellules à coder important, il est possible d'utiliser les impulsions provenant des références de temps ci-dessus décrites comme signaux de synchronisation afin de recaler une horloge interne aux émetteurs/récepteurs. Au contraire, dans d'autres applications, les besoins en précision et en dérive sont beaucoup moins contraignants. Une simple horloge locale est tout à fait suffisante. IV. Applications potentielles du procédé. La transmission de données d'objets fixes vers des stations de traitements est une des applications de ce procédé de pavage temporel de l'espace. Typiquement, c'est le cas des horodateurs. Chaque zone est constituée de cinq à dix horodateurs (objets émetteurs/récepteurs) dont l'un joue le rôle de station centrale de la zone. Un maillage optimal est possible avec trois O10 intervalles de temps différents (alloués aux zones). En pratique, dans tous les cas, un maximum de sept intervalles permet de traiter une topologie quelconque. I est également possible d'utiliser le procédé pour de très nombreux objets fixes qui ont un besoin de communiquer. Il est ainsi possible de gérer des retransmissions d'alarmes à l'intérieur d'un musée, les différentes pièces de ce dernier étant les zones du dispositif, et les objets d'art étant des émetteurs/récepteurs transmettant un état d'alarme de l'objet. 1l Revendications 1. Procédé de transmission d'informations entre une pluralité d'objets émetteurs/récepteurs (ai, bi), ci-après dénommés lesdits objets, situés dans des aires géographiques (Z1, Z2, Z3) distinctes réparties dans un espace déterminé (1), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'étape - d'allouer à chaque aire géographique (Z1, Z2, Z3) un intervalle de temps spécifique (IT1, IT2, IT3) pendant lequel lesdits objets (ai, bi), situés dans chaque aire géographique concernée, émettront ou recevront des informations, de sorte que lesdits objets situés dans une même aire géographique n'interfèrent pas avec lesdits objets situés dans une autre aire géographique. 2. Procédé selon la revendication 1 tel que: - l'intervalle de temps spécifique (ITI, IT2, IT3) alloué à deux aires géographiques distinctes est le même si les communications entre lesdits objets de l'une des aires géographiques (Z1) n'interfèrent pas avec les communications entre lesdits objets de l'autre aire géographique (Z3), de sorte que lesdits objets situés dans l'une des aires géographiques pourront émettre ou recevoir des informations dans le même intervalle de temps que lesdits objets situés dans l'autre aire géographique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 tel que: - les intervalles de temps (dl, IT1; dp, IT1) sont répartis de manière cyclique dans le temps. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 tel que: - chacun desdits objets dispose d'une même référence de temps synchronisée par un signal provenant d'un référentiel de temps de sorte qu'il est possible de synchroniser lesdites aires géographiques par rapport audit référentiel de temps et les unes par rapport aux autres. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 tel que: - la fréquence d'émission est la même pour tous lesdits objets de toutes les aires géographiques, de sorte que l'encombrement spectral est réduit. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 tel que: - lesdits objets (ai) d'une même aire géographique (Z) échangent des informations avec l'un d'entre eux, qualifié de station centrale (SC), situé dans la même aire géographique. 7. Procédé selon la revendication 6 tel que: - les stations centrales (SC) retransmettent les informations vers un central général (CG) pour l'espace déterminé (1) considéré et réciproquement, de sorte que chacun desdits objets d'une desdites aires géographiques peut échanger des informations avec ledit central général et/ou avec chacun desdits objets d'une autre aire géographique.