Infineon fait équipe avec Intel et eluminocity pour sécuriser les rues des villes et les connecter au réseau mondial.
Avec l'accroissement de la migration vers les villes, les administrations publiques recherchent des solutions pour rendre les espaces urbains, ainsi que leurs infrastructures et leurs systèmes d'énergie, plus intelligents, plus sûrs et plus écoénergétiques. Parallèlement, l'apparition des véhicules connectés fournit désormais aux villes de nouvelles possibilités d'interagir avec les conducteurs pour proposer des solutions de gestion du trafic efficaces et intelligentes. Néanmoins, l'augmentation du nombre de systèmes connectés au Cloud, formant l'« Internet des objets » (Internet of Things, IoT), accroît les risques d'accès à des données confidentielles à des fins malveillantes.
Cet article met en évidence certaines technologies fondamentales mises au point par Infineon pour bâtir les villes intelligentes du futur. Il examine une solution d'éclairage innovante créée en collaboration avec eluminocity et Intel qui pourrait devenir un élément essentiel de chaque municipalité connectée à l'échelle mondiale.
L'urbanisation galopante et la multiplication des accès à la technologie suscitent les attentes du grand public quant aux solutions que l'avenir nous réserve pour nous faciliter la vie. Si jusqu'ici l'accent a surtout été mis sur les appareils et produits mobiles, il est désormais clair que l'amélioration des infrastructures a un important rôle à jouer pour définir et développer le monde dans lequel nous vivons.
Ce renforcement des attentes s'accompagne de son lot de difficultés. Les administrations publiques doivent élaborer des plans de migration tout en continuant à tenir compte de questions décisives sur le plan économique et social, par exemple la sécurité et la protection de la vie privée des personnes. Les concepteurs doivent relever des défis de plus en plus complexes pour satisfaire des exigences parfois contradictoires. D'une part , ils adoptent rapidement les nouvelles technologies pour étendre les fonctionnalités d'applications auparavant très ordinaires, les modestes lampadaires par exemple. D'autre part, ils tentent de minimiser la consommation d'énergie face à la hausse constante des coûts connexes.
Dans ce meilleur des mondes, les lampadaires abandonnent leur rôle de simples éclairages urbains et se transforment rapidement en portails connectés et hautement fonctionnels qui constituent un élément clé de l'infrastructure de la ville intelligente. Néanmoins, pour offrir la connectivité et les fonctionnalités essentielles, les concepteurs d'éclairage utilisent désormais la connectivité cellulaire et de multiples technologies de détection, à la fois passives et actives, ainsi que des solutions de sécurité.
Technologie radar 24 GHz
Le radar est une méthode de détection qui se sert des ondes radio pour déterminer la distance, l'angle et la vitesse des objets au moyen d'ondes électromagnétiques. Les systèmes radar classiques sont constitués de plusieurs éléments : un émetteur qui produit les impulsions ou ondes électromagnétiques dans la gamme des radiofréquences ou des hyperfréquences, une antenne émettrice, une antenne réceptrice distincte et un récepteur capable de traiter les signaux reçus.
Le radar à impulsions mesure la distance des objets statiques ou en mouvement en envoyant une brève et puissante impulsion qui rebondit sur eux. Le temps écoulé entre l'émission et la réception de l'impulsion est directement proportionnel à la distance de l'objet par rapport au système radar.
Les méthodes à onde continue émettent en permanence une onde électromagnétique qui peut être modulée de différentes manières. Le radar à onde continue à modulation de fréquence (FMCW, Frequency Modulated Continuous Wave) peut détecter les objets fixes comme les objets mobiles en transmettant un « bip » qui est mélangé avec le signal reçu. La sortie basses fréquences représente la distance et la vitesse. La modulation par déplacement de fréquence (FSK, Frequency Shift Keying) sert à détecter la distance des objets en mouvement. Ici, deux fréquences sont transmises de manière séquentielle et les signaux Doppler déphasés représentent la distance.
Puisque la détection d'objets devient une fonction de plus en plus importante pour une multitude de systèmes et d'appareils intelligents, la technologie radar 24 GHz équipe un grand nombre d'applications, notamment les multicoptères ou drones, les systèmes d’ouverture de porte intelligents, les compteurs de vitesse, les systèmes robotiques et de nombreuses autres applications IoT.
Éclairage de rue intelligent
Récemment, Infineon s'est associé à Intel et eluminocity sur un projet visant à promouvoir les villes de demain à la fois intelligentes et reliées au réseau mondial. En combinant leur savoir-faire et leurs technologies, les trois entreprises ont mis au point une application d'éclairage de rue à DEL évoluée d'une efficacité remarquable qui intègre des fonctionnalités de détection précise et des dispositifs de transmission de données sécurisée. Cette solution d'éclairage de rue intelligente élaborée conjointement est basée sur un modèle conçu par eluminocity qui fait office de concentrateur pour les applications intelligentes. La technologie Infineon est au cœur des systèmes électroniques sophistiqués. Elle comprend un radar 24 GHz, des semiconducteurs de puissance performants, des solutions de sécurité et des microcontrôleurs XMC™ appartenant à la série ultra perfectionnée OPTIGATM d'Infineon.
La technologie d'Intel assure la connectivité, à partir d'un modem qui incorpore la connectivité cellulaire. Elle offre une couverture étendue, à faible puissance, via des modules LTE Cat.1 / LTE Cat.M1 / Cat.NM1 / LTE-NB / 5G-IoT. Associée à la solution Infineon OPTIGATM, la technologie cellulaire normalisée fournit un système ouvert, à la fois très évolutif et entièrement indépendant de l'infrastructure existante, et dans le même temps hautement sécurisé. L'opérateur de l'éclairage de rue (il s'agit souvent d'un organisme public) doit simplement vérifier que les concentrateurs sont connectés à l'infrastructure déjà en place.
Si, grâce à la gestion de la puissance et aux dispositifs de commutation d'Infineon, les éclairages sont par eux-mêmes intrinsèquement performants, la capacité du radar 24 GHz à détecter la présence d'objets permet d'accroitre l'intensité lumineuse uniquement en cas de besoin. La solution obtenue présente ainsi un rendement énergétique bien supérieur aux systèmes à éclairage permanent les plus économiques.
Toutefois, les éclairages intelligents eluminocity sont beaucoup plus que des solutions d'éclairage ultra performantes. Grâce à la détection de proximité, ils sont en mesure de repérer les places de parking disponibles dans les environs immédiats. Ils communiquent l'information instantanément aux conducteurs situés aux alentours grâce à la connectivité Intel associée. Il s'agit là d'un instrument de gestion du trafic véritablement intelligent. Grâce à la surveillance des conditions locales de circulation, des données précieuses sont accessibles aux urbanistes et aux commerçants de la zone environnante. Ces informations permettent aux conducteurs d'éviter les embouteillages, soit par le contrôle des feux de circulation et de la signalisation routière, soit par la transmission de données instantanées à des systèmes de navigation satellite embarqués.
Les systèmes modernes d'éclairage intelligent peuvent également être équipés de bornes de recharge pour véhicules électriques, un préalable indispensable à la mise en œuvre d'une politique de mobilité électrique réussie sans occupation d'espace supplémentaire.
Éclairage intelligent : présentation de la technologie
Solutions de sécurité OPTIGATM : Si ces concentrateurs fournissent des fonctionnalités sophistiquées pour former l'épine dorsale des villes intelligentes, la connectivité qui sous-tend ces avantages risque en contrepartie d'engendrer des failles de sécurité. Pour contrer cette menace et protéger les réseaux dont dépendent les villes intelligentes, le concentrateur d'éclairage implémente les technologies issues de la famille OPTIGATM d'Infineon, qui regroupe des solutions de sécurité de grande fiabilité. Ces contrôleurs de sécurité normalisés fournissent une large gamme de fonctions de sécurité destinées aux plateformes intégrées. Tous les produits OPTIGATM sont basés sur la technologie de pointe mise au point par Infineon pour la protection du matériel. Les concepteurs et les utilisateurs ont donc une grande confiance en la sécurité. Les fonctions de sécurité intégrées regroupent notamment l'intégrité des systèmes et des données, l'authentification, la communication sécurisée, le stockage de données sécurisé et les mises à jour sécurisées. Tous ces éléments sont essentiels à la protection de l'intégrité des futures villes intelligentes.
La gamme OPTIGATM repose pour l'essentiel sur un contrôleur de sécurité 16 bits de pointe. Elle s'intègre facilement à un large éventail de systèmes IoT. Pour offrir toute la souplesse nécessaire aux concepteurs, elle est compatible avec Microsoft Windows, Linux, ainsi que leurs variantes. Elle fournit par ailleurs une assistance à l'intégration pour les systèmes propriétaires. La famille OPTIGATM comporte également des appareils TPM qui sont les premiers à prendre en charge la dernière norme TPM 2.0 du Trusted Computing Group (TCG). Celle-ci permet d'implémenter facilement les protocoles de sécurité les plus récents.
Détection de proximité intelligente : La détection de proximité intégrée aux concentrateurs d'éclairage intelligent s'appuie sur la solution BGT24LTR11, la plus petite puce de radar industriel 24 GHz du marché. Cet appareil polyvalent permet de mesurer une multitude de paramètres, notamment la vitesse ou vélocité des objets en fonction de l'effet Doppler et les distances à partir des ondes électromagnétiques. Des canaux de réception supplémentaires permettent également de détecter l'angle ou la direction à partir de la détection de phase au niveau des antennes.
La technologie 24 GHz procure un haut degré de précision, jusqu'à 50 m pour les piétons et 150 m pour les véhicules. Elle présente par ailleurs une sensibilité bien supérieure à la technologie infrarouge passive (PIR), qu'elle finira par remplacer dans un grand nombre d'applications. Elle offre par exemple la capacité de détecter les mouvements respiratoires jusqu'à la plage des millimètres. De plus, la technologie 24 GHz fonctionne dans des conditions atmosphériques très variables, y compris sous de fortes variations de température ou des niveaux élevés d'humidité et de poussière. Elle est donc parfaitement adaptée à une utilisation en extérieur, même dans les métropoles mondiales connectées les plus inhospitalières.
Pour les concepteurs qui ne maîtrisent pas encore pleinement la technologie 24 GHz, Infineon offre un ensemble de kits de démonstration, notamment la carte de démonstration Sense2GoL. En plus de la puce BGT24LTR11, cette carte entièrement équipée est fournie avec un microcontrôleur industriel XMC1302 ARM® Cortex® M032-bit intégré dans une carte de circuit imprimé compacte de 25 mm de forme carrée. Cette dernière est également équipée d'antennes microbande pour les voies de réception et de transmission. La carte de démonstration est connectée à une carte d'évaluation de débogueur Segger pour la reprogrammation et l'évaluation.
Le kit complet comprend également un micrologiciel pour la détection des mouvements, une interface utilisateur graphique logicielle pour l'observation des signaux radar, un manuel utilisateur, le schéma complet de la carte de circuit imprimé et des fichiers Gerber pour accélérer la mise en production des modèles. Infineon souhaite renforcer la prise en charge du modèle 24 GHz en publiant des modèles de référence et des configurations logicielles dans un proche avenir.
Autres solutions de détection : Quasiment tous les capteurs peuvent être intégrés aux concentrateurs d'éclairage intelligent. Les capteurs de gaz peuvent surveiller la qualité de l'air et les capteurs audio peuvent déceler les niveaux de pollution sonore. On peut imaginer recourir à des systèmes de détection audio pour repérer les coups de feu ou les accidents de la circulation. D'une grande simplicité, les capteurs de lumière jouent néanmoins un rôle crucial pour la conception d'un éclairage de rue plus intelligent. En détectant la lumière ambiante, ils peuvent activer les éclairages pendant les périodes de mauvais temps. En surveillant la quantité de lumière émise, ils peuvent fournir une rétroaction au contrôleur afin de garantir que les niveaux d'éclairage adéquats sont atteints en permanence indépendamment de vieillissement du lampadaire. Il est possible de transmettre des données relatives à l'usure aux techniciens pour améliorer la planification de la maintenance. En outre, toute défaillance prématurée peut être signalée par une alarme.
Contrôleur d'éclairage : Le XDPL8220 contient un noyau numérique qui permet de baser une grande variété de systèmes sur le même dispositif. Ses algorithmes évolués permettent d'élaborer des systèmes de contrôle de puissance limitée, à courant constant ou à tension constante, au sein du même circuit. Il peut s'adapter à des applications cibles par le réglage d'un jeu complet de paramètres.
Compatible avec les attentes élevées des systèmes d'alimentation modernes, le dispositif offre une plage de tension d’entrée de 90 à 305 V CA, un rendement supérieur à 90 % et une distorsion harmonique totale (THD) inférieure à 15 %, conformément à la norme IEC 61000-3-2 classe C. Le recours à une correction active du facteur de puissance et à un contrôle des harmoniques dans une large plage de courant de sortie assure un facteur de puissance supérieur à 0,9 dans toutes les conditions de fonctionnement. Il garantit par ailleurs la réduction des défauts d'alimentation supplémentaires dus à la puissance réactive et aux harmoniques.
Résumé
De concert, Infineon, eluminocity et Intel ont transformé de modestes lampadaires en concentrateurs intelligents et sécurisés au cœur de l'infrastructure des villes connectées de demain. La solution de bout en bout mise au point en commun comprend les lampadaires conçus par eluminocity et les solutions de communication développées par Intel. Le large éventail de solutions Infineon inclut des capteurs de radar GHz, des semiconducteurs de puissance, des microcontrôleurs et des puces de sécurité. Tous ces éléments contribuent à la forte polyvalence des concentrateurs.
La plateforme ouverte permet à d'autres parties prenantes d'exploiter les vastes réseaux de capteurs. En outre, les innovateurs sont invités à imaginer des applications nouvelles et innovatrices utilisables sur ces systèmes pour promouvoir et améliorer les villes du futur connectées à l'échelle planétaire.
