Brevet FR2889385A1 — publié le 20070202

L'invention concerne un réseau d'acquisition de données sans fils. L'invention concerne en particulier un réseau de capteurs sismiques sans fils. Plus précisément, la présente invention concerne un réseau de 5 capteurs sismiques équipés d'un système de positionnement par satellite. La présente invention s'applique en particulier au domaine de la prospection pétrolière. Dans ce domaine d'application, des capteurs sismiques, disposés sur la surface terrestre, sont utilisés pour recevoir les échos des ondes émises par les sources sismiques (vibrateurs ou explosifs). Un traitement de ces échos permet de construire une carte du sous-sol prospecté, indiquant la topologie de celui-ci. L'invention n'est cependant pas limitée au domaine particulier de la prospection pétrolière et peut s'appliquer à tout domaine mettant en 15 oeuvre un réseau d'acquisition de données sans fils. L'homme de l'art connaît de nombreux dispositifs mettant en oeuvre un réseau d'acquisition de données. Dans le cas où le réseau d'acquisition de données est formé d'un ensemble de capteurs sismiques, ces dispositifs sont classiquement et le plus souvent constitués de capteurs reliés entre eux par groupes au moyen de fils ou câbles à un noeud' du réseau. Ces noeuds sont généralement organisés par groupes autour d'un 'concentrateur', un groupe de noeuds forme, avec son concentrateur, un sous-réseau, les liens entre le concentrateur et les noeuds étant également filaires. Les concentrateurs gèrent localement le sous-réseau de noeuds, fournissent l'alimentation en énergie des noeuds et centralise les données. Les concentrateurs sont connectés à un réseau informatique local, également filaire, sur lequel est connecté une Unité Centrale qui pilote l'ensemble et enregistre les données en provenance des sous-réseaux. Ces solutions classiques sont bien connues de l'homme de l'art et ne seront pas décrites en détails par la suite. Rappelons toutefois que ces solutions nécessitent une quantité et des longueurs de câbles importantes, câbles difficiles à déplacer et à mettre en oeuvre sur un site d'exploitation. Il a donc été proposé des réseaux d'acquisition de données sans fils qui présentent de nombreux avantages. Ils présentent cependant des inconvénients, comme par exemple dans le document US 2004/0121786. En effet, du fait que chacun des noeuds du réseau n'a aucun lien basé sur un support physique avec les autres noeuds du réseau, les noeuds ne peuvent être alimentés par l'intermédiaire des fils ou câbles. L'alimentation en énergie de chacun des noeuds doit donc être effectuée au moyen d'une batterie ayant une autonomie suffisante. De plus, il faut prévoir des moyens spécifiques pour que la référence en temps au niveau de chaque noeud du réseau puisse être connue par chacun des noeuds et puisse d'autre part être synchronisée entre les noeuds pour obtenir des données d'acquisition avec une bonne précision temporelle, ceci n'étant plus, de manière évidente, effectué par l'intermédiaire de fils ou câbles reliant les noeuds. Le document US 2004/0121786 décrit un dispositif constitué d'un réseau de communication et d'acquisition de données sans fils, en particulier applicable à un réseau de capteurs sismiques. Dans ce document et pour dépenser un minimum d'énergie, les données acquises au niveau d'un noeud du réseau sont transmises à un noeud voisin et ainsi de suite de proche en proche jusqu'à un destinataire des données. Cette technique de transmission des données est dite multi-sauts et est employée car l'énergie nécessaire pour transmettre les données depuis un noeud quelconque du réseau vers un destinataire qui n'est pas situé à proximité dudit noeud est plus faible que l'énergie qui serait nécessaire pour transmettre les données depuis un noeud quelconque du réseau directement vers ce destinataire. Dans le cas d'un réseau de capteurs sismiques, le destinataire est un concentrateur. Dans ce document, la référence en temps est de plus connue par chacun des noeuds au moyen d'un système GPS installé dans chacun de ces noeuds. Dans un réseau d'acquisition de données sans fils, utilisant cette technique multi-sauts, il faut de plus prévoir un mode de transmission des données entre les différents noeuds du réseau. Le document US 2004/0121786 prévoit un routage, depuis un noeud recueillant des données vers le destinataire de ces données, qui est aléatoire et auto-organisé. Dans ce type de routage, des noeuds du réseau, émettant leurs propres données et relayant celles des autres, sont souvent soumis à congestion. En effet, le réseau comprend un nombre de noeuds relativement limité pour lequel l'équiprobabilité de la répartition des données à faire cheminer entre noeuds n'est pas optimisée. De plus, dans le cas d'une application sismique, le destinataire des données acquises au niveau des noeuds étant le concentrateur, les noeuds situés à proximité de ce concentrateur sont spécialement soumis à congestion. Pour remédier à ce problème de congestion de certains noeuds le document US 2004/0121786 prévoit une pondération des chemins, c'est-à-dire l'application de probabilités différentes entre les différents chemins possibles, afin d'éviter que des noeuds congestionnés ne reçoivent encore plus de données. Toutefois, cela s'avère nettement insuffisant, en particulier dans le cas d'une application sismique et pour les noeuds situés à proximité du concentrateur, ce qui a pour conséquences d'allonger certains parcours entre un noeud recueillant des données et le destinataire de ces données, augmentant d'autant le temps de traitement des données. Les réseaux d'acquisition de données sans fils doivent donc être améliorés, notamment dans le cadre d'une application à un réseau de capteurs sismiques. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif d'acquisition de données constitué d'un réseau sans fils comprenant un ensemble de noeuds, chaque noeud comportant un émetteur et un récepteur pour émettre et/ou recevoir et/ou relayer des données et/ou des commandes et un système de positionnement par satellite, caractérisé en ce que chaque système de positionnement par satellite comprend des moyens pour fournir des données propres utilisées pour: - horodater les données par rapport à une référence en temps commune, - organiser de manière parfaitement contrôlée un accès au réseau sans fils et - router des données et/ou des commandes au sein du réseau. Ce but est également atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un procédé d'acquisition de données au sein d'un réseau sans fils comprenant un ensemble de noeuds, ledit procédé comprenant les étapes consistant à - émettre et/ou recevoir et/ou relayer des données et/ou des commandes depuis au moins un noeud du réseau, ledit noeud comprenant un émetteur et un récepteur; fournir des données propres depuis un système de positionnement par satellite situé dans chaque noeud du réseau; horodater les données par rapport à une référence en temps commune, organiser de manière parfaitement contrôlée un accès au réseau sans fils et router des données et/ou des commandes émises et/ou reçues et/ou relayées au sein du réseau. 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: - Fig. 1 représente un appareil utilisé dans le dispositif conforme à la présente invention; - Fig. 2 représente un réseau sans fils constitué d'un ensemble de noeuds conformément à la présente invention. - Fig. 3 représente un réseau sans fils conforme à celui de la Fig. 2 lors d'une phase de fonctionnement. La figure 1 montre un appareil utilisé dans le cadre de la présente invention. Installé au sein du dispositif conforme à la présente invention, cet appareil forme un noeud d'un réseau sans fils. L'appareil 100 comprend au moins un capteur de signal 110, 111, 112. Chaque capteur 110, 111, 112 mis en oeuvre est relié à un convertisseur analogique-numérique, à savoir respectivement 120, 121 et 122 dont la fonction est de convertir les échos captés par ledit au moins un capteur 110, 111, 112 sous forme de données numériques. Des moyens associés au convertisseur analogique-numérique sont prévus pour coupler une information d'horodatage auxdites données numériques générées dans le convertisseur analogique-numérique. Dans le cas d'une application sismique, l'appareil 100 est posé ou planté dans le sol, et le capteur sismique 110, 111, 112 a pour fonction de capter les échos des ces ondes émises par les sources sismiques. L'appareil 100 comprend également un système de positionnement par satellite (ou SPS) 130 afin de fournir la position du capteur relativement à une référence géographique locale. Typiquement, pour les applications sismiques, une précision relative de l'ordre du mètre est suffisante. Ce système de positionnement par satellite fournit également l'heure universelle. Typiquement, pour les applications sismiques, une précision de l'ordre de la microseconde est suffisante. L'appareil 100 comprend encore un émetteur 140 et un récepteur 150 d'ondes radio pour émettre d'une part les données acquises par un capteur sismique 110, 111, 112 et pour d'autre part recevoir et/ou relayer les données acquises par un capteur quelconque du réseau situé dans un autre appareil conforme à l'appareil 100. L'émetteur 140 et le récepteur 150 comprennent respectivement une antenne 141 et une antenne 151. L'appareil 100 comprend également un moyen de mémorisation (non représenté) des données acquises par un capteur 110, 111, 112 ou acquise par un capteur situé dans un autre appareil d'acquisition de données, c'est-à-dire un autre noeud du réseau, un contrôleur (non représenté) pour gérer le bon fonctionnement des différents sous- appareils 110, 120, 130, 140, 150, du moyen de mémorisation et pour gérer notamment l'échange d'information entre ces différents sous-appareils. L'ensemble des moyens compris dans l'appareil 100 est alimenté avec une batterie autonome par l'intermédiaire d'un système de connexion non représenté. Un moyen adapté 161 est prévu pour que la batterie 160 soit rechargeable. En effet, l'emploi d'une batterie rechargeable est nécessaire du fait de la consommation des différents sous-appareils de l'appareil 100, et notamment du système de positionnement par satellite. De plus, dans le cas de l'acquisition de données sismiques, l'évolution des phénomènes est relativement rapide et nécessite donc d'effectuer des mesures relativement fréquentes pour suivre l'évolution de ces phénomènes. Par suite, il est donc nécessaire d'alimenter en énergie relativement fréquemment les différents sous-appareils, ce qui limite d'autant l'autonomie de la batterie. Or, en exploitation, l'autonomie d'une batterie doit atteindre au minimum un mois, ce qui n'est pas le cas aujourd'hui. L'acquisition de données sismiques est basée sur un procédé statistique, c'est-à-dire que le capteur doit recevoir une multitude de fois une onde émise par une source sismique localisée en un endroit donné de sorte que les expériences successives sont répétables et permettent d'obtenir une image claire des couches du sous-sol. Le procédé étant basé sur une mesure de temps de propagation d'une onde sismique entre une source sismique et le capteur 110, 111, 112 et donc de l'appareil 100, il est indispensable d'avoir une bonne précision temporelle des mesures. A cette fin le système de positionnement par satellite équipant chaque noeud fournit une référence en temps commune à tous les noeuds du réseau permettant d'horodater avec précision l'acquisition des données sismiques. Typiquement, la spécification temporelle pour une expérience est de l'ordre de 10ps et une précision de l'ordre du mètre sur la position de la source et du capteur est suffisante. La figure 2 montre un réseau d'acquisition de données sans fils comprenant un ensemble de noeuds, chaque noeud étant un appareil 100 tel que représenté sur la figure 1. Dans le cas d'une application au domaine sismique, le réseau comprend en outre un concentrateur 200 qui a pour fonctions de centraliser les différentes données émises et/ou reçues et/ou relayées par les noeuds et d'organiser le réseau par le biais de commandes qu'il envoie vers les noeuds du réseau. L'émetteur 140 et le récepteur 150 servent donc également à passer les commandes, en provenance du concentrateur 200 vers les noeuds 100. Le cas échéant, ce concentrateur 200 peut également servir de référence géographique locale pour tous les noeuds du réseau. Dans tous les cas, la position du concentrateur 200 doit être connue avec précision, par exemple au moyen d'un système de positionnement par satellite compris dans le concentrateur 200. Le mode de transmission des données et/ou des commandes entre les différents noeuds du réseau est organisé de manière contrôlée, par le concentrateur 200. Pour cela, le concentrateur 200 s'appuie sur des données propres fournies par les systèmes de positionnement par satellite 130 de chacun des noeuds. Plus précisément, comme le système de positionnement par satellite 130 d'un noeud du réseau comprend des moyens pour connaître la position des noeuds 100 et du concentrateur 200 au sein du réseau relativement à une référence locale et des moyens pour connaître l'heure universelle, cette heure universelle étant également connue par le concentrateur 200, le concentrateur 200 connaît la position des noeuds (direction, distance) par rapport à lui et, en combinaison avec la référence en temps commune, connaît à chaque instant dans quels noeuds se trouvent les commandes et/ou les données et en quelles quantités. De ce fait, le concentrateur 200 est en mesure d'organiser de manière contrôlée l'accès au réseau sans fils, le routage des données et/ou des commandes ainsi que le séquencement temporel du fonctionnement de l'émetteur 140 et du récepteur 150 de chacun des noeuds 100. Pour ce faire, chaque noeud 100 du réseau se fait attribuer des créneaux horaires dans lesquels il doit émettre, des créneaux horaires dans lesquels il doit conserver dans le moyen de mémorisation du noeud les commandes et/ou les données acquises par un capteur 110, 111, 112 et issues d'un convertisseur analogique-numérique 120, 121, 122 ou des données provenant d'autres noeuds, et enfin des créneaux horaires dans lesquels il doit recevoir les commandes et/ou les données provenant d'un ou plusieurs autres noeuds. Par ce mode de transmission de données organisé de manière contrôlée, la congestion des noeuds est minimisée et le temps de traitement des données depuis leurs détections au niveau d'un capteur jusqu'à leur arrivée au destinataire est également minimisé. En conséquence, le débit effectif global du dispositif est optimisé. De plus, les créneaux horaires pendant lesquels un noeud n'émet ou ne transmet pas sont mis à profit pour mettre en veille le noeud. Ainsi, sur ce créneau horaire, la batterie consomme une quantité négligeable, ce qui augmente son autonomie. On comprend que cet avantage est directement lié à l'invention car un mode de transmission aléatoire et auto-organisé, tel que décrit dans l'art antérieur, nécessite que tous les noeuds du réseau puissent émettre et/ou recevoir et/ou relayer des données et/ou des commandes à chaque instant. Comme précisé ci-dessus, les créneaux horaires pendant lesquels le noeud est mis en veille sont des créneaux horaires où des commandes et/ou des données sont stockées dans le moyen de mémorisation d'un noeud. Ce moyen de mémorisation est de préférence une mémoire tampon cyclique, qui permet certes de stocker des données et/ou des commandes mais qui permet également, au moyen de l'heure universelle fournie par le système de positionnement par satellite 130 d'un noeud 100, de dater les données et/ou les commandes. Cette mémoire permet de remonter dans le temps jusqu'à une date qui dépend de la profondeur mémoire. Cette mémoire est en mesure de fournir à l'émetteur 140 des données préenregistrées entre deux dates déterminées. Le mode de transmission de la présente invention permet également d'organiser de manière contrôlée les fréquences radio 5 utilisées lors d'un saut des données entre deux noeuds. La figure 3 présente un réseau d'acquisition de données sans fils conforme à celui de la figure 2, et dans lequel le cercle 300 représente la portée d'une onde émise par un noeud 100 du réseau et transmettant des commandes et/ou des données acquises au niveau du noeud 100 et/ou relayées par ce noeud 100. Cette onde 300 peut atteindre une multitude de récepteurs situés dans d'autres noeuds du réseau, toutefois, il est utile de ne communiquer ces données qu'à un seul d'entre eux, pour conduire de proche en proche les données vers le destinataire final. Pour ce faire, le concentrateur 200 qui organise le réseau contrôle donc la fréquence de l'onde émise par le noeud 100 et spécifie au récepteur 450 du noeud 400 cette fréquence radio pour recevoir les données. Dans le même temps, le concentrateur 200 s'assure que tous les autres noeuds situés à portée de l'onde émise par le noeud 100 sont totalement transparents à cette fréquence radio. Ceci est possible du fait que les positions relatives des noeuds entre eux et la position du concentrateur 200 sont parfaitement connues. La gestion spatio-temporelle de la transmission des données évite toute collision de données entre les différents noeuds. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit cidessus. En particulier on peut envisager que l'appareil 100 ne comporte qu'une seule antenne 141 ou 151 commune à l'émetteur 140 et au récepteur 150, l'appareil comprenant alors un commutateur. La référence géographique locale utilisée pour positionner les différents noeuds du réseau peut être le concentrateur, notamment pour des applications sismiques, cependant un appareillage distinct peut être employé à cet effet. Le système de positionnement par satellite mis en oeuvre dans un appareil 100 peut être le système GPS mais tout autre moyen équivalent peut aussi être envisagé. La présente invention n'est pas limitée à l'application au domaine sismique dans lequel un concentrateur organise et centralise les données mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. En particulier, un réseau de noeuds échangeant des données et dans lequel le destinataire de données est un autre noeud du réseau est conforme à la présente invention, l'organisation contrôlée de la transmission des données décrites cidessus étant effectuée par les noeuds eux-mêmes. Enfin, un réseau de noeuds sans fils conforme à la présente invention n'est pas limité à un dispositif d'acquisition de données mais peut s'étendre à tout dispositif de communication. 11 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'acquisition de données constitué d'un réseau sans fils comprenant un ensemble de noeuds (100), chaque noeud (100) comportant un émetteur (140) et un récepteur (150) pour émettre et/ou recevoir et/ou relayer des données et/ou des commandes et un système de positionnement par satellite (130), caractérisé en ce que chaque système de positionnement par satellite (130) comprend des moyens pour fournir des données propres utilisées pour: - horodater les données par rapport à une référence en temps commune, - organiser de manière parfaitement contrôlée un accès au réseau sans fils et - router des données et/ou des commandes au sein du réseau. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque système de positionnement par satellite (130) comprend des moyens pour fournir des données propres utilisées pour organiser de manière contrôlée un séquencement temporel du fonctionnement de l'émetteur (140) et du récepteur (150) de chacun des noeuds (100). 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque système de positionnement par satellite (130) comprend des moyens pour fournir des données propres utilisées pour organiser de manière contrôlée l'attribution d'une fréquence radio spécifique entre un émetteur (140) et un récepteur (450), respectivement situés dans des noeuds (100) et (400) distincts du réseau. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réseau comprend un concentrateur (200) qui organise de manière contrôlée, sur la base des données propres fournies par le système de positionnement par satellite (130), l'accès au réseau sans fils, le routage au sein du réseau des données et/ou des commandes qu'il génère, le séquencement temporel du fonctionnement de l'émetteur (140) et du récepteur (150) de chacun des noeuds (100), et l'attribution d'une fréquence radio spécifique entre un émetteur (140) et un récepteur (450) respectivement situés dans des noeuds (100) et (400) distincts du réseau. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un noeud (100) comprend au moins un capteur (110, 111, 112), au moins un convertisseur analogique-numérique (120, 121, 122) pour convertir les données issues dudit au moins un capteur (110, 111, 112) et des moyens associés au convertisseur analogique- numérique (120, 121, 122) pour coupler une information d'horodatage auxdites données. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de positionnement par satellite (130) associé à un noeud (100) comprend des moyens pour situer la position des noeuds (100) au sein du réseau relativement à une référence géographique locale et des moyens pour connaître l'heure universelle. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la référence géographique locale est déterminée au moyen d'un système de positionnement par satellite compris dans le concentrateur (200). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque noeud (100) comprend un moyen de mémorisation de données. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de mémorisation de données est une mémoire stockant les données propres fournies par le système de positionnement par satellite (130), les données issues dudit au moins un convertisseur analogique-numérique (120, 121, 122) d'un noeud (100), des données et/ou des commandes provenant d'autres noeuds du réseau. 10. Appareil d'acquisition de données caractérisé en ce qu'il est 30 conforme à un noeud (100) du dispositif selon l'une des revendications précédentes. 11. Procédé d'acquisition de données au sein d'un réseau sans fils comprenant un ensemble de noeuds, ledit procédé comprenant les étapes consistant à : - émettre et/ou recevoir et/ou relayer des données et/ou des commandes depuis au moins un noeud (100) du réseau, ledit noeud comprenant un émetteur et un récepteur; - fournir des données propres depuis un système de positionnement par satellite (130) situé dans chaque noeud (100) du réseau; - horodater les données par rapport à une référence en temps commune, - organiser de manière parfaitement contrôlée un accès au réseau sans fils et - router des données et/ou des commandes émises et/ou reçues et/ou relayées au sein du réseau. 12. Procédé selon la revendication 11, comprenant une étape consistant à : - organiser de manière parfaitement contrôlée un séquencement temporel du fonctionnement d'un émetteur (140) et d'un récepteur (150) compris dans chacun des noeuds (100). 13. Procédé selon la revendication 12, comprenant les étapes consistant à : - attribuer des créneaux horaires pendant lesquels un noeud (100) du réseau doit émettre des données et/ou des commandes, - attribuer des créneaux horaires pendant lesquels un noeud (100) du réseau doit recevoir des données et/ou des commandes, attribuer des créneaux horaires pendant lesquels un noeud (100) du réseau doit se mettre en veille. 14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, comprenant une étape consistant à : - organiser de manière contrôlée l'attribution d'une fréquence radio spécifique entre un émetteur (140) et un récepteur (450), respectivement situés dans des noeuds (100) et (400) distincts du réseau. 15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, comprenant une étape consistant à : mémoriser les données propres fournies par le système de positionnement par satellite (130) et/ou des données issues d'au moins un convertisseur analogique-numérique (120, 121, 122) d'un noeud (100) et/ou des données provenant d'autres noeuds du réseau et/ou des commandes provenant d'autres noeuds du réseau.