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WO2011151609A1 - Reseau de balises lumineuses autonomes synchrones - Google Patents

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WO2011151609A1
WO2011151609A1 PCT/FR2011/051277 FR2011051277W WO2011151609A1 WO 2011151609 A1 WO2011151609 A1 WO 2011151609A1 FR 2011051277 W FR2011051277 W FR 2011051277W WO 2011151609 A1 WO2011151609 A1 WO 2011151609A1
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beacon
clock
beacons
control
synchronization
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PCT/FR2011/051277
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Inventor
Michel Picariello
Original Assignee
Michel Picariello
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Publication date
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    • H05B47/1965—Controlling the light source by remote control characterised by user interface arrangements using handheld communication devices

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of programmable entity networks, and more particularly to signaling entities such as light beacons.
  • programmable entity is meant here any communicating device configured to act according to data transmitted to it or programmed therein.
  • traceability such as tracking a product in a production line
  • the location such as the location of a mobile element in a marked environment
  • economic lighting such as an activatable lighting system for detecting the presence of persons
  • Beacons are usually actuators or lights and / or sound. These beacons are commonly deployed in indoor or outdoor environments, simple or complex architecture, such as a hall, a building site, a room, a body of water, a ski resort, or parking.
  • These tags are usually wirelessly networked using a communication system, usually short-range.
  • the lighting system is composed of a plurality of communicating entities in radio link and whose states (light intensity, lighting / extinction) depend on the data retrieved from a plurality of sensors, or data transmitted to it from another entity.
  • inter-tag synchronization ie intra-network synchronization of beacons
  • external clock ie intra-network synchronization of beacons
  • deployment of the network of beacons whatever the environment (inside or outside);
  • An object of the present invention is to overcome these limitations, and the disadvantages of the methods and devices of the prior art.
  • Another object of the present invention is to propose a network of signaling entities operating in energy self-sufficiency.
  • Another object of the present invention is to provide a network of synchronous signaling entities.
  • the invention relates, according to a first aspect, to a beacon system comprising a beacon comprising an electrical energy supply module, a radio communication module, a logic processing unit, said logic processing unit comprising a memory, a clock synchronized to a reference clock, said power supply means comprising an electric energy generator and a power storage means.
  • the invention relates, according to a second aspect, to a beaconing method comprising a beacon provided with an electrical energy supply module, a radio communication module, a logic processing unit, this method comprising a step of transforming a form of energy into an electrical energy;
  • FIG. 1 schematically illustrates a environment marked by a system of synchronous autonomous light beacons networked wirelessly
  • FIG. 2 schematically illustrates a non-limiting functional representation of a communicating autonomous light beacon
  • FIG. 3 schematically illustrates a non-limiting functional representation of a control means beacons.
  • beacons This type of tag is in no way limiting.
  • other types of beacons for example sound or more generally actuators, can be used.
  • the light beacons are given here only as an illustrative example of actuators for acting on lighting elements, according to data transmitted to it or programmed therein.
  • the light beacons are, therefore, given here only by way of example and the invention can be the subject of many applications by replacing the lighting elements with other functional elements (for example the sound, control of movement, actuation, or measurement).
  • Figure 1 a set of luminous beacons 1 controllable via a means 2 control.
  • the network of light beacons 1 covers an environment 3 that can be inside or outside.
  • a building site, a hall, a wall, a museum, a room, a factory, a commercial sign, a parking lot, a runway, a station, or a park are examples of the environment.
  • 1 bright beacons can be more or less dense in this environment 3, depending on the desired spatial coverage, and the scope of wireless connectivity (Bluetooth TM, Wifi, Infrared, ZigBee, RF Home, HiperLAN, HiperMAN, WiMAX, Wireless LAN for example) tags 1.
  • light beacon 1 comprises: a power supply module 11;
  • a radio communication module 12 (transmission / reception) powered by the electrical energy supply module 11 and provided, in particular, with an antenna and a data transmitter / receiver circuit;
  • a logic processing unit 13 such as a microcontroller, comprising, in particular, input / output ports, a computer, a memory and a clock, and powered by the electric power supply module 11; and a lighting module 15 comprising at least one lighting element 151, 156 capable of emitting light when it is traversed by an electric current.
  • the electrical power supply module 11 preferably comprises a generator 110 of electrical energy
  • the energy storage means 111 for storing at least a portion of the electrical energy produced by the generator 110.
  • the generator 110 of electrical energy is a photovoltaic generator (including solar cells photovoltaic) for generating electrical energy from a light to which it is exposed.
  • the energy storage means 111 is responsible, in this case, for storing at least a portion of the electrical energy produced, which can then be used in the absence of light.
  • the electrical energy supply module 11 comprises any other energy recovery system able to exploit the variations of the physical state of the environment of the beacon 1 such as biomechanical, piezoelectric, thermoelectric pyroelectric, barometric, magnetic, or metabolic, for example.
  • the generator 110 may be considered as any device capable of transforming a form of energy (light, heat, mechanical or chemical energy for example) into electrical energy.
  • the energy storage means 111 may comprise storage means:
  • electrochemicals such as batteries, batteries or more generally electrochemical accumulators
  • capacitive such as capacitors or supercapacitors
  • - electromagnetic such as inductors
  • inertial ones such as flywheels.
  • the electric power supply module 11 comprising a generator 110 of electrical energy and energy storage means 111, allows the beacon 1 to operate in energy self-sufficiency without interruption and without replacing internal elements. for a long time.
  • the electric power supply module 11 comprises a converter 112 DC / DC (DC / DC) arranged to deliver constant output voltages, isolated from the voltage on its input, to the logic processing unit 13, and preferably under control of the latter, the radio communication module 12, and the lighting module 15.
  • the output voltage of the converter 112 may be 3.3 V with a maximum intensity of 100 to 500 mA, stabilized with a voltage at the output of the energy storage means 111 of a few mV to several V.
  • the converter 112 CC-CC further allows the management of the loading of the energy storage means 111 to using the electrical energy produced by the generator 110 of electrical energy.
  • the lighting module 15 it comprises: a controller 150 (driver or driver in English) controlled by the logic processing unit 13; and
  • the controller 150 is configured to:
  • the lighting elements 151, 156 are of low power consumption and allow RGB (Red Green Blue) illumination and / or a plurality of light intensity levels.
  • the lighting elements 151, 156 are RGB light emitting diodes (LEDs), light emitting diodes, laser diodes, discharge lamps, or more generally any device acting as a light source.
  • the logic processing unit 13 provided with a processor, an A / D converter (Analog / Digital), a non-volatile memory and a clock, and preferably with very low power consumption, makes it possible:
  • the logic processing unit 13 sends, via its output ports, preferably signals regulated in pulse width modulation, also known as PWM (Pulse Width Modulation) - let us cite, as an illustrative example, modulated signals in PWM at a few hundred Hz with cyclic ratio values from 0 to 100% or also signals set by any other type of control (voltage, current for example) for modulating the color and intensity of the lighting elements 151, 156; and
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the processing logic unit 13 further comprises at least one spare output port for future use.
  • the operation of a beacon 1 comprises several phases: an initialization phase which takes place, for example, at the time of its start-up or insertion into a network of beacons 1 (allocation of an identifier, verification of the belonging to a group of beacons, detection of adjacent beacons, setting of the transmission power, initialization of the parameters of the logic processing unit 13 for example);
  • a light beacon 1 comprises in its memory a plurality of cycles.
  • a cycle comprises a plurality of successive sequences, each sequence being over a period of its own and including information concerning lighting elements 151, 156.
  • a sequence is defined by
  • a duration preferably expressed as a whole number of base units of the clock of the logic processing unit 13, the color and intensity remaining constant during this time.
  • the output ports of the logic processing unit 13 - connected to the controller 150 of the lighting elements 151, 156 - are preferably controlled by PWM (for PWM) or by any other type of control (voltage, current for example).
  • PWM for PWM
  • any other type of control voltage, current for example.
  • the lighting elements 151, 156 are RGB LEDs
  • three output ports of the processing logic unit 13 make it possible to control the color, the intensity and the state (on / off) RGB LEDs according to the content of the sequences in execution.
  • the light beacon 1 can execute light animation sequences that are variable in color and intensity.
  • the lighting elements 151, 156 are animated differently. This can be obtained:
  • the logic processing unit 13 is able to perform the following operations, according to instructions that will be communicated to it via its radio communication module 12: - interrupt an animation cycle,
  • the modules of the beacon 1 are mounted in a single housing which forms the envelope of the beacon 1, which can also be provided with a wall base or means for direct attachment to a horizontal or vertical support.
  • the luminous beacons 1 are controllable and configurable separately or simultaneously by means of the remote control means 2, which is provided, with reference to FIG. 3, of a radio communication module 25 (transmission / reception) making it possible to establish communication with at least one luminous beacon 1 of the environment 3;
  • a central processing unit 23 (a microprocessor or more generally a processor) provided with a memory and a clock and comprising means (in the form of programs) making it possible to request access and / or modification of at least one configuration data relating to at least one light beacon 1 of the environment 3;
  • input means 24 a real or virtual keyboard, or selection buttons for example
  • a wired or wireless communication interface 21 such as a USB port, an Ethernet port, a Bluetooth interface, an infrared interface for example
  • central processing unit here covers any device integrating a processor programmed to perform one or more predetermined functions, or any software application (program or subprogram, plugin) implemented on a processor, independently or in combination with other software applications.
  • control means 2 further comprises display means (screen) 26.
  • display means 26 is a touch screen.
  • the communication interface 21 is arranged to enable communication of the control means 2 with a user terminal such as, for example, a computer (mobile / fixed), a smartphone, a PDA (Personal Digital Assistant), or a mobile phone. .
  • the source 22 of electrical energy is an electric battery (or also, a battery) rechargeable via the interface 21 of communication (rechargeable via a USB port for example).
  • the communication with a user terminal via the communication interface 21, allows the user terminal to load, by means of a suitable computer program product, into the memory of the control means 2, a configuration (an instruction program). intended for one or more beacon (s) 1 light (s).
  • control means 2 is itself a user terminal.
  • control means 2 is a computer, preferably mobile, having a radio connectivity (Bluetooth TM, WiFi, ZigBee, Home RF, HiperLAN, Wireless LAN for example) compatible with that of the beacon network 1 luminous , and an appropriate computer application for the control of the beacons 1 bright, is installed there;
  • radio connectivity Bluetooth TM, WiFi, ZigBee, Home RF, HiperLAN, Wireless LAN for example
  • a smartphone with radio connectivity Bluetooth TM, Wifi, ZigBee, Home RF, HiperLAN, Wireless LAN for example
  • radio connectivity Bluetooth TM, Wifi, ZigBee, Home RF, HiperLAN, Wireless LAN for example
  • the computer program product for the programming of the luminous beacons 1, comprises a graphical user interface (GUI) allowing the display and / or the simulation of the animation sequences by the luminous beacons 1.
  • GUI graphical user interface
  • this graphical user interface makes it possible to provide a physical representation of the location of the tags 1 and to graphically program luminous animations.
  • control means 2 is a remote control enabling simultaneous or individual control of the light beacons 1 constituting the wireless network.
  • control means 2 is a mobile terminal making it possible to establish communication sessions with the tags 1 by retrieving information therefrom or by transferring an instruction program therefrom from a computer program product. configuration.
  • control means 2 comprises, by default, in its memory, animation sequences.
  • control means 2 When communicating with a luminous beacon 1, the control means 2 allows:
  • the luminous beacon 1 its identifier, the energy level available in the energy storage means 111, the radio transmission power, the operating state of the lighting elements 151, 156 , the number of the sequence / cycle running, the version of at least one embedded computer application, the relative / absolute position of the beacon in the network, coordinator beacon or not, for example); - send commands to beacon 1 (interruption of a cycle, standby, pause, cycle skip, execution of a cycle, change the power of radio transmission, designation as a coordinating beacon for example);
  • the control means 2 is, in particular, able to communicate simultaneously with a plurality of luminous beacons 1 (all or part of the beacon network 1). Indeed, the control means 2 can be programmed to communicate with the light beacons 1 according to different modes, such as, for example, a group communication mode (a broadcast to all the beacons 1) for controlling the color of the light. light emitted by the lighting elements 151, 156 of the beacons 1, in a cyclic manner by pressing, for example, on the buttons of the input means 24;
  • a "DNL" (for Download) key makes it possible, for example, to trigger the download to the luminous beacons 1 of a selected configuration from the memory of the control means 2.
  • control means 2 allows a selective communication mode allowing a selective control of the tags 1 luminous (address a particular group of beacons 1 bright, or a single beacon 1 light).
  • a beacon 1 is configured to set all the output ports of the logic processing unit 13 to zero (no sequence then being transmitted to the controller 150 ), and wait for an initialization request from the control means 2.
  • the beacon 1 is first selected during an initialization step by interpreting a radio signal transmitted, preferably at low power, by means 2 control in order to force the latter to communicate with a beacon located nearby (being in the vicinity of x cm control means 2 for example, where x is a predetermined positive real).
  • This proximity selection makes it possible to selectively initialize a tag 1, or a particular group of tags 1.
  • the tag 1 then waits for an identifier assignment. from the control medium 2.
  • the control means 2 transmits an identifier to the tag 1.
  • the latter may emit: a particular light and / or audio signal making it possible to verify that it has just been initialized; or
  • This process can also be executed to change the identifier of a tag 1 or its membership in a group.
  • a unique identifier is assigned to each tag 1 as soon as it is manufactured, this identifier being stored in its memory.
  • the beacon 1 can proceed according to different methods, for example: - go into standby mode, by listening regularly (every 100 ms for example) signals that will be intended, without executing any cycle;
  • the means 2 control, among other things, to: require an interruption.
  • a luminous beacon 1 is periodically listening (for a few ms, every 100 ms for example).
  • This interrupt request comprises at least o an identifier of a tag 1 or a group of tags 1 concerned (s) by this interrupt request;
  • an identifier of the action to be executed corresponding, for example, to the execution of a predefined cycle, to a standby, to a delay to wait before the execution of this interruption;
  • beacon 1 sends a configuration of cycles to one or more beacons (s) 1. Indeed, during the execution of the sequences or even in standby, the beacon 1 is listened to periodically (a few ms every 100 ms, for example) . Upon receipt of this configuration request, including the identifier of the tag or 1 concerned, these beacons (s) 1.
  • control means 2 which includes in particular the cycle (s) to be reprogrammed;
  • beacon (s) 1 identifier of the beacon 1, identifier of the running cycle, current operating mode (execution / standby), battery level, production level of the photovoltaic cells , version number of the operating program of the beacon 1 for example).
  • the beacon 1 confirms or acknowledges the receipt of a command / message, which is transmitted to it, by emitting a specific light and / or sound signal.
  • a beacon may blink green for a predetermined time to indicate that the loading of an instruction program into its memory is completed correctly.
  • the confirmation of the integrity of the information transmitted to it is done in an automatic manner.
  • the control means 2 or a coordinator beacon is arranged to send a request about the good reception of information (a reconfiguration for example) addressed to a particular tag 1. In this case, it and it alone will respond to this request by communicating its identifier, and a parameter for detecting transmission errors (CRC - Cyclic Redundancy Check - for example) of the received sequence. This allows, upon receipt of this response by the control means 2 or the coordinator tag, to check if the interaction with this tag 1 is properly completed.
  • a particular beacon 1 can help the control means 2 to relay or send, under the order of the control means 2, a message to other beacons 1, this beacon acting as a coordinating beacon, able to replace the control means 2 in some of its functions, including the synchronization of beacons 1.
  • a coordinator beacon 1 allows the control means 2 to communicate with beacons 1 not included in the radio coverage area of the control means 2.
  • each beacon 1 is identified in the network by a unique identifier known to the control means 2, the coordinator beacon and preferably other beacons 1 possibly adjacent according to the topology of the network.
  • Various methods can be implemented to estimate the spatial position of a coordinator beacon 1 in a network of beacons 1. Let us give as an example the use of the power of a beacon. signal interchanged between the tags 1 to deduce an estimate of their inter-distances.
  • the network of communicating beacons 1 allows synchronization of the clocks of at least one group of beacons 1,
  • synchronization of the clocks of at least one group of beacons 1 can be provided by a coordinator beacon 1, when the control means 2 is out of range of these beacons 1 or is connected at that time to a terminal remote user that includes configuration software, for example. More generally, the coordinator beacon 1 can serve as a synchronization clock in the absence and / or in the presence of the control means 2.
  • the synchronization of the tags 1 is a key element conditioning the proper functioning of the animations, or more generally the actions produced by the tags 1.
  • These tags 1 represent a distributed system, it is a set of communicating entities connected in a network. It is generally accepted that two clocks starting in phase never remain synchronous. Short-term variation in environmental factors (eg temperature, pressure, altitude, supply voltage) or long term such as wear or fatigue of one clock compared to another, generate more or less important drifts (up to several seconds per day). A synchronization between the tags 1 is therefore essential. This synchronization has the effect of synchronizing cycles and animation sequences of all the tags 1. For this purpose, the tags 1 must have a common notion of time.
  • An internal synchronization (internal to the beacon network 1) based on the sharing of a global clock, in particular that of the control means 2 or a coordinator beacon 1, makes it possible to keep all the clocks of the beacons 1 synchronous.
  • the clocks of the tags 1 have as common temporal reference one and the same shared global clock.
  • the synchronization method makes it possible to make all the clocks of the beacons 1 converge towards the same time reference.
  • this time reference may be different from the real time. In this case, it is only a reference satisfying a certain alignment between all the clocks of the beacons 1.
  • the clocks of the beacons 1 try to get as close as possible to the rhythm ( frequency) of the reference clock.
  • Synchronization frames can be sent, for example, every second, or at the beginning of each cycle.
  • a beacon 1 upon receipt of a synchronization frame, finds the oscillation frequency of the reference clock (that of the control means 2 or that of a coordinator beacon 1) using a phase-locked loop (PLL).
  • PLL phase-locked loop
  • the synchronization frame comprises the number of time units (for example seconds) elapsed since the beginning of a cycle or from another reference chosen by the control means 2 for example.
  • the synchronization frame comprises a number of shots (stamp, or timestamp in English) of the clock of the means 2 of the control, recorded in a pre-defined time window (on the basis of the time of the user terminal to which is connected the control means 2 for example).
  • the transit time of the radio signals can contribute to an uncertainty as to the accuracy of the synchronization of the beacons 1.
  • this effect is negligible because of the speed of propagation of the radio signal, taking into account the extent Spatially modest space of the beacon network 1.
  • Corrections (mainly compensations) can be made to the contents of the synchronization frames to account for disturbances due to the transmission channel.
  • the processing time, by the tags 1, synchronization frames can be compensated at each tag 1 (a node of the network) so that it affects not the precision of the synchronization of all the clocks of the beacons 1. Indeed, the delay time induced by the crossing of a beacon 1 can be corrected before the retransmission of the synchronization frame to another beacon 1 (a other node of the network).
  • a tag synchronization method 1 preferably organized in a star network, comprises:
  • n_ * T (where n_ is a predetermined integer value), until the previous step is resumed.
  • the beacon network 1 comprises: a star network around the control means 2;
  • the beacons 1 are decreed to receive at the same time the synchronization frames transmitted from the control means 2 or from a coordinator beacon 1. This favors, in particular, a high resolution synchronization, as well as the energy autonomy of the beacons 1 (no retransmission of the synchronization frames and, therefore, no excessive use of the logical processing unit and the radio link ).
  • the beacon network 1 has a ring, tree, bus or mesh topology, it is preferable to take into account the arrival time of the synchronization frames at the beacons 1 (in particular, to compensate for the lag time induced by the processing and / or propagation of the synchronization frames).
  • the control means 2 or a coordinator beacon 1 sends a synchronization verification request addressed to a single beacon 1 at a time.
  • the destination tag 1 and only it, will respond to confirm its good synchronization by communicating its identifier, and a timestamp of the time elapsed since its last synchronization or any other parameter to calculate and verify this synchronization.
  • control means 2 or the coordinating beacon to verify, upon receipt of this information, that the beacon 1 in question is well synchronized, with a tolerance that will take into account the uncertainties related to the computation time required by the beacon 1 and by the control means 2 or the coordinator beacon 1.
  • a tag 1 responds to a request to check the synchronization within a time limit.
  • This delay can be predetermined during a configuration phase, or according to the tag identifier 1 if it knows the identifiers of other tags.
  • this makes it possible to order, in time, the responses of the tags 1 to a verification request of the synchronization addressed simultaneously to a group of tags 1. This allows, in particular, to avoid interference of the different responses of the tags 1 respondents.
  • beacons 1 emit at slightly different frequencies.
  • the method of communication between the control means 2 and the beacons 1 comprises a notion of group, allowing the control means 2 to address several tags 1 without risk of interference in radio exchanges with these tags 1
  • the LBT protocol for Listen Before Talk, or also Listen Before Transmit
  • synchronization check requests are sent, by control means 2 or a coordinator beacon, periodically to each beacon 1 (for example, all nor synchronization frames, where m is a predetermined integer). so as to query the set of tags 1 over a given period of time. This period can be chosen according to the drift of the clocks of the beacons 1.
  • the method of synchronization of the beacons 1 does not influence the energy autonomy of the beacons 1 (a minimum use of the radio communication module 12 of the beacons 1 for example), which is mostly intended for the lighting elements 151, 156.
  • a clock external to the network of beacons 1 can also be used, but to the detriment of the energy autonomy of the beacons 1.
  • the control means 2 or a coordinator beacon 1 can decide on a certain action.
  • This action can be, for example, the recording of the identifiers of the unsynchronized tags 1.
  • This stored information can then be communicated to the user for purposes of general information, statistics and maintenance;
  • a tag 1 When a tag 1 has just been identified in a network, it is put on hold for synchronization for a period at least equal to the time between two synchronization frames, so that it can then and if necessary start the execution of its luminous animation in synchronization with the luminous animation during the course of the other beacons 1. If a coordinator beacon 1 for any reason, for example following a discharge of the energy storage means 111 in the absence of light, is no longer able to emit synchronization frames, the coordinating beacon function is then assigned to another beacon 1, according to a choice process related to its identification number, its spatial position , or any other decision criterion previously programmed using the computer program product during the configuration phase of the tags 1 by the control means 2.
  • a coordinator beacon 1 is declared faulty when the beacons 1 of its group do not receive synchronization frames for a predetermined duration or do not receive p_ successive synchronization frames (where p_ is a predetermined integer value).
  • the instruction program loaded into the memory of a beacon 1 depends on data collected from a sensor system.
  • RFID device ambient light detector, gyroscope, clinometer, microphone, thermometer, pressure gauge, photometer, hygrometer, rain gauge, level detector, presence detector, position switch, a watch, a speedometer, an antenna, or a smoke detector are examples of elements of the sensor system.
  • the control means 2 or the coordinator beacon 1 may unconditionally or possibly receive information from the sensor system: control the transition from one animation cycle to another on the other. one or more beacons 1 of the network; or
  • the process just described has a number of advantages. It enables advanced management (advanced configuration of beacons 1), dynamic programming (a programmable network at any time), and synchronization of beacons 1 (a synchronous light animation).

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Abstract

Système de balises comprenant une balise (1) pourvue d'un module de fourniture d'énergie électrique (11), un module de communication radio (12), une unité logique de traitement (13) comprenant une mémoire et une horloge synchronisée à une horloge de référence, le moyen de fourniture d'énergie électrique (11) comprenant un générateur (110) d'énergie électrique et un moyen de stockage d'énergie (111).

Description

RESEAU DE BALISES LUMINEUSES AUTONOMES SYNCHRONES
La présente invention se rapporte au domaine technique des réseaux d'entités programmables, et plus particulièrement d'entités de signalisation telles que des balises lumineuses. On entend ici, par « entité programmable», tout dispositif communicant configuré pour agir en fonction de données qui lui sont transmises ou qui y sont programmées.
L'utilité des balises est notoirement reconnue. La pratique en démontre le besoin dans différents domaines, parmi lesquels : la sécurité, telle que la délimitation d'une zone dangereuse ;
le guidage, tel que le balisage d'un chemin d'accès ;
la traçabilité, tel que le suivi d'un produit dans une ligne de production ;
le repérage, tel que la localisation d'un élément mobile dans un environnement balisé ;
l'éclairage économique, tel qu'un système d'éclairage activable par détection de la présence de personnes ;
le divertissement, tel que l'éclairage d'ambiance lors d'un événement cérémonial ;
ou plus généralement la signalisation.
Les balises font, généralement, office d'actionneurs ou de témoins lumineux et/ou sonores. Ces balises sont couramment déployées dans les environnements intérieurs ou extérieurs, d'architecture simple ou complexe, tels qu'une halle, un chantier, une chambre, un plan d'eau, une station de ski, ou encore un parking.
Ces balises sont, généralement, mises en réseau sans-fil à l'aide d'un système de communication, généralement, de courte portée.
Pour illustrer diverses solutions de balisage, on pourra notamment se référer à la demande de brevet américain n°US2008/0265799, qui décrit un système d'éclairage composé d'une pluralité d'éléments d'éclairage repartis en un réseau sans-fil et programmables via un moyen commande à distance.
On pourra également se référer à la demande internationale WO2009/003279, qui propose un système de contrôle d'un système d'éclairage sensible au mouvement et à la vitesse de déplacement d'un utilisateur dans l'environnement où ce montage est déployé. Le système d'éclairage est composé d'une pluralité d'entités communicantes en liaison radio et dont les états (intensité lumineuse, éclairage/extinction) dépendent des données récupérées depuis une pluralité de capteurs, ou des données qui lui sont transmises depuis une autre entité.
Les procédés et systèmes connus sont perfectibles, notamment parce qu'ils ne permettent pas : une synchronisation inter-balises (c.à.d. une synchronisation intra-réseau de balises) sans référence à une horloge externe ; - un déploiement du réseau de balises quel que soit l'environnement (intérieur ou extérieur) ;
une autonomie en énergie électrique de la balise ;
une programmation avancée des balises et non pas des instructions simples du type « allumer »/« éteindre » ;
- une communication radio adaptée à l'environnement de déploiement du réseau de balises.
Un objet de la présente invention est de pallier ces limitations, et les inconvénients des procédés et dispositifs de l'art antérieur.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un réseau d'entités de signalisation opérant en autosuffisance énergétique.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un réseau d'entités de signalisation synchrones.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un réseau d'entités de signalisation programmables simultanément ou individuellement. L'invention se rapporte, selon un premier aspect, à un système de balises comprenant une balise comprenant un module de fourniture d'énergie électrique, un module de communication radio, une unité logique de traitement, ladite unité logique de traitement comprenant une mémoire, une horloge synchronisée à une horloge de référence, ledit moyen de fourniture d'énergie électrique comprenant un générateur d'énergie électrique et un moyen de stockage d'énergie.
A cette fin, l'invention se rapporte, selon un deuxième aspect, à un procédé de balisage comprenant une balise pourvue d'un module de fourniture d'énergie électrique, un module de communication radio, une unité logique de traitement, ce procédé comprenant une étape de transformation d'une forme d'énergie en une énergie électrique ;
- une étape de stockage d'une énergie électrique ;
- une étape de synchronisation d'une horloge, comprise dans l'unité logique de traitement, à une horloge de référence ;
- une étape d'exécution, par la balise, d'un programme d'instructions compris dans une mémoire comprise dans l'unité logique de traitement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière plus détaillée à la lecture de la description ci- après de modes de réalisation préférés, laquelle est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 illustre schématiquement un environnement balisé par un système de balises lumineuses autonomes synchrones mises en réseau sans-fil ;
la figure 2 illustre schématiquement une représentation fonctionnelle non-limitative d'une balise lumineuse autonome communicante ; et
- la figure 3 illustre schématiquement une représentation fonctionnelle non-limitative d'un moyen de contrôle des balises.
La description suivante va être effectuée en référence à des balises lumineuses. Ce type de balise n'est nullement limitatif. En particulier, d'autres types de balises, par exemple sonores ou plus généralement des actionneurs, peuvent être utilisés. Autrement dit, les balises lumineuses ne sont données, ici, qu'à titre d'exemple illustratif d'actionneurs permettant d'agir sur des éléments d'éclairage, selon des donnés qui lui sont transmises ou qui y sont programmées.
Les balises lumineuses ne sont, donc, données, ici, qu'à titre d'exemple et l'invention peut faire l'objet de très nombreuses applications en remplaçant les éléments d'éclairage par d'autres éléments fonctionnels (par exemple l'émission d'un son, la commande d'un déplacement, d'un actionnement, ou d'une mesure).
Dans cette optique, sur la figure 1 est représenté un ensemble de balises 1 lumineuses contrôlables via un moyen 2 de contrôle.
Le réseau de balises 1 lumineuses couvre un environnement 3 qui peut être intérieur ou extérieur. Un chantier, une halle, la face d'un mur, un musée, une chambre, une usine, une enseigne commerciale, un parking, une piste, une gare, ou un parc sont des exemples de l'environnement 3. Le réseau de balises 1 lumineuses peut être plus ou moins dense dans cet environnement 3, suivant la couverture spatiale recherchée, et la portée de la connectivité sans-fil (Bluetooth™, Wifi, Infrarouge, ZigBee, Home RF, HiperLAN, HiperMAN, WiMAX, Wireless LAN par exemple) des balises 1.
En se reportant à présent à la figure 2, on voit que la balise 1 lumineuse comprend : un module de fourniture d'énergie électrique 11 ;
- un module de communication radio 12 (émission/réception) alimenté par le module de fourniture d'énergie électrique 11 et pourvu, notamment, d'une antenne et d'un circuit émetteur/récepteur de données ;
une unité logique de traitement 13, telle qu'un microcontrôleur, comprenant, notamment, des ports d'entrée/sortie, un calculateur, une mémoire et une horloge, et alimentée par le module de fourniture d'énergie électrique 11 ; et un module d'éclairage 15 comprenant au moins un élément d'éclairage 151, 156 capable d'émettre de la lumière lorsqu'il est parcouru par un courant électrique.
Le module de fourniture d'énergie électrique 11 comprend, de préférence, un générateur 110 d'énergie électrique ; et
un moyen de stockage d'énergie 111 permettant d'emmagasiner au moins une partie de l'énergie électrique produite par le générateur 110. Dans un mode de réalisation préféré, le générateur 110 d'énergie électrique est un générateur photovoltaïque (incluant des cellules solaires photovoltaïques) permettant de générer de l'énergie électrique à partir d'une lumière à laquelle il est exposé. Le moyen de stockage d'énergie 111 se charge, dans ce cas, de stocker au moins une partie de l'énergie électrique produite, qui peut ensuite être utilisée en absence de lumière.
En variante ou en combinaison, le module de fourniture d'énergie électrique 11 comprend tout autre système récupérateur d'énergie apte à exploiter les variations de l'état physique de l'environnement de la balise 1 telles que biomécanique, piézo-électrique, thermoélectrique, pyro-électrique, barométrique, magnétique, ou métabolique par exemple.
Plus généralement, le générateur 110 peut être considéré comme tout dispositif capable de transformer une forme d'énergie (lumière, chaleur, énergie mécanique ou chimique par exemple) en une énergie électrique.
Le moyen de stockage d'énergie 111 peut comprendre des moyens de stockage :
- électrochimiques, tels que des piles, des batteries ou plus généralement des accumulateurs électrochimiques ;
- capacitifs, tels que des condensateurs ou des supercapacités ; - électromagnétiques, tels que des inductances ; ou inertiels tel que des volants d'inertie.
Le choix des composants appropriés du module de fourniture d'énergie électrique 11 est laissé au libre choix de l'homme du métier en fonction :
- du rendement de ces composants (rendement du générateur 110 d'énergie électrique, rapport énergie stockée / énergie restituée du moyen de stockage d'énergie 111 par exemple) ;
- de la puissance électrique totale requise par la balise 1; et
- d'une pluralité de commodités (taille, design, coût par exemple).
Avantageusement, le module de fourniture d'énergie électrique 11, comprenant un générateur 110 d'énergie électrique et un moyen de stockage d'énergie 111, permet à la balise 1 d'opérer en autosuffisance énergétique sans interruption et sans remplacement d'éléments internes pendant une longue durée.
Par ailleurs, le module de fourniture d'énergie électrique 11 comprend un convertisseur 112 CC/CC (continu/continu) agencé pour délivrer des tensions de sortie constantes, isolées de la tension sur son entrée, à l'unité logique de traitement 13, et de préférence sous contrôle de cette dernière, au module de communication radio 12, et au module d'éclairage 15. A titre d'exemple illustratif, la tension de sortie du convertisseur 112 peut être de 3,3 V avec une intensité maximale de 100 à 500 mA, stabilisée avec une tension en sortie du moyen de stockage d'énergie 111 de quelques mV à plusieurs V. Le convertisseur 112 CC-CC permet, en outre, la gestion du chargement du moyen de stockage d'énergie 111 à l'aide de l'énergie électrique produite par le générateur 110 d'énergie électrique.
Quant au module d'éclairage 15, il comprend : un contrôleur 150 (pilote ou driver en anglais) contrôlé par l'unité logique de traitement 13 ; et
une pluralité d'éléments d'éclairage 151, 156. Le contrôleur 150 est configuré pour :
- recevoir et interpréter des commandes (éléments d'éclairage désignés ; état : éteindre-allumer ; intensité ; couleur par exemple) qui lui sont transmises depuis l'unité logique de traitement 13 via ses ports; et
- appliquer ces commandes interprétées aux éléments d'éclairage
151, 156 concernés par ces commandes.
De préférence, les éléments d'éclairage 151, 156 sont de faible consommation électrique et permettent une illumination RVB (Rouge Vert Bleu) et/ou une pluralité de niveaux d'intensité lumineuse. A titre d'exemple non limitatif, les éléments d'éclairage 151, 156 sont des diodes électroluminescentes (LEDs) RVB, des diodes luminescentes, des diodes laser, des lampes à décharge, ou plus généralement tout dispositif faisant office de source lumineuse. L'unité logique de traitement 13, pourvue d'un processeur, d'un convertisseur A/D (Analogique/Digital), d'une mémoire non volatile et d'une horloge, et de préférence de très faible consommation électrique, permet :
- de modifier, via le contrôleur 150, l'état des éléments d'éclairage 151, 156 en fonction d'un programme d'instructions préalablement chargé dans sa mémoire ou d'instructions qui lui sont communiquées. Pour cela, l'unité logique de traitement 13 envoie via ses ports de sortie, de préférence, des signaux réglés en modulation de largeur d'impulsion, dite aussi PWM (Puise Width Modulation) - citons à titre d'exemple illustratif des signaux modulés en PWM à quelques centaines de Hz avec des valeurs de rapports cyclique de 0 à 100% ou également des signaux réglés par tout autre type de commande (tension, courant par exemple) permettant de moduler la couleur et l'intensité des éléments d'éclairage 151, 156 ; et
- de gérer les communications entrantes/sortantes de la balise 1 via le module de communication radio 12. De préférence, l'unité logique de traitement 13 comprend, en outre, au moins un port de sortie de réserve pour une utilisation future.
Mettant en œuvre les modules précités, le fonctionnement d'une balise 1 comprend plusieurs phases : - une phase d'initialisation qui se déroule, par exemple, au moment de sa mise en route ou son insertion dans un réseau de balises 1 (attribution d'un identifiant, vérification de l'appartenance à un groupe de balises, détection des balises adjacentes, réglage de la puissance d'émission, initialisation des paramètres de l'unité logique de traitement 13 par exemple);
une phase de configuration pour y charger un programme d'instructions par exemple; et
une phase d'exécution d'un certain programme composé de séquences d'animation, de préférence, organisées en cycles. De préférence, une balise 1 lumineuse comprend dans sa mémoire une pluralité de cycles. Un cycle comprend une pluralité de séquences successives, chaque séquence s'étalant sur une durée qui lui est propre et comprenant des informations concernant des éléments d'éclairage 151, 156. Dans un mode de réalisation, une séquence est définie par
- une couleur parmi 256 ou plus;
une intensité sur une échelle de 0% à 100% ; et
une durée, de préférence exprimée en un nombre entier d'unité de base de l'horloge de l'unité logique de traitement 13, la couleur et l'intensité restant constants pendant cette durée.
A titre d'exemple illustratif, ci-après un exemple de cycle C1 constitué de 13 séquences S1-S13 successives à exécuter par une balise 1 lumineuse (l'unité de base de l'horloge de la balise 1 est supposée être la milliseconde) : - S1 : durée 500 ms, intensité 0%
- S2 : durée 200 ms, couleur rouge, intensité 50%
- S3 : durée 500 ms, couleur bleu, intensité 80% - S4 : durée 1 s, couleur jaune, intensité 100%
- S5 durée 300 ms, couleur vert, intensité 90%
- S6, durée 300 ms couleur rouge, intensité 80%
- S7 jusqu'à S13, durée 300 ms, couleur blanche, intensité en baisse par pas de 10% ;
retour à S1: durée 500 ms, intensité 0%.
Dans cet exemple, la durée de C1 = 4900 ms peut être, éventuellement, augmentée d'une séquence vide (sans altération des états) de 100 ms pour atteindre une durée entière de 5 secondes. Plus généralement, la durée d'une séquence et/ou d'un cycle de séquences correspond à n_ fois (n_ étant un nombre entier) l'unité de mesure de base d'une horloge de l'unité logique de traitement 13.
Pour exécuter un cycle, les ports de sortie de l'unité logique de traitement 13 - connectés au contrôleur 150 des éléments d'éclairage 151, 156 - sont de préférence commandés en modulation PWM (pour Puise Width Modulation) ou par tout autre type de commande (tension, courant par exemple). A titre d'exemple, à supposer que les éléments d'éclairage 151, 156 sont des LEDs RVB, trois ports de sortie de l'unité logique de traitement 13 permettent de contrôler la couleur, l'intensité et l'état (allumé/éteint) des LEDs RVB, conformément au contenu des séquences en exécution. Il en résulte que la balise 1 lumineuse peut exécuter des séquences d'animations lumineuses variables en couleur et en intensité.
Dans un mode particulier de réalisation, les éléments d'éclairage 151, 156 sont animés différemment. Ceci peut être obtenu :
- en utilisant deux cycles d'animation différents, stockés dans la mémoire de l'unité logique de traitement 13 ; ou
- en dupliquant un même cycle d'animation et en y apportant ensuite des modifications (décalage, inversion, ou modification, par exemple, d'une séquence d'animation) au moyen du contrôleur 150. Dans un mode de réalisation préféré, à l'aide d'une application logicielle embarquée, l'unité logique de traitement 13 est apte à exécuter les opérations suivantes, selon des instructions qui lui seront communiquées via son module de communication radio 12 : - interrompre un cycle d'animation,
- pause/reprise d'un cycle d'animation,
- avancer/reculer dans un cycle d'animation,
- aller au cycle suivant d'animation,
- revenir au cycle précédent d'animation. Avantageusement, les modules de la balise 1 sont montés dans un boîtier unique qui forme l'enveloppe de la balise 1, qui peut en outre être pourvue d'un socle mural ou de moyens de fixation directe sur un support horizontal ou vertical.
Les balises 1 lumineuses sont contrôlables et configurables séparément ou simultanément à l'aide du moyen 2 de contrôle à distance, lequel est pourvu, en référence à la figure 3 : d'un module de communication radio 25 (émission/réception) permettant d'établir une communication avec au moins une balise 1 lumineuse de l'environnement 3 ;
- d'une unité centrale de traitement 23 (un microprocesseur ou plus généralement un processeur) pourvue d'une mémoire et d'une horloge et comprenant des moyens (sous forme de programmes) permettant de requérir l'accès et/ou la modification d'au moins une donnée de configuration relative à au moins une balise 1 lumineuse de l'environnement 3 ;
de moyens 24 d'entrées (un clavier réel ou virtuel, ou des boutons de sélection par exemple) ;
une interface 21 de communication filaire ou sans-fil (tel qu'un port USB, un port Ethernet, une interface Bluetooth, une interface infrarouge par exemple) ; et
une source 22 d'énergie électrique alimentant l'ensemble des circuits électroniques au niveau du moyen 2 de contrôle. Il est à noter que l'expression « unité centrale de traitement» couvre, ici, tout dispositif intégrant un processeur programmé pour assurer une ou plusieurs fonctions prédéterminées, ou toute application logicielle (programme ou sous-programme, plugin) implémentée sur un processeur, indépendamment ou en combinaison avec d'autres applications logicielles.
De préférence, le moyen de contrôle 2 comprend, en outre, un moyen d'affichage (écran) 26. Dans un mode de réalisation, le moyen d'affichage 26 est un écran tactile. L'interface 21 de communication est agencée pour permettre la communication du moyen 2 de contrôle avec un terminal utilisateur tel que, par exemples, un ordinateur (mobile/fixe), un Smartphone, un PDA (Personal Digital Assistant), ou un téléphone portable.
Dans un mode de réalisation, la source 22 d'énergie électrique est une pile électrique (ou également, une batterie) rechargeable via l'interface 21 de communication (rechargeable via un port USB par exemple).
La communication avec un terminal utilisateur, via l'interface 21 de communication, permet au terminal utilisateur de charger, grâce à un produit programme d'ordinateur approprié, dans la mémoire du moyen 2 de contrôle, une configuration (un programme d'instruction) destiné à une ou plusieurs balise(s) 1 lumineuse(s).
Dans un mode de réalisation, le moyen 2 de contrôle est lui-même un terminal utilisateur. A titre d'exemples, le moyen 2 de contrôle est un ordinateur, de préférence mobile, ayant une connectivité radio (Bluetooth™, Wifi, ZigBee, Home RF, HiperLAN, Wireless LAN par exemple) compatible avec celle du réseau de balise 1 lumineuse, et une application informatique appropriée pour le contrôle des balises 1 lumineuses, y est installé ;
un Smartphone ayant une connectivité radio (Bluetooth™, Wifi, ZigBee, Home RF, HiperLAN, Wireless LAN par exemple) compatible avec celle du réseau de balises 1, et une application informatique appropriée pour le contrôle des balises 1 lumineuses, y est installé.
De préférence, le produit programme d'ordinateur, pour la programmation des balises 1 lumineuses, comprend une interface utilisateur graphique (Graphie User Interface ou GUI) permettant l'affichage et/ou la simulation des séquences d'animation par les balises 1 lumineuses. Avantageusement, cette interface utilisateur graphique permet de fournir une représentation physique de la localisation des balises 1 et de programmer graphiquement des animations lumineuses.
Dans la mise en œuvre illustrée sur la figure 2, le moyen 2 de contrôle est une télécommande permettant le contrôle, simultanément ou individuellement, des balises 1 lumineuses constituant le réseau sans- fil. Dans un autre mode de réalisation, le moyen 2 de contrôle est un terminal mobile permettant d'établir des sessions de communications avec les balises 1 en y récupérant des informations ou en y transférant un programme d'instructions depuis un produit programme d'ordinateur de configuration. De préférence, le moyen 2 de contrôle comporte, par défaut, dans sa mémoire, des séquences d'animation.
Lors de sa communication avec une balise 1 lumineuse, le moyen 2 de contrôle permet :
- de récupérer des informations depuis la balise 1 lumineuse (son identifiant, le niveau d'énergie disponible dans le moyen de stockage d'énergie 111, la puissance d'émission radio, l'état de fonctionnement des éléments d'éclairage 151, 156, le numéro de la séquence/cycle en cours d'exécution, la version d'au moins une application informatique embarquée, la position relative/absolue de la balise dans le réseau, balise coordinatrice ou non par exemple) ; - d'envoyer des ordres à la balise 1 (interruption d'un cycle, veille, pause, saut de cycle, exécution d'un cycle, modifier la puissance d'émission radio, désignation en tant que balise coordinatrice par exemple) ;
- de charger un programme d'instructions (des séquences d'animation) dans la mémoire de la balise 1 lumineuse ;
- de synchroniser l'horloge de la balise 1 lumineuse à son horloge.
Le moyen 2 de contrôle est, notamment, apte à communiquer simultanément avec une pluralité de balises 1 lumineuses (tout ou une partie du réseau de balises 1). En effet, le moyen 2 de contrôle peut être programmé pour communiquer avec les balises 1 lumineuses selon différents modes, tel que par exemple, un mode de communication groupée (une diffusion vers toutes les balises 1 lumineuses) pour le contrôle de la couleur de la lumière émise par les éléments d'éclairage 151, 156 des balises 1, d'une manière cyclique en appuyant, par exemple, sur des boutons des moyens d'entrées 24 ;
le contrôle de l'intensité de la lumière émise par des balises 1 lumineuses, dans une plage comprise entre un seuil minimum et un seuil maximum, via les boutons des moyens d'entrées 24 par exemple ;
la validation (bouton OK, par exemple) d'une commande à transmettre à une pluralité de balises 1 lumineuses ;
le changement de l'état (veille/mise en route par exemple) d'une pluralité de balises 1 lumineuses, via le bouton 241 des moyens
24 d'entrée, par exemple ;
le chargement d'un programme vers des balises 1 lumineuses depuis la mémoire du moyen 2 de contrôle. Une touche « DNL » (pour Download) permet, par exemple, de déclencher le téléchargement vers les balises 1 lumineuses d'une configuration sélectionnée depuis la mémoire du moyen 2 de contrôle.
En combinaison, le moyen 2 de contrôle permet un mode de communication sélective autorisant un contrôle sélectif des balises 1 lumineuses (s'adresser à un groupe particulier de balises 1 lumineuses, ou à une seule balise 1 lumineuse).
Dans un mode de réalisation, lors de sa première mise en service par exemple, une balise 1 lumineuse est configurée pour mettre tous les ports de sortie de l'unité logique de traitement 13 à zéro (aucune séquence n'étant alors transmise au contrôleur 150), et attendre une requête d'initialisation de la part du moyen 2 de contrôle.
Pour démarrer une balise 1 lumineuse n'ayant pas encore d'identifiant, la balise 1 est d'abord sélectionnée lors d'une étape d'initialisation par interprétation d'un signal radio émis, de préférence en faible puissance, par le moyen 2 de contrôle afin d'obliger ce dernier à ne communiquer qu'avec une balise se situant à proximité (se trouvant dans voisinage de x cm du moyen 2 de contrôle par exemple, où x est un réel positif prédéterminé). Cette sélection par proximité permet d'initialiser d'une manière sélective une balise 1, ou un groupe particulier de balises 1. Dès qu'une requête d'initialisation est reçue par la balise 1, celle-ci attend alors une attribution d'identifiant de la part du moyen 2 de contrôle. Le moyen 2 de contrôle transmet, alors, un identifiant à la balise 1. En réponse, cette dernière peut émettre : - un signal lumineux et/ou audio particulier permettant de vérifier qu'elle vient d'être initialisée; ou
un signal radio vers le moyen 2 de contrôle permettant de confirmer sa bonne initialisation notamment par communication de l'identifiant qui lui est attribué. Ce processus peut également être exécuté pour changer l'identifiant d'une balise 1 ou son appartenance à un groupe.
En variante, un identifiant unique est affecté à chaque balise 1 dès sa fabrication, cet identifiant étant stocké dans sa mémoire.
Pour reprendre son fonctionnement (notamment suite à une décharge du moyen de stockage d'énergie 111 en absence de lumière par exemple), la balise 1 peut procéder selon différentes méthodes, à titre d'exemple : - se mettre en mode veille, en restant en écoute d'une manière périodique (toutes les 100 ms par exemple) des signaux qui lui seront destinés, sans exécuter aucun cycle ;
- exécuter, après un éventuel délai, un cycle de redémarrage choisi parmi les cycles enregistrés dans sa mémoire, ou reprendre le dernier cycle qui a été en exécution, dès lors que la synchronisation avec le moyen 2 de contrôle est établie.
Le choix entre ces options peut être programmé au préalable à l'aide du produit programme d'ordinateur lors de la phase de configuration de la balise 1 par le moyen 2 de contrôle.
Le moyen 2 de contrôle, permet entre autres, de : requérir une interruption. Pour cela, une balise 1 lumineuse est périodiquement en écoute (pendant quelques ms, toutes les 100 ms par exemple). Cette requête d'interruption comprend au moins o un identifiant d'une balise 1 ou d'un groupe de balises 1 concernée(s) par cette demande d'interruption ;
o un identifiant de l'action à exécuter correspondant, par exemple, à l'exécution d'un cycle prédéfini, à une mise en veille, à un délai à attendre avant l'exécution de cette interruption;
- envoyer une configuration de cycles à une ou plusieurs balise(s) 1. En effet, pendant l'exécution des séquences ou même en veille, la balise 1 est en écoute de manière périodique (quelques ms toutes les 100 ms, par exemple). Dès la réception de cette demande de configuration, comprenant notamment l'identifiant de la ou les balises 1 concernées, celles-ci
o reconnaissent la demande de configuration issue du moyen 2 de contrôle, qui comprend notamment le ou les cycles à reprogrammer ;
o se mettent en réception continue pendant un temps prédéfini permettant de recevoir les trames de reconfiguration pour un cycle, la taille maximale d'une trame étant prédéfinie. Ces trames sont, de préférences, assorties d'un code permettant de confirmer l'intégrité des données reçues ;
o confirment l'intégrité des informations de reconfiguration reçues
- demander des paramètres concernant une ou plusieurs balise(s) 1 (identifiant de la balise 1, identifiant du cycle en cours d'exécution, mode de fonctionnement actuel (exécution/veille), niveau de la batterie, niveau de production des cellules photovoltaïques, numéro de la version du programme d'exploitation de la balise 1 par exemple).
Dans un mode de réalisation, la balise 1 confirme ou accuse (acknowledge) la réception d'une commande/message, qui lui est transmise, en émettant un signal lumineux et/ou sonore spécifique. A titre d'exemple, une balise peut clignoter en vert pendant une durée prédéterminée pour signaler que le chargement, dans sa mémoire, d'un programme d'instructions est achevé correctement.
Dans un autre mode de réalisation, la confirmation de l'intégrité des informations qui lui sont transmises est faite d'une manière automatique. En effet, le moyen 2 de contrôle ou une balise coordinatrice est agencé(e) pour envoyer une requête au sujet de la bonne réception d'une information (une reconfiguration par exemple) adressée à une balise 1 particulière. Dans ce cas, celle-ci et elle seule répondra à cette requête en communiquant son identifiant, ainsi qu'un paramètre permettant de détecter des erreurs de transmission (CRC - Cyclic Redundancy Check - par exemple) de la séquence reçue. Ceci permet, dès réception de cette réponse par le moyen 2 de contrôle ou la balise coordinatrice, de vérifier si l'interaction avec cette balise 1 est correctement terminée.
Dans une mise en œuvre, une balise 1 particulière peut aider le moyen 2 de contrôle à relayer ou envoyer, sous l'ordre du moyen 2 de contrôle, un message à d'autres balises 1, cette balise agissant comme balise coordinatrice, apte à remplacer le moyen 2 de contrôle dans certaines de ses fonctions, notamment la synchronisation des balises 1. Avantageusement, une balise 1 coordinatrice permet au moyen 2 de contrôle de communiquer avec des balises 1 non incluses dans la zone de couverture radio du moyen 2 de contrôle. Dans ce cas, il est préférable que chaque balise 1 soit identifiée dans le réseau par un identifiant unique connu du moyen de contrôle 2, de la balise coordinatrice et de préférence d'autres balises 1 éventuellement adjacentes selon la topologie du réseau.
Diverses méthodes (radiogoniométrie, triangulation, décroissance de la puissance) peuvent être mises en œuvre pour estimer la position spatiale d'une balise 1 coordinatrice dans un réseau de balises 1. Citons à titre d'exemple l'utilisation de la puissance d'un signal interéchangé entre les balises 1 pour en déduire une estimation des leurs inter-distances.
Par ailleurs, le réseau de balises 1 communicantes permet la synchronisation des horloges d'au moins un groupe des balises 1,
- à l'initiative d'une balise 1 coordinatrice désignée par le moyen de contrôle 2 ; ou
- d'une manière régulière sans intervention d'une balise 1 coordinatrice. Avantageusement, la synchronisation des horloges d'au moins un groupe des balises 1, peut être assurée par une balise 1 coordinatrice, lorsque le moyen 2 de contrôle est hors de portée de ces balises 1 ou est branché à ce moment-là sur un terminal utilisateur distant qui comprend un logiciel de configuration, par exemple. Plus généralement, la balise 1 coordinatrice peut servir d'horloge de synchronisation en absence et/ou en présence du moyen 2 de contrôle.
La synchronisation des balises 1 (ou, plus précisément, des horloges des balises 1) constitue un élément clé conditionnant le bon fonctionnement des animations, ou plus généralement des actions produites par les balises 1. Ces balises 1 représentent un système distribué, c'est-à-dire un ensemble d'entités communicantes connectées en réseau. Il est couramment admis que deux horloges démarrant en phase ne demeurent jamais synchrones. Une variation à court terme dans les facteurs environnementaux (par exemple la température, la pression, l'altitude, la tension d'alimentation) ou à long terme telle que l'usure ou la fatigue d'une horloge par rapport à une autre, engendrent des dérives plus ou moins importantes (jusqu'à plusieurs secondes par jour). Une synchronisation entre les balises 1 est par conséquent indispensable. Cette synchronisation a pour effet de synchroniser des cycles et séquences d'animation de toutes les balises 1. A cette fin, les balises 1 doivent avoir une notion commune du temps.
Une synchronisation interne (interne au réseau de balises 1) basée sur le partage d'une horloge globale, notamment celle du moyen 2 de contrôle ou d'une balise 1 coordinatrice, permet de maintenir synchrones toutes les horloges des balises 1. Autrement dit, les horloges des balises 1 ont pour référence temporelle commune une seule et même horloge globale partagée.
Avantageusement, le procédé de synchronisation permet de faire converger toutes les horloges des balises 1 vers une même référence temporelle. Dans un mode de réalisation, cette référence temporelle peut être différente du temps réel. Elle n'est, dans ce cas, qu'une référence satisfaisant un certain alignement entre toutes les horloges des balises 1. A la réception d'une trame de synchronisation, les horloges des balises 1 essaient de se rapprocher le plus possible du rythme (fréquence) de l'horloge de référence. Des trames de synchronisation peuvent être envoyées, par exemple, toutes les secondes, ou à chaque début de cycle.
Dans un mode de réalisation, à réception d'une trame de synchronisation, une balise 1 retrouve la fréquence d'oscillation de l'horloge de référence (celle du moyen 2 de contrôle ou celle d'une balise 1 coordinatrice) à l'aide d'une boucle à verrouillage de phase (PLL : Phase-Locked Loop). Cette PLL permet d'asservir la fréquence de l'horloge de la balise 1, sur la fréquence de l'horloge de référence à l'aide des trames de synchronisation. En conséquence, la balise 1 réceptrice règle le rythme de son horloge. Dans un mode de réalisation, la trame de synchronisation comprend le nombre d'unités de temps (des secondes par exemple) écoulées depuis le début d'un cycle ou depuis une autre référence choisie par le moyen 2 de contrôle par exemple. Dans un autre mode de réalisation, la trame de synchronisation comprend un nombre de coups (estampille, ou timestamp en anglais) de l'horloge du moyen 2 du contrôle, enregistrés dans une fenêtre temporelle préfinie (sur la base du temps du terminal utilisateur auquel est connecté le moyen 2 de contrôle par exemple).
Il est à noter que le temps de transit des signaux radio peut contribuer à une incertitude sur la précision de la synchronisation des balises 1. Cependant, cet effet est négligeable en raison de la vitesse de propagation du signal radio, compte tenu de l'étendue spatiale relativement modeste du réseau de balises 1. Des corrections (principalement, des compensations) peuvent être apportées au contenu des trames de synchronisation afin de tenir compte des perturbations dues au canal de transmission.
Le temps de traitement, par les balises 1, des trames de synchronisation (dans le cas d'un réseau maillé par exemple), peut être compensé au niveau de chaque balise 1 (un nœud du réseau) de sorte qu'il n'affecte pas la précision de la synchronisation de l'ensemble des horloges des balises 1. En effet, le temps de retard induit par le franchissement d'une balise 1 peut être corrigé avant la retransmission de la trame de synchronisation à une autre balise 1 (un autre nœud du réseau).
Dans un mode de réalisation non limitatif, un procédé de synchronisation de balises 1, de préférence organisées dans un réseau en étoile, comprend :
- une étape d'émission, pendant une durée t, selon une période T (t = 1ms, T =1s par exemple), d'une trame de synchronisation par le moyen 2 de contrôle ou par une balise 1 coordinatrice ; une étape d'alignement, par une balise 1, de son horloge en accord avec le contenu de la trame de synchronisation dès la réception de cette dernière ;
une étape de mise de la balise 1 en mode « attente de synchronisation » pendant le temps 2*t autour de la période T, laissant ainsi une durée de t avant et après l'instant attendu de réception d'une trame de synchronisation ;
- si aucune trame de synchronisation n'est reçue par la balise 1, alors une étape de mise en réception permanente de la balise 1 selon une durée T+t, jusqu'à la réception d'une trame de synchronisation ;
- si aucune trame de synchronisation n'est reçue par la balise 1, alors une étape de mise en veille pendant une durée n_*T (où n_ est une valeur entière prédéterminée), jusqu'à reprise de l'étape précédente.
Dans un mode de réalisation, le réseau de balises 1 comprend : un réseau en étoile autour du moyen 2 de contrôle ;
un réseau en étoile autour d'une balise 1 coordinatrice ;
une pluralité de réseaux en étoile, respectivement, autour d'une pluralité de balises coordinatrices qui sont elles-mêmes autour du moyen 2 de contrôle.
Avantageusement, dans une topologie en étoile, les balises 1 sont décrétées recevoir en même temps les trames de synchronisation émises depuis le moyen 2 de contrôle ou depuis une balise 1 coordinatrice. Ceci favorise, notamment, une synchronisation de haute résolution, ainsi que l'autonomie en énergie des balises 1 (pas de retransmission des trames de synchronisation et, donc, pas d'utilisation excessive de l'unité logique de traitement et de la liaison radio).
Si le réseau de balises 1 présente une topologie en anneau, en arbre, en bus ou maillée, il est préférable de tenir compte du temps d'arrivée des trames de synchronisation aux balises 1 (en particulier, pour compenser le temps de latence induit par le traitement et/ou la propagation des trames de synchronisation). Dans un mode de réalisation, pour confirmer la synchronisation des balises 1, le moyen 2 de contrôle ou une balise 1 coordinatrice envoie une requête de vérification de synchronisation adressée à une seule balise 1 à la fois. Dans ce cas, la balise 1 destinatrice, et elle seule, répondra afin de confirmer sa bonne synchronisation en communiquant son identifiant, ainsi qu'un horodatage du temps écoulé depuis sa dernière synchronisation ou tout autre paramètre permettant de calculer et vérifier cette synchronisation.
Ceci permet au moyen 2 de contrôle ou à la balise coordinatrice de vérifier, dès réception de cette information, que la balise 1 en question est bien synchronisée, moyennant une tolérance qui prendra en compte les incertitudes liées aux temps de calculs requis par la balise 1 et par le moyen 2 de contrôle ou la balise 1 coordinatrice.
Dans un autre mode de réalisation, une balise 1 répond à une requête de vérification de la synchronisation dans un délai qui lui est imparti. Ce délai peut être prédéterminé lors d'une phase de configuration, ou en fonction de l'identifiant de balise 1 si elle a connaissance des identifiants des autres balises. Avantageusement, ceci permet d'ordonner, dans le temps, les réponses des balises 1 à une requête de vérification de la synchronisation adressée simultanément à un groupe de balises 1. Ceci permet, notamment, d'éviter une interférence des différentes réponses des balises 1 interrogées. En variante, les balises 1 émettent à des fréquences légèrement différentes. Plus généralement, le procédé de communication entre le moyen 2 de contrôle et les balises 1 comporte une notion de groupe, permettant au moyen 2 de contrôle de s'adresser à plusieurs balises 1 sans risque d'interférence dans les échanges radio avec ces balises 1. Le protocole LBT (pour Listen Before Talk, ou aussi Listen Before Transmit) est un exemple d'un tel procédé. De préférence, des requêtes de vérification de synchronisation sont envoyées, par le moyen 2 de contrôle ou une balise coordinatrice, d'une manière périodique à chaque balise 1 (par exemple, toutes les ni trames de synchronisation, où m est un entier prédéterminé) de sorte à interroger l'ensemble des balises 1 sur une période de temps donnée. Cette période peut être choisie en fonction de la dérive des horloges des balises 1.
De préférence, le procédé de synchronisation des balises 1 n'influence pas l'autonomie en énergie des balises 1 (une utilisation minimale du module de communication radio 12 des balises 1 par exemple), laquelle est plutôt majoritairement destinée pour les éléments d'éclairage 151, 156.
Il est à noter qu'une horloge externe au réseau de balises 1 (par exemple, le temps GPS, Global Positioning System) peut être aussi utilisée, mais au détriment de l'autonomie en énergie des balises 1.
Dans le cas où une ou plusieurs balises 1 ne sont pas synchronisées, le moyen 2 de contrôle ou une balise 1 coordinatrice peut décider d'une certaine action. Cette action peut être, par exemple, l'enregistrement des identifiants des balises 1 non synchronisées. Cette information mémorisée peut ensuite être communiquée à l'utilisateur à des fins d'information générale, statistique et de maintenance ;
la signalisation de la balise 1 non-synchronisée à l'utilisateur en ordonnant à cette balise 1 une séquence d'animation particulière par exemple.
Il est à noter qu'un dysfonctionnement d'une balise 1 (une désynchronisation, un bogue informatique par exemple) n'affecte que cette balise 1, sans aucun effet sur les autres balises 1.
Lorsqu'une balise 1 vient d'être identifié dans un réseau, elle est mise en attente de synchronisation pendant une période au moins égale à la durée séparant deux trames de synchronisation, de manière à pouvoir ensuite et le cas échéant démarrer l'exécution de son animation lumineuse en synchronisation avec l'animation lumineuse en cours de déroulement des autres balises 1. Si une balise 1 coordinatrice pour une raison quelconque, par exemple à la suite d'une décharge du moyen de stockage d'énergie 111 en l'absence de lumière, n'est plus en état d'émettre des trames de synchronisation, la fonction de balise coordinatrice est alors assignée à une autre balise 1, selon un processus de choix lié à son numéro d'identification, sa position spatiale, ou tout autre critère de décision préalablement programmé à l'aide du produit programme d'ordinateur lors de la phase de configuration des balises 1 par le moyen 2 de contrôle. Ceci permet, notamment, d'assurer la continuité de la synchronisation du réseau des balises 1 en cas de défaillance d'une balise 1 coordinatrice. Une balise 1 coordinatrice est décrétée défaillante lorsque les balises 1 de son groupe ne reçoivent pas de trames de synchronisation pendant une durée prédéterminée ou ne reçoivent pas p_ trames de synchronisation successives (où p_ est une valeur entière prédéterminée).
Dans un mode de réalisation, le programme d'instructions chargé dans la mémoire d'une balise 1 dépend des données collectées depuis un système de capteurs. Un dispositif RFID, un détecteur de la luminosité ambiante, un gyroscope, un clinomètre, un microphone, un thermomètre, un manomètre, un photomètre, un hygromètre, un pluviomètre, un détecteur de niveau, un détecteur de présence, un interrupteur de position, une montre, un compteur de vitesse, une antenne, ou un détecteur de fumée sont des exemples d'éléments du système de capteurs. Ceci permet, à titre d'exemple, d'exécuter une animation lumineuse en fonction de l'heure, de présence/absence de personne, de la vitesse de mouvement d'une personne par exemple. Il est également à noter que le moyen 2 de contrôle ou la balise 1 coordinatrice peut, de manière inconditionnelle, ou éventuellement en réception d'information issues du système de capteurs : commander le passage d'un cycle d'animation vers un autre cycle sur une ou plusieurs balises 1 du réseau ; ou
- apporter des modifications aux séquences d'animations, par exemple adapter l'intensité lumineuse (ou la tonalité) par rapport à la luminosité (ou, au bruit) ambiante autour d'une balise 1. D'autres actions peuvent être couplées à l'animation lumineuse du réseau de balises 1 (ouvrir une porte, lire un fichier audio, déclencher une alarme par exemple).
Le procédé qui vient d'être décrit présente un certain nombre d'avantages. Il permet en effet une gestion avancée (une configuration avancée des balises 1), une programmation dynamique (un réseau programmable à tout moment), et une synchronisation des balises 1 lumineuses (une animation lumineuse synchrone).

Claims

WO 2011/151609 Δ=> PCT/FR2011/051277 REVENDICATIONS
1. Système de balises comprenant une balise (1) pourvue d'un module de fourniture d'énergie électrique (11), un module de communication radio (12), une unité logique de traitement (13), système caractérisé en ce que ladite unité logique de traitement comprend une mémoire et une horloge synchronisée à une horloge de référence, et le dit moyen de fourniture d'énergie électrique (11) comprenant un générateur (110) d'énergie électrique et un moyen de stockage d'énergie (111).
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen (2) de contrôle de la balise (1), ledit moyen
(2) de contrôle comprenant un module de communication radio (25), des moyens (24) d'entrées et une unité centrale de traitement (23) incluant une horloge et une mémoire.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'horloge du moyen (2) de contrôle est l'horloge de référence.
4. Système selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen (2) de contrôle comprend en outre une interface (21) de communication agencée pour permettre la communication de ce moyen (2) de contrôle avec un terminal utilisateur.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le terminal utilisateur est agencé pour charger, via un produit programme d'ordinateur, un programme d'instructions dans la mémoire du moyen (2) de contrôle.
6. Système selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le moyen (2) de contrôle est agencé pour permettre le chargement d'un programme d'instructions dans la mémoire de la balise (1).
7. Système selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que le programme d'instructions est dépendant des données collectées depuis un système de capteurs.
8. Système selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le moyen (2) de contrôle est agencé pour synchroniser l'horloge de la balise (1) sur son horloge.
9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de balises (1) mises en réseau sans-fil.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le réseau comprend une balise (1) coordinatrice dont l'horloge sert d'horloge de référence en substitution à l'horloge du moyen (2) de contrôle.
11. Procédé de balisage au moyen d'au moins une balise (1) pourvue d'un module de fourniture d'énergie électrique (11), d'un module de communication radio (12) et d'une unité logique de traitement (13), procédé caractérisé en ce qu'il comprend : une étape de transformation d'une forme d'énergie en une énergie électrique ;
- une étape de stockage d'une énergie électrique ;
une étape de synchronisation d'une horloge, comprise dans l'unité logique de traitement (13), à une horloge de référence ;
- une étape d'exécution, par la balise (1 ), d'un programme d'instructions compris dans une mémoire comprise dans l'unité logique de traitement (13).
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de communication de la balise (1) avec un moyen (2) de contrôle.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape de communication comprend une étape de configuration permettant de charger un programme d'instructions depuis le moyen (2) de contrôle vers la mémoire de la balise (1).
14. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape de synchronisation comprend :
- la réception, par la balise (1), d'une trame de synchronisation ;
- l'asservissement de la fréquence de l'horloge de la balise (1) à l'aide des trames de synchronisation reçues.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'étape de synchronisation comprend en outre une étape de vérification de synchronisation.
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