Principe de base des technologies de communications sans fils et systemes embarques

Les communications sans fils

La communication numérique sans fils se développe mondialement. Depuis quelques années, la technologie numérique complète la gamme d’applications proposée par les transmissions analogiques. Les technologies de communications électroniques tiennent désormais une place majeure dans l’organisation de nos activités. Les médias de communication numériques autorisent déjà de nombreux services, comme la télévision et la radio numérique, les réseaux locaux sans fils, l’internet à haut débit, la téléphonie mobile et bien sûr les systèmes embarqués sans fils. Mais ces appareils couramment utilisés n’en restent pas moins obscurs dans leur fonctionnement pour le grand public.

Chaîne de transmission numérique sans fils 

Principe général 

Le but d’une transmission numérique est de transmettre une information d’un point à un autre en utilisant un canal de transmission. L’information à transmettre est numérique c’est-à-dire qu’elle est codée par des séquences de 0 et de 1. L’analogique n’a cependant pas disparu car les signaux numériques n’existent pas dans un sens physique. Ce paragraphe rappelle succinctement les bases des communications numériques. Les différents éléments de base d’une chaîne de transmission sont :

➤ La source : l’information à transmettre est générée
➤ Le codage de source : les redondances du message sont supprimées
➤ Le codage de canal : la qualité de transmission est améliorée par des techniques basées sur des manipulations d’éléments binaires (codage de Hamming, entrelaceur, turbo codes…)
➤ Le modulateur : permet de créer un signal pouvant être transmis
➤ L’émission : c’est la création d’un signal physique qui pourra se propager.
➤ Le canal de transmission : support permettant la propagation du signal et perturbant le signal
➤ La réception : permet de capter du signal utile.
➤ Le démodulateur : retraduit le signal reçu en message binaire.
➤ Le décodeur de canal : détecte et/ou corrige les erreurs de bit éventuelles grâce à des bits ajoutés.
➤ Le décodeur de source : restitue le message d’origine avec des erreurs éventuelles.

La source 

La source représente les informations à transmettre qui peuvent être réparties en deux grandes catégories selon ce qu’elles représentent et les transformations qu’elles subissent pour être traitées dans les systèmes numériques [2]. On distingue
➤ Les données discrètes, l’information correspond à l’assemblage d’une suite d’éléments indépendants les uns des autres (suite discontinue de valeurs) et dénombrables (ensemble fini).
➤ Les données continues ou analogiques résultent de la variation continue d’un phénomène physique : température, voix, image…Un capteur fournit une tension électrique proportionnelle à l’amplitude du phénomène physique analysé : signal analogique (signal qui varie de manière analogue au phénomène physique).

Codeur de source 

Pour traiter les informations, il est nécessaire de substituer à chaque élément d’information une valeur binaire représentative de l’amplitude de celui-ci. Cette opération porte le nom de codage de l’information ou codage à la source pour les informations discrètes et numérisation de l’information pour les informations analogiques. La numérisation consiste à transformer la suite continue de valeurs en une suite discrète et finie et à cet effet, on prélève, à des instants significatifs, un échantillon du signal et on exprime son amplitude par rapport à une échelle finie. On peut aussi citer les opérations de compression et de cryptographie comme des éléments de ce codage.

Codeur de canal 

Le canal de transmission utilisé dans les systèmes de communications sans fils étant l’espace libre ou le milieu aquatique, les informations qui y sont transmises subissent des déformations importantes avant d’arriver à destination. Les informations étant prêtes après le codage de source, il est nécessaire, avant de les transmettre, de coder les données binaires brutes en vue de la protection contre les erreurs de transmission. Les codes détecteurs et correcteurs d’erreurs s’opèrent en ajoutant une redondance contrôlée à l’information codée d’origine.

Modulateur et Démodulateur 

Le bloc modulateur a pour but d’adapter le signal à émettre au canal de transmission. Cette opération consiste à modifier un ou plusieurs paramètres d’une onde porteuse centrée sur la bande de fréquence du canal.

Quel que soit le procédé utilisé, ces trois étapes sont incontournables :
• Génération d’une porteuse pure au niveau de l’émetteur.
• Modulation de cette porteuse par les informations à transmettre.
• Détection et démodulation du signal au niveau de récepteur.

Les paramètres modifiables sont : l’amplitude, la fréquence et la phase. Les types de modulations les plus fréquemment rencontrés sont les suivants :
➤ La modulation par déplacement d’amplitude (ASK: Amplitude Shift Keying)
➤ La modulation par déplacement de phase (PSK: PhaseShift Keying)
➤ La modulation par déplacement de fréquence (FSK: Frequency Shift Keying)
➤ La modulation d’amplitude de deux porteuses en quadrature (QAM : Quadrature Amplitude Modulation) .

Canal de transmission 

L’infrastructure d’un réseau, la qualité de service offerte, les solutions logicielles à mettre en œuvre, dépend largement des supports de transmission utilisés. L’émission utilise un élément transducteur (antenne) qui permet de créer un signal physique adapté au support de transmission : une onde électromagnétique pour une transmission en espace libre ou un signal lumineux pour la fibre optique ou une onde acoustique pour la transmission aquatique. Dans le cas d’un canal radioélectrique, la transmission est soumise aux problèmes posés par le bruit et les perturbations, qui vont limiter les performances du système de communication. Ces perturbations sont dues : aux effets parasites des systèmes liés à la transmission sans fils (antenne), à la propagation complexe des ondes dans un canal réel.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : PRINCIPE DE BASE DES TECHNOLOGIES DE COMMUNICATIONS SANS FILS ET SYSTEMES EMBARQUES
1.1 Les communications sans fils
1.1.1 Introduction
1.1.2 Chaîne de transmission numérique sans fils
1.1.2.1 Principe général
1.1.2.2 La source
1.1.2.3 Codeur de source
1.1.2.4 Codeur de canal
1.1.2.5 Modulateur et Démodulateur
1.1.2.6 Canal de transmission
1.1.3 Systèmes de communication sans fils aérien
1.1.3.1 Les systèmes de communications sans fils radio
1.1.3.2 Les Systèmes de communications sans fils optique
1.1.3.3 Comparaison entre les systèmes de communication sans fils radio et optique
1.1.4 Systèmes de communication sans fils aquatique
1.2 Les systèmes embarqués
1.2.1 Introduction
1.2.2 Définition
1.2.3 Applications
1.2.4 Caractéristiques
1.2.4.1 Les contraintes de temps
1.2.4.2 Autonomes
1.2.4.3 Le logiciel
1.2.4.4 Interface utilisateur
1.2.5 Comparaison aux systèmes informatiques standards
1.3 Conclusion
CHAPITRE 2 : PRINCIPE DE MISE EN ŒUVRE DE L’IdO EN UTILISANT LE SYSTEME D’IDENTIFICATION AUTOMATIQUE
2.1 Introduction
2.2 Définition de l’Internet des Objets
2.2.1 Des définitions en voie de stabilisation
2.2.1.1 Conceptuellement : l’apparition d’identités nouvelles pour objets
2.2.1.2 Techniquement : l’apparition d’identités nouvelles pour les objets
2.2.1.3 Une proposition de définition
2.2.2 L’IdO comme système de systèmes
2.2.3 La définition de l’IdO proposée par l’UIT
2.2.4 Les principaux systèmes technologiques nécessaires au fonctionnement de l’IdO
2.2.5 Un exemple de scenario de base
2.3 Principe de mise en œuvre de l’IdO en utilisant les systèmes RFID et/ou AFID
2.3.1 Technique d’identification sans fils aérien ou RFID
2.3.1.1 Historique
2.3.1.2 Principe de fonctionnement des systèmes RFID
2.3.1.3 Régulations et normes RFID
2.3.1.4 Etat de l’art des systèmes RFID UHF passifs (860 – 930 MHz)
2.3.2 Technique d’identification sans fils aquatique avec AFID
2.3.3 Intégration des puces RFID dans le réseau EPCGlobal (du RFID à l’IdO)
2.4 Conclusion
CHAPITRE 3 : PRINCIPE DE MISE EN ŒUVRE DE L’IdO EN UTILISANT LES RESEAUX DE CAPTEURS
3.1 Introduction
3.1.2 Le capteur et capteur « intelligent »
3.1.3 Définition d’un réseau de capteurs sans fils ou WSN (Wireless Sensor Network)
3.1.4 Caractéristiques des réseaux de capteurs sans fil
3.1.5 Notion de routage dans les réseaux de capteurs
3.1.6 La localisation de la cible
3.2 Implémentation d’un WSN en utilisant la norme ZigBee/802.15.4
3.2.1 Présentation générale de ZigBee
3.2.2 Consommation énergétique
3.2.3 Topologies
3.2.4 Présentation de la pile protocolaire ZigBee
3.2.4.1 La couche physique de l’IEEE 802.15.4
3.2.4.2 La couche MAC IEEE 802.15.4
3.2.4.3 La couche réseau ZigBee
3.2.4.4 Couche application
3.2.5 Principe de l’implémentation d’un WSN en utilisant ZigBee
3.2.6 Du ZigBee à l’IdO : Interconnexion d’un réseau ZigBee avec le réseau TCP /IPv6
3.3 Implémentation d’un WSN en utilisant la norme 6LowPan/802.15.4
3.3.1 Introduction
3.3.2 Le passage de l’IPv4 à l’IPv6
3.3.3 Rappel sur le fonctionnement d’IPv6
3.3.3.1 Adresse IPv6
3.3.3.2 Type des adresses
3.3.3.3 Structures des paquets IPv6
3.3.4 Définition et Histoire du 6LowPAN
3.3.5 Problèmes d’implémentation d’IPv6 sur 802.15.4
3.3.6 Principe de fonctionnement du 6LoWPAN
3.3.6.1 Compression d’en-tête
3.3.6.2 Fragmentation et réassemblage
3.3.6.3 Routage dans le réseau maillé 6LoWPAN
3.3.6.4 Architecture de base du 6LoWPAN
3.3.7 Exemple d’architecture d’un réseau 6LoWPAN pour former l’IdO
3.4 Conclusion
CHAPITRE 4 : CONCEPTIONS ET SIMULATIONS
CONCLUSION

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