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INNOVATIONPOUR L’INTERNET DES OBJETS
LA RF ET LA GESTION DE L’ÉNERGIE DANS
LES OBJETS CONNECTÉS
Lionel RUDANT Responsable marketing stratégique IoT
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Intégration de la RF dans les objets connectés
Challenges RF/Energie dans l’IoT
Règles de l’art, design et dimensionnement des antennes RF dans
les objets connectés
Antennes intégrées pour l’IoT
Caractéristiques radio des solutions
Qualification des réseaux sans-fil pour l’IoT
LA RF ET LA GESTION DE L’ÉNERGIE DANS LES OBJETS CONNECTÉS
SÉMINAIRE VENDREDI 6 NOVEMBRE 2015, VILLEFONTAINE
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Intégration de la RF dans les objets connectés
Challenges RF/Energie dans l’IoT
Règles de l’art, design et dimensionnement des antennes RF dans
les objets connectés
Antennes intégrées pour l’IoT
Caractéristiques radio des solutions
Qualification des réseaux sans-fil pour l’IoT
LA RF ET LA GESTION DE L’ÉNERGIE DANS LES OBJETS CONNECTÉS
SÉMINAIRE VENDREDI 6 NOVEMBRE 2015, VILLEFONTAINE
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Tous les jours de nouveaux objets connectés…
L’INTERNET DES OBJETS C’EST AUJOURD’HUI !
Pile 9V connectée Canard de bain connecté Voiture connectée à la
montre connectée
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Personnes malades d’une grave insuffisance cardiaque…
• Ré-hospitalisation
• Mortalité
Un exemple en région Auvergne…
QUE PEUT-ON ATTENDRE DE L’INTERNET DES OBJETS ?!
Pr Jean Cassagneshttp://esante.gouv.fr/
Balance connectée
Plateforme santé numériqueReference Cardiauvergne
12,5%
11,8%
Jusqu’à 40%
30%
Santé
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LES OBJETS CONNECTÉS AUX PLATEFORMES DE L’INTERNET
Livres
Commentaires Services
Livres inédits
Numérique
Fournisseur de plateformes
Marketing
Services
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DU POINT DE VUE D’UN INSTITUT DE RECHERCHE TECHNOLOGIQUE
Le paradoxe innovation & IoT
Demain la science-fiction ?
A vendre A faire
soi-même
Quels sont les grands défis techniques ?
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COMPLEXITÉ TECHNOLOGIQUE DU PRODUIT CONNECTÉ
(How smart, connected products are transforming competition, 2014)
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GRANDS CHALLENGES TECHNIQUES
Technologies MEMS
Caméra intelligente
Architectures systèmes innovantes
Déployer dans l’existant
Spécifier la technologie pour le logiciel
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GRANDS CHALLENGES TECHNIQUES
Technologies Ultra Low Power
Récupérations d’énergies
Fonctionnalités cross-layer
Autonomie des systèmes
Intégration des systèmes
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GRANDS CHALLENGES TECHNIQUES
Architectures rapides
Systèmes sans-fil sécurisés
Méthodes de spécifications et de conception
Temps réel
Fiabilité
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LES GRANDS CHALLENGES TECHNOLOGIQUES DE L’IoT
Utilité, localité, temporalité, qualité, sécurité
Nouveaux services à coûts d’opération réduits
Réseaux temps-réel et sécurisés
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Intégration de la RF dans les objets connectés
Challenges RF/Energie dans l’IoT
Règles de l’art, design et dimensionnement des antennes RF dans
les objets connectés
Antennes intégrées pour l’IoT
Caractéristiques radio des solutions
Qualification des réseaux sans-fil pour l’IoT
LA RF ET LA GESTION DE L’ÉNERGIE DANS LES OBJETS CONNECTÉS
SÉMINAIRE VENDREDI 6 NOVEMBRE 2015, VILLEFONTAINE
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60 GHz lentille discrète
Réseau transmetteur
Antenne active compacte
ISM 2,4 GHz
5 mm
2 mm
Intégration antenne/transceiver
CMOS-SOI 2 x 3.3 mm²
Antenne intégrée SoCIntégration de système
dans l’antenne
Source rayonnante
électriquement petite
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CHALLENGES DE L’ANTENNE MINIATURE
TAILLE D’ANTENNE
PE
RF
OR
MA
NC
ES
D’A
NT
EN
NE
(EF
FIC
AC
ITÉ
DE
RA
YO
NN
EM
EN
T &
BA
ND
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NT
E)
Limites fondamentales de la miniaturisation d’antenne
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IoT : DÉPLOIEMENT RADIO
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• Bénéfices de la directivité d’antenne
Réduction des pollutions EMInterférences
Sensibilité au bruit
Complexité architecturale
Services numériques locaux• Discrétion, exclusivité
• Nouveaux usages
IoT : DÉPLOIEMENT RADIO
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| 20
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
5
10
15
2r/0
Dire
ctivity (
dB
i)
SotA
Geyi limit
Harrington limit
Re-normalized limit
CHALLENGES DE L’ANTENNE MINIATURE ET DIRECTIVE
PE
RF
OR
MA
NC
ES
D’A
NT
EN
NE
DIR
EC
TIV
ITÉ
(d
Bi)
TAILLE D’ANTENNE
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• Aujourd’hui, les antennes RFID : GRANDES antennes directives
De faible directivité si taille limitée : angle d’ouverture de 90° environ
De très faible directivité pour les antennes portables : gain de quelques dBi
• Applications de surveillance nécessitent des faisceaux plus étroits
• Ouverture de marchés grand public nécessite des petites antennes
IoT : NOUVEAUX USAGES
Insertion de la radio identification
dans un flux logistique
Marché grand public des applications RFIDRFID @ home
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| 22
Antenne du commerce @900MHz
HPBW 43°×36°
Prototype @868MHz
HPBW 50°×46°
89cm
16 cm
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MESURE EN CHAMBRE ANÉCHOÏDE
Chambre anéchoïde blindée V/UHF au CEA-Leti
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Plan H Plan E
-180-150-120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
Phi (deg)
Dire
ctivity (
dB
i)
Measurement
Simulation
-180-150-120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
Theta (deg)
Dire
ctivity (
dB
i)
Measurement
Simulation
Prototype Directivité (dBi) HPBW plan H HPBW plan E
Simulation (868 MHz) 12,5 41,2° 46,7°
Mesure (880 MHz) 12,1 46,0° 55,5°
• Réseau quatre dipôles
• Taille : 0,45λ0 × 0,36λ0 (diamètre 0,57λ0)
124,4mm × 155,5mm
• Fréquence d’optimisation : 880 MHz
PROTOTYPE ANTENNE COMPACTE SUPER DIRECTIVE
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• Réseau quatre dipôles
• Taille : 0,45λ0 × 0,36λ0 (diamètre 0,57λ0)
124,4mm × 155,5mm
• Fréquence d’optimisation : 880 MHz
PROTOTYPE ANTENNE COMPACTE SUPER DIRECTIVE
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
5
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Dire
ctivity (
dB
i)
Geyi limit
Harrington limit
Re-normalized limit
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Absolute value of yaw
Absolute value of pitchAbsolute value of roll
temps
Δθ
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Intégration de la RF dans les objets connectés
Challenges RF/Energie dans l’IoT
Règles de l’art, design et dimensionnement des antennes RF dans
les objets connectés
Antennes intégrées pour l’IoT
Caractéristiques radio des solutions
Qualification des réseaux sans-fil pour l’IoT
LA RF ET LA GESTION DE L’ÉNERGIE DANS LES OBJETS CONNECTÉS
SÉMINAIRE VENDREDI 6 NOVEMBRE 2015, VILLEFONTAINE
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Usine automatisée Chantier Centrale nucléaire Site minier Plateforme
Tunnel ferroviaire Barrage Hangar Elevage industriel Champ agricole
Autoroute Naval Site portuaire Parking souterrain Stade, spectacles
Domotique Ouvrage d’art Cabine d’avion Automobile Mobilité du drone
EX. ENVIRONNEMENTS SÉVÈRES
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| 31
Environnements sévères
Déploiement sous contraintes
• Longue portée
• Propagation sans vue directe, obstruction
• Interférences, bande de fréquences saturée
• Mobilité, grande vitesse
• Miniaturisation des antennes
• Perturbations liées au contexte proche
• Ressources énergétiques
• Processus de déploiement
Réseaux sans-fil
Avantages opérationnels du sans-fil
• Déploiement massifs de capteurs sans-fil
• Connectivité M2M modulable
• Terminaux portatifs pour les personnels
• Télé-relève
• Traçabilité sans-contact
• Transports connectés
Offres multiples
• Réseaux cellulaires 3G/4G
• Réseaux IoT
• WiFi 802.11a/b/g
• WiFi 802.11n/ac
• BT 4.0, BT smart (Le)
• UWB 802.15.4a, ranging
• Zigbee 802.15.4, 6LoWPAN
• Wireless M-Bus 169MHz
• Radio long range 868MHz
• RFID, RFID UHF
• V2x 802.11p
• Antennes fort gain
• Antennes CMS
Problématiques ?!
Analyses et expertises
• Garantir la QoS ? Garantir les services ? SdF ?
• Choisir la solution radio ? Déployer une solution MIMO ?
• Dimensionner le réseau sans-fil ?Placer les systèmes radio ? Valider le déploiement radio ?
• Anticiper la couverture radio ? Maitriser les zones de lecture d’étiquettes RFID ?
• Assurer la mobilité grande vitesse ?
• Miniaturiser/intégrer les antennes ?
• Choisir la pile/batterie du système radio autonome ?
• Troubleshooting ?
RÉSEAUX SANS-FIL POUR APPLICATIONS CRITIQUES
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| 32
Expertise canal de propagation
Réseau sans-fil
Environnements sévères émulés *Environnements sévères
* Equipement et offre de l’IRT
Un émulateur est une plateforme radio
numérique reproduisant en temps réel les effets
perturbants de la propagation sur les
communications sans-fil.
Emulateur PropSim F8 Elektrobit/Anite
Gamme de fréquence 220MHz-6GHz
Bande passante instantanée jusqu’à 125MHz
MIMO 4×4 full duplex, jusqu’à 8 voies MIMO
Introduction de sources de bruit et
d’interférents
Des modèles industriels standardisés
Des modèles spécifiquement développés pour une application
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| 33
ENVIRONNEMENTS SÉVÈRES RÉALISTES
Caractérisation
Modélisation
Emulation *
* Equipement et offre de l’IRT
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| 34
ENVIRONNEMENT
CENTRALE
NUCLÉAIRE
Environnement de propagation dans la centrale de
Nogent-sur-Seine (BAS, BAN, BR)
• Vue directe
(Bâtiment auxiliaire sauvegarde)
• Vue obstruée par mur béton armé
(Bâtiment auxiliaire sauvegarde)
• Vue obstruée par mur béton armé
(Bâtiment auxiliaire sauvegarde-BAN)
• Vue obstruée inter-étages
(Bâtiment auxiliaire sauvegarde)
Modélisation de l’environnement
• Bande de fréquence 2,4GHz et 868MHz
• Scénarios Line of Sight (LoS), Non Line of Sight (NLOS) et
strong Non Line of Sight (NLOS²) (obstruction mur béton,
transmission inter-niveau etc.)
• Modélisation interférences inter-trajets
• Structure multi-antennes (MIMO)
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| 35
PERSONNELS
CONNECTÉS
Tests d’équipements connectés pour le travailleur• Bande de fréquence 2,4GHz et 5GHz
Connectivité sans-fil on-body• Sept individus
• Immobile, course, marche
• Environnements indoor et anéchoïde
• Différentes configurations d’antenne
Connectivité sans-fil off-body• Marche en vue directe
• Marche en vue obstruée par le corps
• Rotation du sujet
• Différentes configurations d’antenne
Connectivité sans-fil body-to-body• Marches opposées
• Marches parallèles
• Marche d’un individu
• Rotation d’un individu
• Différentes configurations d’antenne
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| 36
Tx
Rx
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
log10
(d/d0)
PL [
dB
]
TX 4(V) RX(V)
Measured
Mean PL
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-70
-65
-60
-55
-50
-45
PL [
dB
]
log10
(d/d0)
TX 1(V) RX (V)
Measured
Mean PL
868 – 870 MHz2.6 – 5.35 GHz
ENVIRONNEMENT CABINE D’AVION
Déploiement radio dans la cabine
Atténuation du signal…
Etalement temporel du signal…
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| 37
EVALUATION DES MOBILITÉS ÉMERGENTES
Véhicule autonome Next-two présenté par Renault
(plateforme Zoé)
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| 38
MODÈLES STANDARDISÉS V2X
3
8
Rural LOS:Intended primarily as a reference result, this
channel applies in very open environments where
other vehicles, buildings and large fences are
absent.
Urban Approaching LOS:Two vehicles approaching each other in an Urban
setting with buildings nearby.
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| 39
MODÈLES STANDARDISÉS V2X
3
9
Street Crossing NLOS:Two vehicles approaching an Urban blind
intersection with other traffic present.
Buildings/fences present on all corners.
Highway LOS:Two cars following each other on Multilane inter-
region roadways such as Autobahns. Signs,
overpasses, hill-sides and other traffic present.
Highway NLOS:As for Highway LOS but with occluding trucks
present between the vehicles.
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| 40
-110 -100 -90 -80 -70 -600
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Classical channel - maxThroughput - Packet Error Rate (PER)
Channel Gain [dB]
PE
R
-110 -100 -90 -80 -70 -60 -500
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Flat channel - maxThroughput - Packet Error Rate (PER)
Channel Gain [dB]
PE
R
Environnement idéal Environnement réaliste + mobilité
![Page 38: LA RF ET LA GESTION DE L’ÉNERGIE DANS€¦ · LA RF ET LA GESTION DE L’ÉNERGIE DANS LES OBJETS CONNECTÉS SÉMINAIRE VENDREDI 6 NOVEMBRE 2015, ... Intégration de la RF dans](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/5f5496602f1bdd37c65f4a5a/html5/thumbnails/38.jpg)
| 41
-110 -100 -90 -80 -70 -600
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Classical channel - maxThroughput - Packet Error Rate (PER)
Channel Gain [dB]
PE
R
-110 -100 -90 -80 -70 -60 -500
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Flat channel - maxThroughput - Packet Error Rate (PER)
Channel Gain [dB]
PE
R
Environnement idéal Environnement réaliste + mobilité
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| 42
Intégration de la RF dans les objets connectés
Challenges RF/Energie dans l’IoT
Règles de l’art, design et dimensionnement des antennes RF dans
les objets connectés
Antennes intégrées pour l’IoT
Caractéristiques radio des solutions
Qualification des réseaux sans-fil pour l’IoT
LA RF ET LA GESTION DE L’ÉNERGIE DANS LES OBJETS CONNECTÉS
SÉMINAIRE VENDREDI 6 NOVEMBRE 2015, VILLEFONTAINE
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| 43
STRATÉGIE D’INNOVATION DANS L’IoT
COTS
* Equipement et offre de l’IRT
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| 44
THANK YOU FOR
YOUR ATTENTION!