Brevet FR2897498A1 — publié le 20070817

Domaine de l'invention L'invention concerne un appareil de communication de données à haut débit saris fil L'appareil selon l'invention est particulièrement adapté pour des communications de type Wi-Fi ou WiMax. L'invention concerne plus précisément un appareil de communication de données à haut débit sans fil avec une alimentation autonome en énergie. L'invention concerne également un appareil de communication de données à haut débit sans fil présentant des moyens d'optimisation de la consommation d'énergie. L'invention concerne aussi un réseau de communication de données à haut débit sans fil en connexion avec le réseau Internet, 15 réseau comprenant des appareils selon l'invention. L'invention concerne enfin un ensemble formé par un réseau de communication de données à haut débit sans fil comprenant des appareils selon l'invention et par des moyens d'analyse du maillage du réseau. 20 Art antérieur L'homme de l'art connaît des appareils de communication de données à haut débit sans fil, de type Wi-Fi ou WiMax. Par haut débit, il 25 faut comprendre dans la présente description des débits définis par exemple, par la norme IEEE 802.11 pour l'application Wi-Fi et par la norme IEEE 802.16 pour l'application WiMax. Lorsque plusieurs appareils de ce type sont considérés, leur mise en communication permet de former un réseau de communication de 30 données à haut débit sans fil, plus simplement appelé réseau maillé Wi- Fi (ou WiMax). Un tel réseau est donc formé d'un ensemble d'appareils pouvant échanger des données entre eux par une liaison radio de type Wi-Fi ou WiMax. Ces appareils forment donc chacun une borne du 1 réseau, borne dont la portée définit un hotspot selon la terminologie anglo-saxonne. Typiquement, un réseau maillé Wi-Fi (ou WiMax) comprend plusieurs dizaines voire plusieurs centaines de bornes susceptibles de communiquer entre elles. De plus, ce type de réseau présente une ou plusieurs bornes d'accès à haut débit au réseau Internet, via un modem. Ce modem peut être un modem ADSL (pour Asymmetric Digital Subsriber Line selon le terme anglo-saxon) ou tout autre type de modem. De préférence, il est prévu un pare-feu ou Firewall selon la terminologie anglo-saxonne entre la borne d'accès du réseau maillé Wi-Fi (ou WiMax) au réseau Internet et le modem en question. Ainsi, lorsqu'un utilisateur se connecte au réseau maillé Wi-Fi (ou WiMax) par l'intermédiaire d'un terminal (ordinateur portable personnel, téléphone portable,...) ou encore lorsqu'un appareil communiquant (capteur, parcmètre, distributeur de billets de banque,...) se connecte au réseau maillé Wi-Fi (ou WiMax), les données échangées entre le réseau maillé Wi-Fi (ou WiMax) et le réseau Internet transitent d'abord par la borne du réseau maillé Wi-Fi (ou WiMax) la plus proche du terminal ou de l'appareil communiquant, puis successivement par d'autres bornes du réseau maillé Wi-Fi (ou WiMax), de borne en borne, pour aboutir à une borne reliée à un modem d'accès au réseau Internet. L'homme de l'art connaît par ailleurs des techniques pour optimiser le routage entre la borne d'accès au réseau maillé Wi-Fi (ou WiMax) et la borne d'accès au modem. Ces techniques sollicitent énormément les bornes, et notamment le processeur de chacune de ces bornes qui effectuent des mesures et des calculs de routage plusieurs fois par minute et donc consomment en conséquence beaucoup d'énergie. En effet, les chemins possibles reliant une borne recevant des données depuis une station (terminal, appareil communiquant) vers la borne d'accès au réseau Internet sont testés en permanence (analyse du maillage du réseau), et à partir de ces tests, les chemins de routage des données sont déterminés, ce qui permet de mettre à jour dans chacune des bornes des tables de routage après calcul par le processeur de chacune de ces bornes. Chacune des bornes doit être alimentée en énergie pour pouvoir recevoir, émettre des données à la borne voisine ou le cas échéant vers le modem, mais également pour traiter des données, en particulier pour l'analyse du maillage du réseau. Pour cela, chacune des bornes est reliée par un câble électrique au réseau électrique. De préférence, ces bornes sont situées à proximité du réseau électrique, à savoir dans la pratique sur un poteau ou sur un bâtiment, pour optimiser les coûts d'installation et d'entretien liés à l'existence et à la longueur de ces câbles électriques. Ces bornes alimentées depuis un bâtiment par exemple sont donc totalement dépendantes du bon fonctionnement de l'alimentation électrique de ce bâtiment, ce qui peut provoquer des problèmes de disponibilité de service si cette alimentation est défectueuse. Or le besoin de qualité de service deviendra essentiel à l'avenir, compte tenu de l'évolution des normes concernant ces réseaux de communication de données à haut débit sans fil. Un des objectifs de l'invention est donc de proposer un appareil 20 de communication de données à haut débit sans fil qui vise à s'affranchir des inconvénients et limitations mentionnées ci-dessus. Résumé de l'invention 25 Les objectifs de l'invention sont atteints dans le cadre grâce à un appareil de communication de données à haut débit sans fil comprenant des moyens d'alimentation en énergie, caractérisé en ce que lesdits moyens sont des moyens photovoltaïques. L'appareil selon l'invention pourra en outre présenter au moins 30 l'une des caractéristiques suivantes : des moyens adaptés pour la mise en veille de l'appareil lorsque celui-ci n'émet, ne reçoit ou ne traite pas de données ; les moyens adaptés pour la mise en veille de l'appareil sont agencés de sorte qu'ils effectuent une mise en veille d'un module de gestion de l'émission/réception de données, à l'issue d'une phase de réception ou d'émission de données ; les moyens adaptés pour la mise en veille de l'appareil sont agencés de sorte qu'ils effectuent une mise en veille d'un processeur, à l'issue d'une phase de réception, d'émission ou de traitement de données ; - le module de gestion de l'émission/réception de données est agencé de sorte qu'il envoie une information de mise en veille au processeur, à l'issue d'une phase de réception ou d'émission de données ; le module de gestion de l'émission/réception de données est adapté pour une communication Wi-Fi ; le module de gestion de l'émission/réception de données est adapté pour une communication WiMax. Le réseau formé d'une pluralité d'appareils (ou bornes) selon l'invention pourra présenter la caractéristique suivante : -chaque borne de la pluralité de bornes mesure uniquement, pour l'analyse du maillage du réseau, des informations de bande passante vers d'autres bornes pour lesquelles un signal de puissance minimum est détecté par la borne de mesure. L'inventiion pourra en outre présenter un ensemble comprenant un réseau d'appareils (ou bornes) selon l'invention et des moyens pour 25 analyser l'état du réseau, par le traitement des informations de bande passante mesurées par chacune des bornes du réseau. Brève description des dessins 30 D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - La figure 1 représente de façon schématique l'architecture générale de l'appareil de communication à haut débit sans fil selon l'invention ; - La figure 2 représente de façon schématique l'architecture générale du module intelligent de l'appareil de la figure 1 ; - La figure 3 représente la puissance consommée des principaux modules de dépense d'énergie de l'appareil de la figure 1 en fonction du temps et donc en fonction du mode de fonctionnement de l'appareil ; - La figure 4 représente un mode de réalisation de la gestion des informations d'analyse d'état du réseau comprenant un ensemble d'appareils selon la figure 1. Description détaillée de l'invention Afin de réaliser un appareil de communication de données à haut débit sans fil selon l'invention, c'est-à-dire autonome en énergie et plus précisément alimenté par l'énergie solaire (photovoltaïque), il est nécessaire que celui-ci consomme très peu d'énergie. On entend par là qu'un tel appareil doit consommer en moyenne une puissance inférieure à 400mW, c'est-à-dire environ dix fois moins qu'un appareil alimenté en énergie par le réseau électrique et remplissant la même fonction. Pour optimiser la consommation d'énergie, l'appareil formant borne du réseau de communication de données à haut débit sans fil selon l'invention prévoit un mode veille lorsqu'il n'est pas sollicité pour émettre, recevoir ou traiter des données. De plus, pour optimiser cette consommation d'énergie et en complément du mode veille de chaque appareil, l'invention prévoit une gestion externalisée de l'analyse du maillage du réseau. L'architecture globale de l'appareil selon l'invention est représentée de façon schématique sur la figure 1. Cet appareil comprend un panneau solaire 10 connecté à un premier régulateur de charge 20 et à un deuxième régulateur de charge 21, les deux régulateurs de charge 20, 21 étant disposés en dérivation l'un par rapport à l'autre. Le premier régulateur de charge 20 est par ailleurs connecté à un module routeur 30 tandis que le deuxième régulateur de charge 21 est connecté à une batterie 40. Le panneau solaire 10 est de taille réduite, et présente préférentiellement une forme rectangulaire ou carrée, et des dimensions de l'ordre de 25cm par 25cm. La taille réduite est envisageable dans la mesure où l'énergie consommée par l'appareil selon l'invention est optimisée. En effet, si cet appareil présentait une consommation d'énergie classique, les dimensions du panneau solaire 10 ne seraient pas acceptables. La batterie 40 est également de taille réduite, et présente un volume qui est typiquement inférieur à 200 cm3. Le dimensionnement de cette batterie 40 est adapté au site prévu d'installation de l'appareil, c'est-à-dire adapté à l'ensoleillement de ce site. Cette batterie 40 est par ailleurs dimensionnée de sorte qu'elle permette une alimentation en énergie de l'appareil sur une durée de sept jours en cas d'absence d'alimentation en énergie 11 du panneau solaire 10 (absence de soleil). Un appareil selon l'invention présente donc une masse inférieure à 2kg, un volume inférieur à 6dm3, et plus précisément des dimensions typiquement inférieures à 30cm*30cm*6cm. L'appareil est donc un appareil compact et léger. Le premier régulateur de charge 20, alimenté en énergie par le panneau solaire 10, alimente le routeur 30 sous une tension contrôlée comprise entre 3V et 3,5V, et préférentiellement de l'ordre de 3,3V. De manière analogue, le deuxième régulateur de charge 21, alimenté en énergie par le panneau solaire 10, alimente la batterie 40 sous une tension contrôlée comprise entre 3V et 3,5V, et préférentiellement de l'ordre de 3,3V. Lorsqu'il y a un déficit d'ensoleillement ou en l'absence d'ensoleillement, la batterie 40 est sollicitée comme source d'énergie pour alimenter le routeur 30. De ce fait, on comprend que le fonctionnement du deuxième régulateur de charge 21 est réversible. Le panneau solaire 10 reste la seule source d'alimentation en énergie de l'appareil, la batterie n'étant qu'un intermédiaire qui stocke l'énergie qui lui est fournie par le panneau solaire 10 et qui la restitue en cas de besoin. Le routeur 30 forme quant à lui la module intelligent de l'appareil, et gère notamment la mise en mode veille de celui-ci pour économiser de l'énergie. La figure 2 représente un schéma de l'architecture générale du routeur 30. Le routeur 30 comprend une mémoire vive 31 encore appelée mémoire RAM selon le terme anglo-saxon Random Access Memory et une mémoire Flash 32 toutes deux connectées à un processeur 33. Le processeur 33 est par ailleurs connecté à un module de gestion de l'émission/réception de données 34, gérant la fonction Wi-Fi ou WiMax selon l'application. Ce module 34 est également connecté à une antenne 50 pour l'émission ou la réception des données. Le mode veille de l'appareil est effectué par une mise en veille du module 34 lorsque l'appareil n'envoie ni ne reçoit des données, et du processeur 33 lorsque l'appareil n'envoie, ne reçoit ou ne traite pas des données. Dans ce mode veille, l'horloge du processeur 33 est soit ralentie, soit arrêtée. La figure 3 représente le principe de fonctionnement du mode veille de l'appareil, pour le processeur 33 (en bas) et pour le module 34 (en haut). Pour cela, la figure 3 représente l'évolution en fonction du temps de la puissance P33 consommée par le processeur 33 et l'évolution sur cette même échelle de temps de la puissance P34 consommée par le module 34. Plus précisément, à la fin d'une phase de réception R ou d'émission E, le module 34 gérant la fonction Wi-Fi (ou WiMax) envoie une information indiquant au processeur 33 qu'il peut lancer le mode veille de l'appareil. Si le processeur 33 ne traite aucune donnée, l'appareil lance le mode veille à réception de l'information par le processeur 33. La figure 3 illustre un tel cas où, à la fin de la phase d'émission E advenant au temps t5, le module 34 et le processeur 33 passent en mode veille à cette date t5 (passage de la puissance P34,E à P34,v pour le module 34 et de la puissance P33,F à P33,v) Si, en revanche, le processeur 33 traite des données, alors celui-ci finit de traiter ces données et passe ensuite en mode veille. La figure 3 illustre un tel cas où, à la fin de la phase de réception R advenant au temps tl, le processeur 33 traite des données et continue à les traiter jusqu'à la date t2. Le processeur 33 est alors mis en veille à cette date t2 (passage de la puissance consommée de P33,F à P33,v), tandis que le module 34 est: déjà en veille depuis la date tl (passage de la puissance consommée de P34,R à P34,v), date t1 à laquelle ce module 34 a envoyé l'information de mise en veille au processeur 33. Pendant les phases de veille, les puissances P33,v et P34,v consommées respectivement par le processeur 33 et par le module 34 ne sont pas nulles. En effet, ceci est nécessaire afin qu'en fonctionnement au sein d'un réseau, l'appareil (ou borne) reste à l'écoute d'une station (terminal, appareil communiquant) ou bien d'une autre borne du réseau. Ces puissances P33,v et P34,, sont également nécessaires pour que l'appareil puisse se mettre à établir des tâches régulières d'analyse du maillage du réseau de communication de données à haut débit sans fil. Un tel cas est représenté sur la figure 3 entre les phases de réception R et d'émission E. Pour accomplir l'analyse du maillage du réseau, le processeur 33 passe du mode veille au mode de fonctionnement normal (niveau de puissance P33,F) à une date t3, et dès que l'information d'analyse est prête, celle-ci est transmise à la date t4 au module 34 qui se met alors en mode normal de fonctionnement (niveau de puissance P34,E) pour assurer l'émission de cette information vers les autres bornes du réseau. En fonctionnement, c'est-à-dire lorsque les appareils sont disposés en réseau sur le terrain pour former des bornes de ce réseau, les informations d'analyse du maillage du réseau ainsi émises par chacun des appareils sont des informations importantes dans la mesure où elles permettent de connaître les chemins possibles reliant une borne recevant des données depuis une station (terminal, appareil communiquant) vers la borne d'accès au réseau Internet. Si la mise en mode veille d'un appareil permet d'économiser de l'énergie, on comprend cependant que si cet appareil est sollicité trop souvent pour déterminer le meilleur maillage du réseau (par exemple, toutes les 5 secondes), les plages de temps pendant lesquelles l'appareil est en mode veille peuvent être restreintes, et le bénéfice en terme d'économie d'énergie limité. Il est donc prévu dans le cadre de l'invention une gestion 15 externalisée de l'analyse du maillage du réseau. Plus précisément, afin d'optimiser la consommation d'énergie de chacune des bornes sans compromettre l'efficacité du routage des données de borne en borne, chaque borne mesure uniquement la bande passante avec les bornes qui lui sont voisines, c'est-à-dire avec les 20 bornes pour (lesquelles une puissance minimale du signal Wi-Fi (ou WiMax) est reçue par cette borne qui effectue la mesure. Ce fonctionnement est illustré sur la figure 4, où les connections B12, B24, B35, B45, etc. existant pour les échanges d'informations de bande passante sont représentées pour un sous-ensemble 100 du 25 réseau comportant sept noeuds. Les informations de bande passante mesurées dans chacune des bornes sont transmises, de borne en borne, vers une borne d'accès au réseau Internet (borne 1 sur la figure 4) et envoyées, depuis cette borne d'accès au réseau Internet, dans un canal de réseau privé virtuel 200, 30 encore appelé canal VPN pour Virtual Private Network selon la terminologie anglo-saxonne, lequel conduit les informations à un modem 300 qui envoie ces informations à un serveur 410 se trouvant sur Internet 400. Ce serveur 410 effectue le traitement des informations reçues et envoie les résultats aux bornes du réseau à travers Internet 400 et le modem 300. Ainsi, chacune des bornes de ce réseau se limite à la mesure de la bande passante avec les bornes voisines, le traitement de ces informations de bande passante étant effectué par des moyens (serveur) externes au réseau. C'est la raison pour laquelle on parle dans le cadre de l'invention d'une gestion externalisée de l'analyse du maillage du réseau de communication de données à haut débit sans fil. Cette gestion particulière présente notamment un intérêt pour de grands réseaux, c'est-à-dire pour des réseaux comportant un nombre N important de bornes. En effet, le temps de calcul nécessaire à l'établissement des informations d'analyse du réseau est proportionnel au carré du nombre de bornes N du réseau, la gestion externalisée du traitement de ces informations permet donc d'économiser de l'énergie de manière sensible. Notons que la ou les bornes d'accès au réseau Internet du réseau selon l'invention, ne sont pas alimentées par l'énergie solaire mais branchées au réseau électrique, et ce contrairement aux autres bornes de ce réseau. Selon un mode de réalisation alternatif, la borne d'accès au réseau Internet peut assurer la fonction du serveur pour le traitement des informations d'analyse du maillage du réseau (informations de bande passante). Un tel mode de réalisation restera cependant limité aux réseaux de 25 communication de données à haut débit sans fil présentant une petite taille ou une taille moyenne. Selon encore un autre mode de réalisation alternatif de l'invention, le réseau comprenant une pluralité d'appareils tels que décrits à l'appui de la figure 1 est un réseau comprenant également des appareils 30 classiques, c'est-à-dire raccordés au réseau électrique. Un tel réseau pourra être défini de réseau mixte. La présente invention n'est donc pas limitée aux modes de réalisation mais s'étend à tout mode de réalisation conforme à son esprit, c'est-à-dire à tout mode de réalisation visant à mettre en oeuvre un mode veille du fonctionnement des appareils (ou bornes du réseau) et visant en complément à mettre en oeuvre une gestion externalisée des informations d'analyse du maillage du réseau. REVENDICATIONS , 1. Appareil de communication de données à haut débit sans fil comprenant des moyens d'alimentation en énergie (10) caractérisé en ce que lesdits moyens (10) sont des moyens photovoltaïques. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (30) adaptés pour la mise en veille de l'appareil lorsque celui-ci n'émet, ne reçoit ou ne traite pas de données. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (30) adaptés pour la mise en veille de l'appareil sont agencés de sorte qu'ils effectuent une mise en veille d'un module de gestion de l'émission/réception de données (34), à l'issue d'une phase de réception ou d'émission de données. 4. Appareil selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens (30) adaptés pour la mise en veille de l'appareil sont agencés de sorte qu'ils effectuent une mise en veille d'un processeur (33), à l'issue d'une phase de réception, d'émission ou de traitement de données. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le module de gestion de l'émission/réception de données (34) est agencé de sorte qu'il envoie une information de mise en veille au processeur (33), à l'issue d'une phase de réception ou d'émission de données. 6. Appareil selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le module de gestion de l'émission/réception de données (34) est adapté pour une communication Wi-Fi. 7. Appareil selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le module de gestion de l'émission/réception de données (34) est adapté pour une communication WiMax. 8. Réseau de communication de données à haut débit sans fil, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de bornes pour laquelle chaque borne est un appareil conforme à l'une des revendications précédentes. 9. Réseau selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque borne de la pluralité de bornes mesure uniquement, pour l'analyse du maillage du réseau, des informations de bande passante vers d'autres bornes pour lesquelles un signal de puissance minimum est détecté par la borne de mesure. 10. Ensemble caractérisé en ce qu'il comprend un réseau selon la revendication 9 et des moyens (410) pour déterminer le maillage du réseau, par le traitement des informations de bande passante mesurées par chacune des bornes du réseau.