Brevet FR2812149A1 — publié le 20020125

MODULE DE COMMUNICATION ENTRE UN RESEAU LOCAL DE TRANSMISSION DE DONNEES PAR RADIO ET UN RESEAU RADIO HAUT DEBIT. L'invention concerne un module de communication, destiné à établir des communications entre un réseau local de transmission de données par radio et un réseau radio haut débit. Plus spécifiquement, l'invention est destinée à assurer l'interfaçage entre un réseau local de transmission de données par radio et un réseau de type Bluetooth. Le réseau Bluetooth est un réseau de transmission de données sans fil, permettant de relier entre eux des équipements pour l'échange de données à des débits importants. Ce réseau Bluetooth fait l'objet d'une spécification, dénommée " Specification of the Bluetooth System - Core ", dont la version actuelle est la version L.0B de décembre 1999. Développé à l'origine en priorité pour interconnecter les équipements portables, tels qu'ordinateurs, téléphones, agendas électroniques, périphériques associés,..., ce réseau est destiné aujourd'hui à être utilisé pour tous les types d'équipements inclus dans un environnement de dimensions réduites, tel que par exemple les appareils audio-vidéo, et électroménagers. Chacun de ces équipements est muni d'émetteurs récepteurs radio-fréquence, qui utilisent tous le même protocole, constituant alors un réseau, et partant autorisant ainsi l'échange d'informations entre les divers équipements qui y sont connectés. La connexion à ce réseau et le comportement des émetteurs récepteurs inclus dans celui-ci sont définis et régis par le protocole Bluetooth. Ce réseau radio fonctionne sur la bande de fréquence 2,4 GHz, appartenant aux bandes de fréquence dites "ISM" (Industrial, Scientific and Medical), libre de droit si l'équipement respecte certaines caractéristiques. Les débits autorisés dépendent du mode de fonctionnement, mais sont typiquement de l'ordre de 1 Mbit/s. En d'autres termes, Bluetooth est une spécification décrivant un protocole de transmission radio à faible puissance, mais fort débit. 2 2812149 Certains des équipements radios communiquant nécessitent des transferts d'informations à haut débit, tels que par exemple les liaisons Intemet ou vidéo, les liaisons avec imprimantes etc... Dans la pratique, le transfert de données à haut débit par un réseau tel que Bluetooth conduit à des coûts de matériels et de consommation relativement importants. En effet, étant situé dans une gammne de fréquence élevée, on observe une atténuation assez forte du signal, induisant une portée limitée car en outre, la spécification Bluetooth impose des limites en puissance. Il est donc difficile, avec un réseau radio conforme à une telle nonnrme, de lire par télémétrie les informations stockées au niveau d'un capteur d'une cuve dans un jardin distant de quelques dizaines de mètres. Par ailleurs, un réseau local mettant un oeuvre cette norme s'avère trop onéreux, compte-tenu des composants électroniques imposés par la norme. L'un des objets de l'invention est donc de résoudre ces problèmes, dans le cadre d'un réseau local de transmission. Un autre objet de l'invention réside dans la mise en place d'un réseau de transmission de données dans lequel une partie des équipements ne nécessite pas de communications à haut débit, mais impose en contrepartie des contraintes sur le bilan consommation / performance. Il s'agit typiquement d'équipements qui ont peu d'informations à échanger (par exemple régulation de chauffage, télémesure de compteur ou de cuve de stockage...). Ceux-ci peuvent alors se satisfaire d'une technologie beaucoup moins coûteuse, et dont la consommation est très fortement réduite. Ce faisant, on peut alors mettre en oeuvre une auto-alimentation, dont la durée de vie peut atteindre plusieurs années, permettant dès lors de s'affranchir d'une alimentation externe par secteur. Parmi les solutions proposées dans l'art antérieur, existent les réseaux locaux câblés. Ce type de réseau consiste à relier les équipements communiquant par liaison filaire. Ceux-ci sont donc généralement des équipements fixes, qui utilisent un protocole de communication commun. Il n'existe pas à ce jour de norme unique pour ce type de réseau, qui soit adaptable à n'importe quel type d'équipement. 3 2812149 Par ailleurs, ce type de réseau souffre de plusieurs inconvénients, ce qui explique son faible succès dans les environnements domestiques. Parmi ces inconvénients, on peut citer: * le coût de l'installation de maintenance: la nécessité de relier les équipements par liaison filaire rend l'installation particulièrement coûteuse dans les constructions existantes; * le manque de souplesse: pour des raisons similaires, l'ajout de nouveaux équipements sur le réseau déjà installé nécessite le passage de câbles; suivant le placement de l'équipement, des contraintes importantes de propreté et d'esthétisme peuvent apparaître; * le manque d'évolutivité: le raccordement d'un équipement en réseau filaire ne peut se faire qu'avec des équipements fixes. Les contraintes liées à la connexion et déconnexion répétées des équipements mobiles les rend inadaptés pour ce type de réseau. Se sont également développés, pour un certain nombre d'applications ciblées, des équipements de transmission sans fil à faible consommation, intégrés dans des réseaux fixes ou mobiles. Parmi ces applications, on trouve principalement les alarmes et la télémétrie. Il n'existe pas davantage de standard dans ce type de réseau, chaque secteur d'applications faisant référence à des normes qui lui sont propres. En outre, le type d'applications visées rend souvent obligatoire une alimentation autonome sur pile et de longue durée. La technologie mise en place est donc avant tout dictée par cette contrainte de consommation. Ce type d'équipements fonctionne dans les bandes précitées ISM, typiquement les bandes 433 MHz et 868 MHz pour l'Europe et 915 MHz pour les Etats-Unis. Les débits utilisés sur ce type d'équipement sont relativement faibles, et pour les équipement à faible durée de vie, dépassent rarement 9 600 bit/s en modulation de fréquence et 38400 bit/s en modulation d'amplitude. La puissance autorisée sur ces équipements varie en fonction des bandes de fréquences utilisées, typiquement entre et 500 mW. Ce type d'équipements est toujours dédié à un secteur particulier (alarmnne, télémétrie, etc.) et les équipements ne sont pas compatibles entre eux, chaque secteur ayant développé ainsi que déjà dit ses propres standards. 4 2812149 En outre, ils présentent un inconvénient majeur découlant du fait que les contraintes de coût et consommation imposent de limiter le débit de transfert de données. L'augmentation des débits induit soit l'augmentation de la consommation, soit celle du coût, voire même les deux. Enfin, on a proposé les réseaux sans fil à haut débit, du type de celui correspondant à la norme Bluetooth. Comme déjà précisé, ce type de réseau est particulièrement adapté à l'interconnexion d'équipements électroniques multimédia. Cependant, les contraintes liées principalement au débit utilisé rendent ce réseau inutilisable avec les équipements possédant une alimentation autonome sur une longue période (plusieurs années). De fait, lorsque l'application envisagée requiert des équipements autonomes, ceux-ci ne peuvent donc être interconnectés avec ce type de réseau. L'un des problèmes résultant de ce type de réseau sans fil haut débit réside moins dans la nécessité de faire commuter deux réseaux distincts que dans l'impossibilité d'y avoir accès avec un seul et même standard. L'objectif de la présente invention vise donc à intégrer à un réseau du type Bluetooth, un réseau au bilan consommation + débit + coût optimisé au moyen d'un module de communication sans fil, compatible avec ce réseau haut débit, respectant en outre toutes les définitions de son protocole. En d'autres termes, l'invention permet d'établir uniformément des communications entre des équipements conformes à ce protocole et des équipements de réseau à très faible consommation, faisant apparaître ces derniers comme des équipements dudit réseau haut débit, et accessible en tant que tel par n'importe quel autre équipement. A cet effet, le module de communication conforme à l'invention, donc destiné à établir des communications entre les équipements de réseau de radio haut débit et faible puissance, et des équipements d'un réseau de transmission faible consommation, comporte: * une première interface avec le réseau à haut débit et faible puissance, comprenant: * un émetteurrécepteur fonctionnant selon une bande de fréquences correspondant à la bande de fréquences dans laquelle fonctionne le réseau radio à haut débit; * des moyens aptes à effectuer les traitements de bas niveau en bande de base; 2812149 * des moyens aptes à effectuer les traitements liés au mode opératoire du réseau à haut débit; * une seconde interface avec le réseau de transmission de données à faible consommation comprenant: e un émetteurrécepteur fonctionnant dans les différentes bandes de fréquences dédiées aux équipements du réseau à faible consommation; * un logiciel gérant: d'une part, les différents protocoles utilisés par lesdits équipements; et d'autre part, la fourniture des données issues du logiciel assurant l'interfaçage; * un logiciel assurant l'interfaçage entre les deux interfaces précités et destiné à faire apparaître les équipements du réseau à faible consommation comme des équipements de réseau radio à haut débit et faible puissance. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une diagramme synoptique représentant l'architecture dudit module conforme à l'invention. La figure 2 est une schéma synoptique représentatif de l'interface entre le réseau radio haut débit et la couche logicielle dudit module. Dans la suite de la description, le réseau haut débit auquel il sera fait référence est bien évidemment le réseau Bluetooth. Il est cependant bien entendu que le module de communication conformément à l'invention est adaptable à tout type de réseau radio haut débit, non nécessairement conforme à ladite spécification Bluetooth. En particulier, il pourra être étendu à toutes autres normes ou spécifications de transmission de données sans fil haut débit, présentant des contraintes d'exploitation similaires en termes de bilan coût + consommation + performances. On a schématiquement représenté au sein de la figure 1 le réseau haut débit Bluetooth par la référence (1) et le réseau local de très faible consommation sous la référence (2). 6 2812149 L'objectif du module conforme à l'invention est de permettre à un réseau de transmission de données sans fil respectant des contraintes de débit, de consommation et de coût nécessaires à certaines applications, en l'espèce le réseau à très faible consommation (2), de devenir compatible avec un réseau radio à haut débit, en l'espèce le réseau Bluetooth (1), ne respectant pas lesdites contraintes. A cet effet et fondamentalement, le module conforme à l'invention comporte trois éléments caractéristiques, à savoir tout d'abord un interfaçage Bluetooth - interfaçe à réseau haut débit et faible puissance (3), destiné à faire apparaître ledit réseau faible consommation (2) comme un équipement Bluetooth à part entière, et susceptible ainsi de s'interconnecter comme tel dans ledit réseau (1). Plus spécifiquement, cet interfaçage Bluetooth (3) représenté plus en détail au niveau de la figure 2, respecte le découpage classique des équipements Bluetooth et comporte tout d'abord un émetteur récepteur (7), fonctionnant selon la bande de fréquence du réseau Bluetooth, et typiquement de 2,4 GHIz. Cet émetteur-récepteur est associé à deux couches logicielles (8) et (9), respectivement: * une couche logicielle dite "Bluetooth Link Controller " (8), destinée, selon le Protocole Bluetooth, à effectuer les traitements de bas niveau en bande de base; le " Bluetooth Link Controller " est un logiciel gérant la couche liaison de l'équipement Bluetooth et dont les fonctionnalités sont parfaitement définies dans ladite spécification Bluetooth précitée; ces fonctionnalités consistent principalement: + dans l'établissement de la connexion au réseau; * dans la gestion des liaisons et types de paquets; + dans la correction des erreurs; + dans les mécanismes de bas niveau d'authentification. * une couche logicielle dite " Bluetooth Link Manager " (9), destinée à effectuer des traitements liés au mode opératoire du Bluetooth; le " Bluetooth Link Manager " est un logiciel s'interfaçant avec le "Bluetooth Link Controller ", et dont les fonctionnalités sont également parfaitement définies dans la spécification Bluetooth; ces fonctionnalités consistent principalement: * dans l'émission et la réception de données; + dans l'identification des équipements; + dans l'établissement de la connexion; + dans la gestion des modes de fonctionnement de l'équipement. 7 2812149 La spécification Bluetooth définit d'autres dispositifs logiciel gérant des fonctions de plus haut niveau. Cependant seuls les logiciels " Bluetooth Link Controller" et "Bluetooth Link Manager" sont exploités dans le module faisant l'objet de la présente invention. Un second élément fondamental du module conforme à l'invention réside dans l'interface avec le réseau de transmission local de données à faible consommation (2). Cet interface (5) comporte fondamentalement un émetteur récepteur fonctionnant dans les différentes bandes de fréquence dédiées à ce type d'équipement, et notamment les fréquences libres déjà précitées 433, 868, 915 MHz, et bien entendu, tout autre bande qui pourrait être libérée pour cet usage. Cet interfaçage comporte en outre un logiciel, destiné à gérer d'une part, les différents protocoles utilisés par des équipements appartenant au réseau de très faible consommation (2), et d'autre part, l'interfaçage proprement dit avec l'élément qui va être décrit ci-après, consistant en la couche logicielle (4) assurant la communication entre l'interface Bluetooth (3) et l'interface avec le réseau de faible consommation (2). Cette couche logicielle (4) est destinée à faire apparaître les équipements du réseau de très faible consommation (2) comme des équipements du réseau Bluetooth (1) à part entière, bien qu'ils ne soient pas physiquement connectés audit réseau Bluetooth. A cet effet, deux principes peuvent être mis en oeuvre pour le fonctionnement de l'installation. Tout d'abord, les éléments du réseau de faible consommation (2) sont typiquement membres d'un même piconet Bluetooth. Il convient à cet effet de rappeler que le réseau Bluetooth est bâti sur le principe du piconet, regroupant jusqu'à huit équipements actifs, dont seul l'un d'entre eux est dit " maître ", et destiné à assurer la synchronisation des éléments dudit piconet. Dans le cas de figure décrit, le maître du piconet en question est le module (10) conforme à l'invention lui-même. La couche logicielle (4) dialogue avec le Bluetooth Link Manager (9), en lui fournissant d'une part, des informations pour la couche liaison Bluetooth, nécessaire à ce qu'un équipement extérieur communiquant physiquement avec le module (10) voit en fait un équipement du réseau de très faible consommation, et d'autre part, les informations issues des couches application des équipements du réseau très faible 8 2812149 consommation (2), afin qu'elles puissent être exploitées par un équipement extérieur du réseau Bluetooth (1). Seuls sept éléments peuvent être actifs dans les piconets vus de l'extérieur. Il s'agit en l'espèce d'une contrainte purement logicielle, et gérée par le module (10), puisque les éléments du piconet ne sont pas physiquement des équipements Bluetooth. Le piconet comporte donc un nombre indéterminé d'équipements du réseau faible consommation, le module conforme à l'invention faisant en sorte que le Bluetooth Link Manager (9) ne voit pas plus de sept éléments actifs à tout instant. Le dispositif logiciel (4) transmet dans ce cas les informations au Bluetooth Link Manager (9), permettant l'établissement d'une connexion du module (10) avec le réseau Bluetooth (1), pour chacun des équipements du réseau faible consommation (2). Chaque équipement connecté se voit associer un numéro dans le piconet piloté par le module (10). Les numéros dans le piconet et les adresses Bluetooth correspondantes sont gérés par ce dispositif logiciel (4). Un autre principe de fonctionnement consiste simplement à ce que le module (10) apparaisse comme un seul et même équipement Bluetooth regroupant l'ensemble des informations applicatives en fait issues du réseau de faible consommation (2). Les équipements extérieurs appartenant au réseau Bluetooth (1) ne voient plus plusieurs équipements virtuels Bluetooth mais un seul équipement physique Bluetooth, dont les données applicatives sont en fait issue du réseau de faible consommation (2). On conçoit dès lors tout l'intérêt du module conforme à l'invention, dans la mesure o, ainsi que déjà dit, il permet de relier un réseau local de très faible consommation avec le réseau Bluetooth ou équivalent. Compte-tenu des contraintes respectives de chacun des réseaux, il devient ainsi possible de faire cohabiter deux types de contraintes différentes. 9 2812149 REVENDICATIONS 1/ Module de communication destiné à établir des communications entre des équipements de réseau radio à haut débit et faible puissance et des équipements d'un réseau de transmission à faible consommation, caractérisé en ce qu'il comporte: * une première interface (3) avec le réseau à haut débit et faible puissance (1), comprenant: * un émetteur- récepteur (7) fonctionnant selon une bande de fréquences correspondant à la bande de fréquences dans laquelle fonctionne le réseau radio à haut débit (1); * des moyens aptes à effectuer les traitements de bas niveau en bande de base (8); * des moyens aptes à effectuer les traitements liés au mode opératoire du réseau à haut débit (9); * une seconde interface (5) avec le réseau de transmission de données à faible consommation (2) comprenant: * un émetteur-récepteur fonctionnant dans les différentes bandes de fréquences dédiées aux équipements du réseau à faible consommation (2); * un logiciel gérant: - d'une part, les différents protocoles utilisés par lesdits équipements; - et d'autre part, la foumrniture des données issues du logiciel assurant l'interfaçage (5); + un logiciel (4) assurant l'interfaçage entre les deux interfaces précités et destiné à faire apparaître les équipements du réseau à faible consommation (2) comme des équipements de réseau radio à haut débit et faible puissance (1). 2/ Module de communication selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau radio à haut débit et faible puissance (1) est conforme à la norme Bluetooth. 3/ Module de communication selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens aptes à effectuer les traitements de bas niveau en bande de base (8) sont constitués par un logiciel, destiné notamment à assurer les fonctionnalités suivantes: 2812149 + l'établissement de la connexion au réseau; + la gestion des liaisons et types de paquets; + la correction des erreurs; + les mécanismes de bas niveau d'authentification. 4/ Module de communication selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens aptes à effectuer les traitements liés au mode opératoire du réseau à haut débit (9) sont constitués par un logiciel, destiné notamment à assurer les fonctionnalités suivantes: o10 + l'émission et la réception de données; + l'identification des équipements; + l'établissement de la connexion; + la gestion des modes de fonctionnement de l'équipement. 1S 5/ Module de communication selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'émetteur-récepteur (7) de la première interface (3) fonctionne dans une bande de fréquence égale à 2,4 GHz. 6/ Module de communication selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'émetteur-récepteur de la seconde interface (5) fonctionne dans des bandes de fréquence égales à 433, 868 ou 915 MHz. 7/ Module de communication selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le logiciel assurant l'interfaçage (4) est apte à communiquer des informations à la première interface (3), de sorte que: * d'une part, un équipement d'un réseau radio à haut débit et faible puissance (1) analyse un équipement comme étant un équipement d'un réseau de faible consommation (2); * et d'autre part, les informations issues des équipements du réseau à faible consommation (2) sont exploitées par un équipement d'un réseau radio à haut débit et faible puissance (1).