Brevet FR2997759A1 — publié le 20140509

RESEAU INTELLIGENT DE COMMUNICATION DE DONNEES PAR RADIO, NOTAMMENT POUR LA TELERELEVE DE COMPTEURS DE FLUIDE. L'invention est relative à un réseau intelligent de communication de données par radio, du genre de ceux qui comportent : - un réseau de collecte constitué : - de capteurs et/ou de compteurs équipés de dispositifs radio communicants, en émission et en réception, à puissance d'émission réglable entre une valeur minimale et une valeur maximale, - de points d'accès, équipés de modules de communication radio en émission et en réception, assurant la collecte des données fournies par les dispositifs radio communicants, - et un système d'information central constitué d'au moins un serveur, d'au moins une base de données, et d'au moins un poste d'exploitation, ce système étant programmé pour traiter et stocker l'ensemble des données recueillies et pour piloter tout ou partie du réseau de collecte. L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un tel réseau dans le cadre de la télérelève des compteurs de fluide, notamment compteurs d'eau et/ou de gaz. Les réseaux de télécommunication utilisés pour la transmission de données sont de deux types : - des réseaux adossés à des infrastructures de communication filaire, - des réseaux adossés à des infrastructures de communication radio. L'invention concerne essentiellement les réseaux adossés à des infrastructures de communication radio, constituant des systèmes à diffusion, à la différence des systèmes connectés. Les solutions mises en oeuvre actuellement sur les réseaux intelligents basés sur des communications radio font appel à des dispositifs radio communicants qui émettent à leur puissance maximale et utilisent l'ensemble du spectre radio électrique mis à la disposition de ces réseaux. Il en résulte plusieurs inconvénients importants, particulièrement pour les bandes de fréquences dont les puissances d'émission sont supérieures à 50 mW, par exemple les bandes de fréquence définies par les Annexes 1G3 et 2B de la Recommandation européenne ERC 70-03. Parmi ces inconvénients, on peut citer : - perturbations d'un point d'accès trop proche de dispositifs radio communicants ; - augmentation du risque de collision entre des émissions de plusieurs dispositifs radio communicants, en raison du fait que de multiples dispositifs radio communicants peuvent se trouver sous la couverture d'un même point d'accès, et être vus par ce point ; - un nombre potentiellement élevé de points d'accès recevant les données d'un même dispositif radio communicant ; - une autonomie non optimisée de la source d'énergie électrique, en général une batterie, de chaque dispositif radio communicant. L'invention a pour but, surtout, de proposer un réseau intelligent de communication de données qui ne présente plus, ou à un degré moindre, les inconvénients évoqués ci-dessus. Il est souhaitable, en particulier, que le réseau permette de maîtriser la communication et la demande énergétique. Selon l'invention, un réseau intelligent de communication de données par radio, du genre défini précédemment, est caractérisé en ce que le système d'information central est programmé pour commander la puissance d'émission de chaque dispositif radio communicant de telle sorte que ce dispositif soit vu par un nombre de points d'accès compris entre une limite inférieure Ni et une limite supérieure N2. De préférence, le système d'information central est programmé : - pour baisser la puissance d'émission du dispositif radio communicant si ce dernier est vu par un nombre de points d'accès supérieur à N2, sous réserve que la puissance minimale d'émission ne soit pas atteinte, - et pour augmenter cette puissance d'émission si le dispositif radio communicant est vu par un nombre de points d'accès inférieur à Ni, sous réserve que la puissance maximale d'émission ne soit pas atteinte. Avantageusement, le nombre Ni est choisi égal à 2, tandis que le nombre N2 est choisi égal à 8, ce qui permet de disposer d'un réseau particulièrement fiable. L'invention proposée repose sur deux grands axes : - réglage de la puissance d'un dispositif radio communicant prenant en compte l'évolution de son environnement : - évolution du réseau intelligent, suite à l'ajout, ou au retrait de points d'accès, ou à une densification des dispositifs radio communicants, - évolution de l'environnement externe, par exemple en raison de la construction d'habitations ou d'ouvrages ayant un impact sur la propagation des ondes radio, - automatisation de l'ajustement de la puissance d'émission. Le système d'information central est avantageusement programmé pour que l'asservissement de la puissance d'émission d'un dispositif radio communicant soit effectué selon les étapes suivantes : - collecte de données de supervision, par mesure des niveaux d'émission des dispositifs radio communicants, au niveau des récepteurs des points d'accès, supervision de la qualité de la liaison radio, - analyse des données recueillies, - sélection de la puissance d'émission à appliquer, - émission d'une commande de réglage de la puissance d'émission par un poste d'exploitation qui transmet l'instruction aux dispositifs radio communicants. Avantageusement, le réseau de collecte est constitué de compteurs de fluides, en particulier de compteurs d'eau ou de gaz, munis de dispositifs radio communicants, en émission et en réception, notamment pour transmettre des relevés de consommation à des instants déterminés. Au moins un dispositif radio communicant peut être programmé pour augmenter de lui-même sa puissance d'émission lorsque son récepteur ne reçoit pas de message sur une période déterminée, en particulier d'un mois. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ces dessins : Fig. 1 est un schéma synoptique simplifié d'un réseau intelligent de communication de données par radio, selon l'invention. Fig. 2 est un schéma simplifié des étapes du programme du système 25 d'information central pour l'ajustement de la puissance d'émission d'un dispositif radio communicant, et Fig. 3 est un schéma simplifié illustrant l'asservissement de la puissance d'émission dans un réseau de communication selon l'invention. En se reportant à Fig. 1 des dessins, on peut voir un réseau 30 intelligent R de communication de données par radio qui comporte un réseau de collecte A et un système d'information central B. Le réseau de collecte A comprend des équipements terminaux el ... en, dont le nombre peut être de plusieurs milliers. Sur le dessin, n'ont été représentés que huit équipements terminaux el -e8. 35 Ces équipement terminaux sont constitués soit par des compteurs de fluide, en particulier des compteurs d'eau ou de gaz pour des consommateurs particuliers ou des collectivités, soit par des capteurs dans les domaines de l'industrie, par exemple des capteurs de débit, de pression, de température, d'humidité, de niveau, de vitesse, ou des capteurs acoustiques, des capteurs de conductivité, de turbidité, de mesure du pH ou de taux de H2S. Il peut s'agir également de capteurs dans l'habitat et les activités tertiaires, tels que des capteurs de détection d'intrusion, ou de fumée, ou d'oxyde de carbone CO. Les équipements terminaux sont équipés d'un module de communication radio en émission et en réception et sont désignés par l'expression "dispositifs radio communicants". Dans le cas de compteurs de fluide, notamment de compteurs d'eau, il s'agit de compteurs équipés de systèmes de télérelève permettant de lire et de transmettre à distance au moins les index de communication de fluide donnés par le compteur. La puissance d'émission de chaque dispositif radio communicant est réglable entre une valeur minimale et une valeur maximale. La commande de réglage peut être effectuée par instruction envoyée par radio avec un code propre à chaque dispositif radio communicant. L'invention s'applique à toutes les bandes de fréquences utilisées par les réseaux intelligents, et notamment les bandes de fréquences ISM (Industriel, Scientifique, Médical) et la bande de fréquences définie par l'Annexe 2B de la Recommandation européenne ERC 70-03. En fonction de la largeur de bandes, la bande peut être subdivisée en n canaux ; chaque dispositif radio communicant émet sur un canal. Le réseau de collecte comprend également des points d'accès Pi, P2, P3... généralement en nombre inférieur à celui des équipements terminaux. Ces points d'accès assurent la collecte des données fournies par les dispositifs radio communicants el .... e8. Les points d'accès Pi-P3 sont équipés de modules de communication radio en émission et en réception. Les récepteurs des points d'accès sont en écoute permanente. Chaque dispositif radio communicant el e8 envoie un message de durée limitée, par exemple de 200 millisecondes, Les dispositifs radio communicants n'envoient un message qu'un nombre limité de fois par jour, par exemple deux fois par jour. à intervalles de 12 h. Chaque message contient au moins l'index de consommation de fluide, et l'identification du compteur. Un même point d'accès Pi-P3 peut voir plusieurs dispositifs radio communicants, c'est-à-dire recevoir les émissions de ces différents dispositifs radio communicants. Notamment, un point d'accès peut voir jusqu'à plusieurs milliers de dispositifs radio communicants de compteurs d'eau, par exemple de l'ordre de 20 000. Dans l'exemple de Fig. 1, le point d'accès P1 « voit » les dispositifs radio communicants el , e2, e3, tandis que le point d'accès P2 voit les dispositifs communicants e3, e4, e5, e6. Le système d'information central B est constitué d'au moins un poste d'exploitation F, d'un serveur S, et d'une base de données D. Le système B peut communiquer par liaison radio ou liaison filaire avec les différents points d'accès P1-P3, par messages codés, et peut envoyer des instructions par radio également par messages codés, à chacun des dispositifs radio communicants el -e8, via un point d'accès. Le système d'information central B peut ainsi traiter et stocker l'ensemble des données recueillies par les points d'accès, en provenance des dispositifs radio communicants, et piloter tout ou partie du réseau de collecte par messages envoyés aux points d'accès et/ou aux dispositifs radio communicants. Dans un tel réseau intelligent, un point d'accès trop proche de dispositifs radio communicants peut connaître des perturbations. Les risques de collision dus à de multiples dispositifs radio communicants, sous couverture d'un même point d'accès, sont accrus. Le nombre de points d'accès recevant les données d'un même dispositif radio communicant peut être relativement élevé. En outre, les dispositifs radio communicants étant alimentés par batterie, il est important de réduire leur consommation. Selon l'invention, la puissance d'émission d'un dispositif radio communicant el -e8 est asservie de telle sorte que chaque dispositif radio communicant el -e8 soit vu par un nombre de points d'accès Pi-P3 compris entre une limite inférieure Ni et une limite supérieure N2. Avantageusement, Ni est égal à 2, de sorte que l'on maintient le lien entre un dispositif radio communicant et au moins deux points d'accès. N2 peut être égal à 8. Le système d'information central B programmé selon l'invention procède aux opérations suivantes : - réglage de la puissance d'un dispositif radio communicant en prenant en compte l'évolution de son environnement : - évolution du réseau intelligent, par suite de l'ajout/retrait de points d'accès, de la densification des dispositifs radio communicants el-e8; - évolution de l'environnement externe : notamment construction d'habitations ou d'ouvrages ayant un impact sur la propagation des ondes radio, - automatisation de l'ajustement de la puissance d'émission du dispositif radio communicant par envoi d'un message ml schématisé par un trait en tirets sur Fig. 1 entre le poste d'exploitation et le dispositif radio communicant concerné, el selon l'exemple considéré. Le message ml est un message codé, selon un code spécifique au dispositif radio communicant concerné qui seul est affecté par ce message. Le message ml (commande de réglage de la puissance) est envoyé au dispositif communicant el via le point d'accès pi. Toutefois, ce message n'est pas interprétable par le point d'accès pi. Le point d'accès se contente de transporter le message. Ceci est schématisé sur le dessin par un trait en tirets provenant du poste d'exploitation F et traversant sans interruption le point d'accès Pl, pour aboutir sur le dispositif communicant el . L'asservissement de la puissance d'émission, assuré par le système d'information central programmé selon l'invention, est avantageusement mis en oeuvre selon les étapes suivantes schématisées sur Fig. 2: 1/ une étape H1 de collecte de données de supervision reçues par le système d'information central B en provenance des points d'accès Pi-P3. Ces données de supervision concernent les différents dispositifs radio communicants el -e8 et comportent une mesure des niveaux d'émission de chaque dispositif radio communicant el -e8, effectuée au niveau des récepteurs des points d'accès Pl-P3. 2/ l'étape suivante H2 consiste en une analyse des données disponibles : évaluation, par les points d'accès, du niveau de réception des émissions de chaque dispositif radio communicant : niveau de réception trop haut ou trop faible ; détermination du nombre de points d'accès en visibilité de l'émetteur de chaque dispositif radio communicant : nombre trop important ou trop faible ; détermination du taux d'erreurs de trames ou du taux d'erreurs de bits. 3/ la troisième étape H3 consiste dans la sélection de la puissance d'émission à appliquer à un dispositif radio communicant, en programmant les opérations suivantes : - baisse de la puissance d'émission si le dispositif radio communicant est vu par un nombre de points d'accès trop élevé, c'est-à-dire supérieur à la limite N2, cette baisse n'étant envisagée que si la puissance minimale d'émission n'est pas déjà atteinte ; - augmentation de la puissance d'émission si le dispositif radio communicant est vu par un nombre insuffisant de points d'accès, c'est-à-dire un nombre inférieur à la limite Ni ; toutefois, cette augmentation ne sera commandée que si la puissance maximale d'émission n'est pas déjà atteinte. 4/ la quatrième étape consiste en l'émission d'une commande de réglage de la puissance d'émission du dispositif radio communicant, el dans l'exemple considéré, par le poste d'exploitation F qui envoie l'ordre de réglage sous forme du message codé ml directement reçu par le récepteur du dispositif radio communicant el. Fig. 3 est un schéma illustrant l'asservissement selon l'invention, avec des étiquettes résumant les situations et les interventions. Avant réception de la commande de réglage, le dispositif radio communicant el selon l'étiquette Li est vu par l'ensemble des points d'accès Pi, P2, P3, comme schématisé par les flèches en tirets sur Fig.3. Pour optimiser l'utilisation du spectre, il est souhaitable de réduire le nombre de points d'accès voyant le dispositif el et d'en ajuster (réduire dans le cas présent) la puissance d'émission et donc la portée, comme schématisé selon l'étiquette Li. Le poste d'exploitation F, selon l'étiquette L2, analyse le niveau de réception du signal émis par le dispositif radio el au niveau de chaque point d'accès Pi-P3, ainsi que la qualité du signal reçu. En fonction de ces données et du nombre de points d'accès recevant le signal, le poste d'exploitation F ajuste la puissance d'émission du dispositif radio el en lui envoyant une commande ml d'ajustement de la puissance. Après ajustement, le signal représenté par un trait continu provenant du dispositif radio el n'est reçu que par les deux points d'accès PI et P2. L'étiquette L3 signale qu'après ajustement le point d'accès P3 ne reçoit plus le signal émis par le dispositif radio communicant el. La boucle d'asservissement de la puissance d'émission est schématisée par le contour Ci. Les augmentations ou baisses de la puissance d'un dispositif radio communicant sont effectuées par paliers jusqu'à obtenir que le dispositif radio communicant soit vu par un nombre de points d'accès compris entre les limites indiquées, la puissance d'émission restant comprise entre les limites mini et maxi. On prévoit avantageusement qu'un dispositif radio communicant dont le récepteur ne reçoit pas de message sur une période déterminée, par exemple d'un mois, augmente de lui-même sa puissance d'émission. Le temps d'écoute au niveau de chaque dispositif radio communicant est limité dans le temps et est généralement choisi sur un intervalle de temps qui suit une émission d'information par ce dispositif radio communicant. Ceci permet d'éviter, ou de réduire, les risques de brouillage dus à des informations provenant de deux ou plusieurs points d'accès. Les principaux avantages apportés par l'invention consistent en : - une optimisation du spectre radio électrique disponible, - une réponse adaptée à la problématique des zones denses comportant de nombreux dispositifs radio communicants sur une faible surface, - une adaptation automatique du réseau intelligent en fonction de l'avancement de son déploiement. Une application particulièrement intéressante de l'invention concerne les réseaux intelligents de télérelève de compteurs d'eau et/ou de gaz. De nombreuses autres applications industrielles sont possibles telles que : - systèmes de télérelève de compteurs d'électricité, - systèmes de surveillance de capteurs dans les domaines de l'industrie : par exemple capteurs de débit, de pression, de température, d'humidité, de niveau, de vitesse, ou capteurs acoustiques, capteurs de conductivité, de turbidité, de mesure du pH, de taux de H2S ; - systèmes de surveillance de capteurs dans l'habitat et les activités tertiaires : capteurs de détection d'intrusion, de fumée, d'oxyde de carbone CO. 15 REVENDICATIONS1. Réseau intelligent de communication de données par radio comportant : - un réseau de collecte (A) constitué : - de capteurs et/ou de compteurs équipés de dispositifs radio communicants (el ...e8), en émission et en réception, à puissance d'émission réglable entre une valeur minimale et une valeur maximale, - de points d'accès, équipés de modules de communication radio en émission et en réception, assurant la collecte des données fournies par les dispositifs radio communicants, - et un système d'information central (B) constitué d'au moins un serveur (S), d'au moins une base de données (D), et d'au moins un poste d'exploitation (F), ce système étant programmé pour traiter et stocker l'ensemble des données recueillies et pour piloter tout ou partie du réseau de collecte. caractérisé en ce que le système d'information central (B) est programmé pour commander la puissance d'émission de chaque dispositif radio communicant (el ...e8) de telle sorte que ce dispositif soit vu par un nombre de points d'accès compris entre une limite inférieure Ni et une limite supérieure N2. 2. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'information central (B) est programmé : - pour baisser la puissance d'émission du dispositif radio communicant si ce dernier est vu par un nombre de points d'accès supérieur à N2, sous réserve que la puissance minimale d'émission ne soit pas atteinte, - et pour augmenter cette puissance d'émission si le dispositif radio communicant est vu par un nombre de points d'accès inférieur à Ni, sous réserve que la puissance maximale d'émission ne soit pas atteinte. 3. Réseau selon la revendication 2, caractérisé en ce que le nombre Ni est choisi égal à 2. 4. Réseau selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le nombre N2 est choisi égal à 8. 5. Réseau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d'information central (B) est programmé pour que l'asservissement de la puissance d'émission d'un dispositif radio communicant (el ,..e8) soit effectué selon les étapes suivantes :- collecte de données de supervision, par mesure des niveaux d'émission des dispositifs radio communicants, au niveau des récepteurs des points d'accès, - analyse des données recueillies, - sélection de la puissance d'émission à appliquer, - émission d'une commande ( ml ) de réglage de la puissance d'émission par un poste d'exploitation (F) qui transmet l'instruction aux dispositifs radio communicants. 6. Réseau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau de collecte (A) est constitué de compteurs de fluide, en particulier de compteurs d'eau ou de gaz, munis de dispositifs radio communicants, en émission et en réception, notamment pour transmettre des relevés de consommation à des instants déterminés. 7. Réseau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif radio communicant est programmé pour augmenter de lui-même sa puissance d'émission lorsque son récepteur ne reçoit pas de message sur une période déterminée, en particulier d'un mois.20