Carerc-2
Au cours de deux dernières décennies nous avons assisté à un développement constant des technologies de communications sans fils. Les réseaux de téléphonie mobiles, les points d’accès à l’internet, les communications points à points sont autant de sources de réseaux sans fils basées sur des standards de communication définis par différents organismes (ETSI, CEPT, IEEE, FCC). A chacun de ces standards est allouée une bande de fréquences associée à plusieurs canaux possédant chacun une quantité d’énergie maximale.
Afin d’obtenir une image fréquentielle et temporelle de ces réseaux sans fil, le projet CARERC propose la réalisation d’une infrastructure logicielle et matérielle de mesure dans le but de réaliser une cartographie électromagnétique 3D dynamique d’un espace donné basée sur l’exploitation des réseaux de capteurs.
Ce réseau doit être autonome en énergie afin de pouvoir fonctionner dans tout type d’environnement et cette autonomie passe par l’aspect logiciel (optimisation des communications et de l’activité des éléments du réseau) et matériel (récupération d’énergie de différentes sources : ondes électromagnétique, solaire…).
Les objectifs du projet CARERC sont au nombre de trois, répartis sur trois actions :
- Autonomie énergétique d’un réseau de capteurs
- Réalisation d’un capteur de puissance électromagnétique
- Stockage et visualisation 3D des données mesurées
Action 1 : autonomie énergétique du réseau.
Un réseau de capteur est composé d’un ensemble d’éléments appelés « nœuds ».
Ces nœuds disposent :
- d’interfaces de communication sans fil afin de communiquer soit entre eux soit avec la « station de base », élément qui récupère les informations transmises par les nœuds pour les transférer vers une base de données.
- de capteurs qui peuvent être de natures différentes (température, mouvement, lumière, vent, etc…). Ce sont ces capteurs qui vont fournir les informations qui seront remontées en base de données.
Rendre le réseau autonome
Pour cela, l’équipe CARERC travaille sur :
- l’optimisation logicielle du réseau. Pour cela, différentes méthodes portant sur la transmission des informations dans le réseau font l’objet de travaux de doctorat au laboratoire LE²P. L’idée est d’optimiser l’énergie consommée par un nœud au cours du temps.
- des protocoles « d’endormissement » des nœuds afin de réduire au maximum l’énergie consommée et procéder ensuite à des réveils programmés ou commandés par des sources extérieures.
Récupération d’énergie pour les batteries embarquées
Des solutions de récupération d’énergie seront installées sur les nœuds afin de recharger les batteries embarquées. Outre la ressource solaire, l’équipe travaille, dans le cadre des activités de recherches du LE²P, sur une source en particulier : la transmission d’énergie sans fil.
Le principe est de récupérer de l’énergie présente dans les ondes électromagnétique qui nous entourent, de la transformer en tension continue et de la stocker dans une batterie. Pour ce faire, nous utilisons des antennes redresseuses appelées « rectena » ainsi que des circuits de pompe de charge pour accumuler les faibles niveaux de tension récupérés.
Action 2 : Réalisation d’un capteur de niveau de puissance électromagnétique
Afin de réaliser la cartographie électromagnétique, il est nécessaire de développer un outil de mesure de puissance électromagnétique dans un espace donné. Pour cela, plusieurs solutions ont été étudiés, développées et en cours de développement.
La première consiste en la mesure du niveau RSSI (Received Signal Strength Indication) faite au niveau de chaque nœud du réseau de capteur. Cette mesure est réalisée par le biais de l’antenne qu’utilise le nœud pour ses communications et permet d’avoir une information sur le niveau de puissance des ondes reçues par le nœud dans sa bande de communication.
La seconde consiste en l’utilisation de circuits intégrés du commerce tels que les détecteurs logarithmique (couplés avec des amplificateurs faible bruit et éventuellement un mélangeur) qui produisent une tension proportionnelle au niveau de puissance en entrée. Après calibrage de ces circuits il est possible, à partir du niveau de tension mesuré, de remonter au niveau de puissance électromagnétique.
Un circuit intégré embarquant ces différentes fonctions sera réalisé dans une technologie de pointe et permettra de s’affranchir des pertes du aux adaptations des différents circuits utilisés dans la solution précédente.
Action 3 : Stockage et visualisation 3D des données mesurées
L’ensemble des données mesurées seront stockées dans un outil de type Big data. Cette base de données sera en mesure de s’adapter aux différents type de données qui seront remontées via le réseau.
Une fois ces données correctement stockées, une visualisation de ces données sera réalisée.
Dans un premier temps, dans une optique de contrôle de qualité de mesure et de bon fonctionnement du réseau.
Dans un second temps, dans un souci de visualisation du niveau de puissance électromagnétique que l’on mesure dans l’espace de déploiement du réseau de capteur.
Il prévu pour cette visualisation d’utiliser des outils web 3D.
Premier objectif : mesurer la puissance reçue sur le capteur développé par CARERC d’un signal provenant d’un routeur WiFi en fonction de la distance et de la puissance d’émission du routeur. Deuxième objectif : mesurer ce que la rectenna recueille comme énergie dans les mêmes condition. Le but étant de pouvoir quantifier l’énergie disponible en sortie de la rectenna lorsque l’on utilise une source diffuse « non dédiée ».
Soudure de composants électroniques par brasage. Cette technique permet le positionnement des composants par capillarité entre la brasure et les encoches pour la soudure. De plus, elle permet également de faire des réparations ou d’apporter des modifications sur un circuit imprimé.
Intégration de capteurs environnementaux à haute précision permettant la mesure de température, d’humidité relative, de pression atmosphérique et de gaz COV (composés organiques volatils).
L’objectif est de collecter différentes grandeurs physiques grâce au réseau de capteurs sans fil.
Tests réalisés en milieu urbain avec le réseau LORA
Le premier noeud Lora déposé en haut de la roche vert bouteille
Visualisation des données provenant du réseau de capteurs mis en place au sein du LE2P pour le projet CARERC
Test de communication longue distance du réseau Lora dans le cirque de Mafate.
Le point rouge est le GATEWAY (récepteur d’informations), les points blancs les nœuds (émetteurs).
Du Grand Bénard (1er Gateway) à Dos d’Ane, la portée est de 15 kms (minimum)
Communications
- Rochefeuille E., Alicalapa F., Douyère A., Vuong T. (2017). Rectenna Design for RF Energy Harvesting using CMOS 350nm and FDSOI 28nm, IEEE Radio and Antenna Days of the Indian Ocean (RADIO), 25-28 septembre 2017, Le Cap (Afrique du Sud). 2017 IEEE Radio and Antenna Days of the Indian Ocean (RADIO),. doi: https://doi.org/10.23919/RADIO.2017.8242246. Réf. HAL: hal-01696046
- Douyère A., Rivière J., Rochefeuille E., Dubard J.-L., Lan Sun Luk J.-D. (2017). Etude du couplage et analyse des performances d’une rectenna PIFA à faibles niveaux de puissance, Assemblée Générale GDR Ondes, 23-25 octobre 2017, Sophia Antipolis (France).. Réf. HAL: hal-01630705
- Rochefeuille E., Alicalapa F., Douyère A., Vuong T. (2017) FDSOI 28nm performances study for RF energy scavenging , IEEE Radio and Antenna Days of the Indian Ocean (IEEE RADIO 2017), Sep 2017, Cape Town, South Africa. IOP, IOP Conference S
eries: Materials Science and Engineering, pp.012009, 2018, DOI : https://doi.org/10.1088/1757-899X/321/1/012009〉
Media
The CARERC project is featured in :
- The weekly magazine « Regard’Ensemble », which covers the island’s economic activities: from 2’35 of the video : http://www.antennereunion.fr/info-et-magazines/regard-ensemble/replay/replay-regard-ensemble-vendredi-07-juin-2019
- News Report on the TV news FranceTvinfo La 1ère : https://la1ere.francetvinfo.fr/reunion/emissions/journal-de-12h30 from 3’30
- Zinfo974 website : https://www.zinfos974.com/%E2%96%B6%E
Events
- CARERC special participation in the Sustainable Energy Forum organized by IOC, 04/ 9-11/2019
- Participation in the GdR RSD (CNRS); LPWAN thematic days, Lyon, 07/11-12/2019 and Scientific Poster presentation
Posters
Equipe scientifique
Responsable scientifique : Alexandre Douyere
Adjoints scientifiques : Frédéric Alicalapa et Nour Murad
Equipe Projet
Chef de projet : Pierre-Olivier pierre Lucas de Peslouan
- Ariste Boutchama, IGE Circuits et Ssystèmes
- Pierre-Olivier Lucas de Peslouan, IGR Conception et Développement des circuits
- Marie-Laure Pérony-Charton, IGE Valorisation
- Jérôme Rivière, IGR Electronique Hyper-Fréquence
Directeur scientifique : Alexandre DOUYERE (alexandre.douyere@univ-reunion.fr
Chef de projet : Pierre-Olivier Lucas de Peslouan (pierre-olivier.lucas-de-peslouan@univ-reunion.fr)
carerc-le2p
Antenne Hélicoïdale
Noeud Waspmote
Analyseur sous pointe
Analyseur de spectres portable
Antennes Patch
Générateur de signal 3GHz – SM300
Multimètre numérique
Graveuse mécanique
Banc de tests
Mousse Anechoïque
PNA-X
Module Anéchoïde
Mesure d’un signal WiFi en espace anéchoïque
Brasage de composants
Intégration d’un capteur environnemental
Test réseau LORA
Test réseau LORA à Mafate-1
Cartographie de la puissance mesurée des ondes électromagnétiques
Test réseau LORA à Mafate-2