Brevet FR3155993A1 — publié le 20250530

Dispositif polyvalent de communication LoRa sécurisée à sauts de fréquences et échange de clés. L’invention concerne un dispositif couplant l’emploi du protocole de communication LoRa avec des techniques de sauts de plages de fréquences pour transmettre, recevoir et relayer des données, des commandes et des messages. Le dispositif ainsi constitué permet de bénéficier des avantages suivants : une grande postée avec une faible consommation électrique, une détectabilité faible grâce aux modules LoRa intégrés dans notre dispositif et une résilience au brouillage et à l’interception grâce à l’évasion de fréquence. Dispositif de communication LoRa sécurisée à sauts de fréquences L’invention concerne un dispositif de communication discrète hautement sécurisée utilisant le protocole LoRa avec évasion de fréquence par plages de fréquences disjointes et par changement de canaux au sein de chaque plage, tout en étant basse consommation électrique. Le protocole de communication LoRa permet l’émission de courts messages constitués de paquets de données et ainsi une communication discrète. Notre dispositif de communication hautement sécurisée est polyvalent car il transmet, reçoit et relaye des commandes numériques, des messages au format texte : texte-LoRa, des courts messages vocaux préalablement transcrit en texte puis envoi de ce texte par les modules LoRa intégrés à notre dispositif de communication : voix-texte-LoRa. Pour une communication hautement sécurisée sur des distances pouvant atteindre plusieurs kilomètres, notre dispositif de communication met en œuvre plusieurs modules LoRa pour transmettre et relayer un message ou un ensemble de commandes permettant de piloter à longue distance un ou plusieurs actionneurs. Il permet également aux hommes de terrain d’échanger, relayer des commandes, des informations avec un maximum de sécurité et de discrétion. L’aspect sécurité de notre dispositif de communication est réalisé par la mise en œuvre d’un mécanisme de communication par évasion de fréquences sur plusieurs plages disjointes de fréquence et par changement de canal par plage de fréquence suivant une clé transmise dans le message échangé. Il devient alors difficile de détecter et de localiser notre dispositif de communication LoRa notamment par un scanner de fréquences. Notre dispositif de communication est capable de constituer différentes topologies de réseaux de communications statiques ou mobiles, et d’utiliser les nœuds du réseau comme relais intermédiaires pour augmenter la distance de communication. Notre dispositif de communication est associé à des capteurs/actionneurs déposés sur le terrain, et /ou est porté par l’homme de terrain qui devient alors un nœud dynamique du réseau. L'évasion de fréquence est une technique utilisée dans les communications sans fil pour améliorer la sécurité et la résistance aux interférences. Cette méthode consiste à changer de fréquence de transmission à des intervalles réguliers et synchronisés entre l'émetteur et le récepteur. L'idée est de rendre plus difficile la détection et l'interception des signaux, ainsi que de réduire les risques d'interférences provenant d'autres dispositifs opérant sur la même fréquence. En effectuant des sauts de fréquence à une cadence rapide et préétablie, ce qui constitue le principe de l’évasion de fréquence, le système de communication peut échapper aux tentatives d'interception ou de brouillage, ce qui renforce la sécurité et la confidentialité des transmissions sans fil. Cette technique est fréquemment utilisée dans les systèmes sans fil sécurisés et d'autres applications sensibles. LoRa est une technologie de communication sans fil à basse consommation d'énergie, conçue principalement pour les applications de l'Internet des objets (IoT). Contrairement aux systèmes traditionnels d'évasion de fréquence, telle que la technique de saut de fréquence utilisée dans le spectre étendu, LoRa utilise une modulation à spectre étalé basée sur la modulation de fréquence et une technique appelée " chirp spread spectrum ". La modulation chirp spread spectrum permet à LoRa d'atteindre de longues portées tout en conservant une faible consommation d'énergie. En général, la robustesse de LoRa face aux interférences et sa capacité à traverser des obstacles font qu'il est moins vulnérable aux problèmes typiques rencontrés par d'autres technologies sans fil. Bien que LoRa n'utilise pas l'évasion de fréquence dans le sens traditionnel, il dispose de mécanismes intégrés pour gérer les interférences et maintenir la fiabilité des communications dans des environnements difficiles. Ainsi, en couplant une approche d’évasion de fréquence par sauts de plages de fréquences et une approche LoRa, le dispositif de communication multi-LoRa ainsi créé, objet du présent brevet, dispose d’atouts de portée, de discrétion et de robustesse inégalés tout en étant basse consommation constituant une des caractéristiques principales de l’invention. Portés ou déposés, les dispositifs de communications tels que décrit précédemment se caractérisent également par leur capacité à constituer plusieurs topologies de réseaux de communication : -Réseau Point à Point (P2P) : Une communication directe entre deux dispositifs LoRa. C'est une configuration simple et directe, idéale pour des applications nécessitant une liaison directe entre deux points. -Réseau Point à Multipoint (P2MP) : Un dispositif LoRa central communique avec plusieurs dispositifs périphériques. Cela peut être utile dans des applications telles que la surveillance, ou tout autre cas où un point central doit collecter des données provenant de plusieurs capteurs distants. -Réseau Mesh : Un réseau maillé où chaque dispositif peut servir de nœud relais pour étendre la portée du réseau. Cela améliore la couverture et la résilience du réseau, permettant aux données de trouver le chemin le plus efficace entre les nœuds. -Réseau Privé : Une organisation peut déployer son propre réseau LoRaWAN pour des besoins spécifiques, par exemple dans un campus d'entreprises ou une installation industrielle. Cela donne un contrôle total sur le réseau et ses performances. -Réseau Hybride : Une combinaison de plusieurs configurations pour répondre à des besoins spécifiques. Par exemple, un réseau hybride peut inclure des liaisons P2P pour la communication directe entre certains dispositifs et un réseau Mesh pour étendre la portée. L’invention se distingue de l’état de l’art par l’utilisation du protocole de communication LoRa pour la communication multi canaux avec saut de plages de fréquences disjointes. Cette caractéristique permet à l’invention de disposer d’une résilience forte en milieu bruité ou encore au brouillage radiofréquence. En outre, cette capacité multifréquence en utilisant le protocole LoRa rend la détection des communications entre les dispositifs difficiles à détecter et à intercepter. Le dispositif de communication hautement sécurisée, objet de ce brevet, est employé en tant que composant de communication polyvalent pour tout objet ou capteur nécessitant la transmission d’information vers ou depuis un ou plusieurs autre(s) périphérique(s) centralisateur(s). Il est utilisé pour l’envoi de commandes à des dispositifs statiques ou mobiles types drones par exemple sans pour autant y être limité, ou encore de messages de type texte : texte-LoRa ou voix-texte-LoRa à des hommes évoluant sur le terrain. Notre dispositif de communication LoRa, couplé à un écran et un moyen de contrôle type clavier pouvant être intégré à l’écran comme c’est le cas par exemple avec un téléphone, une tablette tactile, un ordinateur …, est utilisé pour la transmission bidirectionnelle de données de type texte : texte-LoRa. Notre dispositif de communication multi-modules LoRa couplé à un écran informatique pour l’envoi et la réception de données de texte permet, aux hommes de terrain, un échange d’information discret et sécurisé. Ainsi configuré, notre dispositif de communication de texte multi-modules LoRa constitue un système de communication radio type « talkie-walkie » résiliant et discret. Notre dispositif de communication multi-modules LoRa peut être couplé à un module de reconnaissance vocale pour la transcription textuelle de courts messages avant envoi : voix-texte-LoRa. L’entrée voix est traitée par un module de transcription automatique par reconnaissance de langage. Dans ce cas d’usage, les lois de transmissions entre dispositifs de communication multi-modules LoRa peuvent être adaptées pour garantir la résilience de la transmission, sa robustesse au brouillage RF, sa sécurité par transmissions parcellaires sur plusieurs canaux et/ou par ajout d’une couche de cryptage avant envoi. Le dispositif de communication multi-modules LoRa par transposition de la parole en texte constitue ainsi un système de communication radio type « talkie-walkie » résiliant et discret. Ainsi, notre invention se distingue de l’état de l’art en couplant deux approches différentes de l’utilisation des fréquences à des fins de communication par la transmission de données. Ces données sont des commandes vers des actionneurs distants, des données issues de capteur de terrain, du texte et de courts messages vocaux vers des hommes de terrain et/ou des serveurs et centralisateurs. L’invention se distingue notamment du brevet WO2017129447A1·2017-08-03 qui décrit un procédé informatique de synchronisation pour un nœud dans un réseau cellulaire. Il décrit un procédé de synchronisation d’une première passerelle LoRa destiné à permettre à la première de fonctionner selon le mode de communication de classe B. Notre dispositif de communication utilise les ressources de la technologie et du protocole LoRa pour transmettre des données dont certaines indiqueront la bande de fréquence : LoRa N1, LoRa N 2,… Lora NN, ainsi que le numéro du canal de communication et la classe de fonctionnement dans la bande de fréquence sélectionnée. En fonction du contexte d’emploi, plusieurs modes de synchronisation existent entre les dispositifs de communications tels que des émissions synchrones permettant le partage d’une horloge, l’échange de clés à l’initialisation ou encore l’emploi de blockchain entre les dispositifs de communications. L’invention se distingue du brevet WO2017068305A1 qui décrit un procédé de réveil d'une station de base, actionneur, station de base et système correspondants. L'invention concerne un procédé de réveil d'une station de base (BS) d'un réseau d'accès d'un premier réseau (2G, 3G, 4G, 5G) de télécommunication. Le réveil de la station intervient depuis un mode d'hibernation suite à la détection d'un paquet de données spécifiques reçu via une interface filaire. Notre dispositif de communication est entièrement autonome. Un accéléromètre intégré à notre module de communication assure sa sécurité i ntrinsèque par la détection d’action illicite. Notre dispositif de communication peut être sorti du mode hibernation par un message reçu à la manière du « Wake on Lan ». On connait le brevet EP4199548A1 qui décrit une balise IoT sécurisée dans un système de localisation et d’échanges de données. Ce brevet décrit un mécanisme connu et standard de mise en réseau LoRa et adapté à des balises pouvant être mobiles et permettant de couvrir un réseau dense de balises et de nœuds ce qui ne correspond pas au mode de fonctionnement de notre dispositif de communication. De plus, la solution décrite dans ce brevet présente le défaut de ne pas être protégée contre les attaques de type cyber, en particulier sur la liaison courte portée Bluetooth qui ne garantit pas la sécurisation des flux. Notre dispositif de communication n’intègre pas la communication Bluetooth. Ce brevet EP4199548A1 revendique une plateforme électronique classique équipée d’entrées-sorties et un protocole de communication encryptée. Ce brevet indique que la balise peut être configurée pour transmettre en utilisant un lien de communication LoRa dans la bande de fréquence ISM EU 868MHz ou ISM US 915 MHz. Les modules LoRa embarqués dans notre dispositif de communication, objet de ce brevet, permettent de couvrir plusieurs bandes de fréquences distinctes de communication et ne se limitent pas au seul ISM. Les aspects sécurité et intégrité de communication du dispositif de communication objet de notre brevet sont réalisés par un mécanisme original d’évasion de fréquence incluant un saut de bandes et de canaux et un échange de clés. L’Internet des objets (IoT) a de fortes applications dans le domaine de la sécurité où il se développe rapidement. Il assure, via un réseau cohésif, une connectivité résiliente et discrète accroissant ainsi la connaissance de la situation locale avec des capteurs déposés/déportés, l’évaluation des risques et diminuant le temps de réponse. Le dispositif de communication hautement sécurisée, objet de ce brevet, est également employé en tant que composant de communication pour tout objet ou capteur nécessitant la transmission bidirectionnelle d’informations et de commandes vers ou depuis un ou plusieurs autre(s) périphérique(s) centralisateur(s). L’intégration de signaux provenant d’un ensemble de capteurs divers, y compris des capteurs statiques au sol, des capteurs embarqués mobiles et des capteurs portés par l’homme tout comme la commande à distance d’actionneurs en toute sécurité par l’homme de terrain qui ne doit être ni détecté, ni intercepté ou bloqué, représentent de nombreux défis critiques auxquels est confrontée la mise en œuvre de solutions de communications en milieu perturbé ou hostile. Ces points clés sont gérés par notre dispositif de communication polyvalent, objet de ce brevet. Les réseaux de communication existants ne sont pas adaptés aux applications de l’ IoBT tant en portée, autonomie et coût. De plus, suivant l’endroit où les dispositifs de communication sont amenés à être positionnés, la couverture par des médias de communication classiques peut ne pas être possible et ou disponible voire pas souhaitable ne serait-ce que pour des raisons de sécurité et de discrétion. Pour atteindre ces objectifs et lever toutes ces difficultés, l’invention met à profit la technologie LoRa et l’évasion de fréquences par saut de plages de fréquences. Notre dispositif de communication discrète hautement sécurisée réalise une gestion à distance d’effecteurs/actionneurs déportés et/ou déposés, par l’envoi et/ou réception d’ordres, de commandes et/ou de relevés d’informations et de données locales issues de capteurs déposés dans des endroits définis par l’utilisateur. On connait le brevet EP3637845A1 qui décrit un procédé de communication basé sur un protocole de transmission par trames. Ce brevet propose un procédé de communication afin de transmettre une quantité conséquente de données sur un réseau de type LoRaWAN . Notre dispositif de communication objet de ce brevet quant à lui s’appuie sur des briques technologiques qui intègrent déjà tout le protocole de communication par trames et conteneurs destinés à transporter les données utiles. Notre dispositif de communication, objet de ce brevet, est conçu pour de petites quantités de données montantes ou descendantes. Notre dispositif de communication permet un suivi de situation à distance tel que le relevé de données issues de capteurs de terrain statiques ou mobiles. Notre dispositif de communication hautement sécurisée, objet de ce brevet, est discret, autonome, communiquant et polyvalent . Il est en autonomie énergétique et intègre un ou plusieurs capteurs permettant un suivi de situation à distance par le relevé et la transmission d’informations montantes et/ou descendantes issues des capteurs déposés et/ou issues d’interface texte vers dispositif de transmission et/ou d’interface vocale vers texte vers dispositif de transmission. Les domaines d’emploi de cette approche innovante sont gigantesques. En effet, dès lors qu’une communication sécurisée et sans fil est nécessaire, notre dispositif de communication trouve sa place. En passant de l’internet des objets ( IoT , IoBT ), au suivi de machines industrielles ou encore les communications sécurisées, le dispositif redéfinit l’état de l’art des communications sécurisées longue distance, à faible signature électromagnétique, faible consommation pour un faible volume de données à transmettre. Les entrées/sorties des dispositifs de communication telles que décrites précédemment sont multiples et intègrent ou peuvent intégrer notamment des dispositifs de communication électronique tels que : GPIO, I2C, SPI, UART, USB, Ethernet, etc. Cette versatilité des entrées/sorties rend quasiment direct l’emploi du dispositif de communication pour la surveillance de capteurs déposés ou encore son intégration dans des systèmes déjà existant pour accroitre leur capacité de communication. Dans le cas du capteur autonome déporté statique ou mobile, notre dispositif polyvalent de communication intègre un dispositif de localisation GPS. Il peut intégrer un ou plusieurs capteurs et dispositif(s) de communications complémentaires sans changer la nature du brevet. Notre dispositif polyvalent de communication est utilisé par l’homme de terrain pour communiquer en toute sécurité, pour relayer des informations de nœud en nœud (statique ou dynamique), d’interagir avec des capteurs/actionneurs positionnés sur le terrain et équipés de notre dispositif de communication. Dispositif de communication multi-modules LoRa caractérisé en ce sens qu’il réalise une communication par évasion de fréquences sur plusieurs plages de fréquence disjointes et par changement de canaux par plage de fréquence suivant une clé transmise dans le message échangé. Dispositif de communication multi-modules LoRa, tel que décrit dans la revendication n°1, caractérisé en ce sens que couplé avec un écran informatique pour l’envoi et la réception de données de type texte il permet un échange d’information entre les hommes de terrain texte-LoRa. Dispositif de communication multi-modules LoRa, tel que décrit dans les revendications n°1 et n°2 caractérisé en ce sens qu’il intègre une reconnaissance vocale pour la transcription textuelle de courts messages vocaux avant envoi (voix-texte-LoRa). Dispositif de communication multi-modules LoRa, tel que décrit dans la revendication n°1, caractérisé en ce sens qu’il peut être employé en tant que composant de communication montante et/ou descendante pour tout actionneur déposé ou mobile, pour la réception de données, d’ordres et de commandes. Dispositif de communication multi-modules LoRa, tel que décrit dans les revendications n°1 à n°4, caractérisé en ce sens qu’il intègre un ou plusieurs capteurs pour un suivi de situation locale, un relevé de données issues de capteurs, la commande à distance d’actionneurs, la mise en œuvre d’une interface texte vers dispositif de transmission et d’une interface de transposition voix vers texte vers dispositif de communication LoRa.