Surveillance Environnementale des Véhicules Automobiles

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1 Surveillance Environnementale des Véhicules Automobiles Rapport final présenté à Pierre Tremblay et Robert Bergevin par Équipe 06 Envir-auto matricule nom signature Bédard-Breton, Laurent Haoues, Mohamed Janezic, Andreja Durivage, Jean-Pascal Lachance, Gabriel Université Laval 15 avril 2008

2 Historique des versions version date description 23 janvier 2008 création du document #0 8 février 2008 description du projet: ajout des chapitres 1 et 2 #1 22 février 2008 besoins et cahier des charges: ajout des chapitres 3 et 4 #2 21 mars 2008 conceptualisation et analyse de faisabilité: ajout du chapitre 5 final 15 avril 2008 étude préliminaire et concept retenu: mise à jour des chapitres 1 à 5, ajout des chapitres 6 et 7

3 Table des matières Table des figures Liste des tableaux v vi 1 Introduction 1 2 Description 2 3 Objectifs Résumé des besoins Définition des objectifs Serveur Communications Ordinateur intégré Affichage Géolocalisation Maison de la qualité Serveur Communications Ordinateur intégré Affichage Géolocalisation Cahier des charges Table des spécifications Justifications des spécifications Serveur Capacité de stockage Cadence de l ordinateur Mémoire vive de l ordinateur Vitesse de connexion Coût d installation Coûts de maintenance i

4 TABLE DES MATIÈRES ii Communications Territoire habité couvert Vitesse de transfert du signal numérique Coûts des composantes Coût de service Dimensions Ordinateur intégré Mémoire Consommation Coûts Dimensions Affichage Résolution Consommation Taille Géolocalisation Précision Délai entre les réceptions Consommation Température Volume Coût de fabrication Commun au système, serveur et transmission Coût Conceptualisation et analyse de faisabilité Diagramme fonctionnel Élaboration des solutions Serveur Dell [5] CX3-80 et Dell PowerEdge NetApp [6] FAS DataDirect [7] VTL Communications BCM2045 [8] BCM4326 [10] AirCard 595U USB Modem [13] [14] [15] Compass 885 [16] [17] GPS 5600A (CDMA-EvDO-Rev.A Programmable Modem) [18] [19] [20] [21] Ordinateur embarqué Cool LiteRunner 2 [22] TS-7200 [23] Acrosser AR-B8020 [24]

5 TABLE DES MATIÈRES iii TF-PFM-532I-A10-01 [25] SBC1586-ET [26] [27] Affichage CFA633-TMC-KS [28] CFA632YFBKS [32] Géolocalisation BG-320R [34] EBLS [35] Garmin GPS [36] GPS 5600A [18] [19] [20] [21] Mémoire de l ordinateur intégré Sandisk 256MB Cruzer Micro [37] APRO 64MB ICF [38] Étude préliminaire Introduction Plan d étude Paramètre commun aux concepts Concept Système embarqué Ordinateur embarqué, Cool Lite Runner 2[22] Afficheur, CFA632YFBKS[32] Géolocalisation, BG-320R[34] Mémoire de stockage, Apro 64Mo [38] Transmission, Aircard [13] [14] [15] Serveur, NetApp FAS6000 [6] Calcul des paramètres physiques, électriques et économiques Concept Système embarqué Ordinateur embarqué, TS-7200 [23] Afficheur, Crystalfontz CFA633-TMC-KS [28] Géolocalisation, BlueTree GPS 5600A [18] Transmission, BlueTree GPS 5600A [18] Serveur, Dell CX3-80 [5] Calcul des paramètres physiques, électriques et économiques Concept Système embarqué Ordinateur embarqué, SBC1586-ET [26] [27] Afficheur, Crystalfontz CFA633-TMC-KS [28] Géolocalisation, MightyGPS 40EBLS [35] Mémoire de stockage, Apro 64Mo Transmission, Compass 885 [16] [17] Serveur, Dell CX3-80 [5]

6 TABLE DES MATIÈRES iv Calcul des paramètres physiques, électriques et économiques Synthèse des résultats Concept retenu Matrice décision Interprétation des résultats Établissement du concept final Matrice de décision révisée Concept final Conclusion Bibliographie 65 A Liste des sigles et des acronymes 68

7 Table des figures 3.1 Maison de qualités pour le serveur Maison de qualités pour les communications Maison de qualités pour l ordinateur intégré Maison de qualités pour l affichage Maison de qualités pour l affichage Diagramme fonctionnel Le Dell CX La série NetApp FAS Le DataDirect VTL Le BCM Le BCM La AirCard 595U Le Compass Le BT5600 de face Le BT5600 de dos Cool LiteRunner TS CFA 633 TMC Graphique de la consommation du LCD heater en fonction de la température Diagramme fonctionnel du concept final v

8 Liste des tableaux 4.1 Cahier de charges Cahier de charges Critères par rapport aux aspects du serveur Analyse de faisabilité des concepts pour le serveur Spécifications du Dell CX Spécifications de la série NetApp FAS Spécifications du DataDirect VTL Critères de sélection des moyens de communications Analyse de faisabilité des concepts pour les Communications Spécifications du BCM Spécifications du BCM Spécifications de la AirCard 595U USB Modem Spécifications du Compass Spécifications du GPS 5600A Critères par rapport aux aspects du ordinateur Analyse de faisabilité des concepts pour l ordinateur embarqué Critères par rapport aux aspects de l affichage Analyse de faisabilité des concepts pour l afficheur Critères par rapport aux aspects de la géolocalisation Analyse de faisabilité des concepts pour le GPS Analyse de faisabilité des concepts pour la mémoire de l ordinateur intégré Concepts globaux Spécifications du concept Spécifications de l ordinateur embarqué du concept Spécifications de l affichage du concept Spécifications de la géolocalisation du concept Spécifications de la mémoire du concept Spécifications de la transmission du concept Calcul des paramètres physiques, électriques et économiques du concept # Spécifications du TS Spécifications du CFA633-TMC-KS vi

9 LISTE DES TABLEAUX vii 6.11 Spécifications du GPS 5600A Calcul des paramètres physiques, électriques et économiques du concept # Spécifications du concept Spécifications du SBC1586-ET Spécifications du MightyGPS 40EBLS Spécifications du Compass Calcul des paramètres physiques, électriques et économiques du concept # Synthèse des résultats Synthèse des résultats Synthèse des résultats Matrice des décisions Matrice des décisions Résumé des composantes du concept final Version finale de la matrice de décision Version finale de la matrice de décision Version finale de la matrice de décision Fiche technique du concept retenu Fiche technique du concept retenu Résumé des données importantes pour la suite du projet

10 Chapitre 1 Introduction Durant la dernière décennie, la problématique environnementale concernant les émissions de gaz à effet de serre a suscité un intérêt grandissant de la part de l opinion mondiale. Le ministère des Transports du Québec a lancé un appel d offres sur l implantation d un projet de contrôle de ces derniers. C est ainsi que notre groupe d ingénieurs, Envir-Auto, s est penché sur la conception d un système de surveillance environnementale des véhicules automobiles. Nous allons donc créer le design optimal de ce système afin de satisfaire les besoins de notre client. Pour ce faire, nous utiliserons une structure bien définie constituée par une description précise de notre projet, pour ensuite fixer nos objectifs et nos critères dans un cahier des charges détaillé. Par la suite, nous étudierons en détail les différentes solutions proposées par la technologie actuelle. Finalement, nous retiendrons le meilleur concept parmi ceux approfondis. 1

11 Chapitre 2 Description Dans le cadre de ce projet, Transport Québec désire mettre sur pied une banque de données afin de cartographier chronologiquement les émissions de gaz à effet de serre (GES) et ce, pour toute la flotte des véhicules immatriculés au Québec. Plus spécifiquement, le système qui devra être installé dans les véhicules devra être en mesure de conserver et de transmettre l information contenant les données spatiotemporelles ainsi que les quantités des divers gaz émit par l automobile pour chaque kilomètre parcouru. Un système d affichage devra également être fonctionnel pour que le conducteur puisse voir les données. Le serveur recevant les données devra les conserver pour l année courante ainsi que pour l année précédente. Les informations devront, autant que possible, être transmises à chaque jour à Transport Québec. Pour éviter tout problème d engorgement ou de perte de données durant les transmissions, les communications entre les véhicules et les serveurs devront être réparties adéquatement. Dû aux conditions climatiques très variables au Québec, le système devra pouvoir fonctionner à des températures allant de 40 à 85. Le projet devra débuter en 2010 et se déroulera sur une période de 10 ans. Il doit également utiliser des technologies commerciales existantes au 1er janvier Transport Québec tient évidemment à savoir si le projet est réalisable et à quel coût. De plus, il est primordial que toutes les données collectées soient gardées confidentielles afin de préserver la vie privée. Finalement, l appareil devra avoir un volume ainsi qu une consommation électrique tous deux acceptables. 2

12 Chapitre 3 Objectifs 3.1 Résumé des besoins Le projet consiste à cartographier les émissions de GES pour l ensemble des véhicules du Québec sur 10 ans. Pour ce faire, chaque véhicule devra être équipé d un senseur de gaz qui enregistrera les émissions du véhicule, puis ses données de même qu une trame de GPS seront envoyées au ministère des Transports du Québec. L appareil prenant bord dans le véhicule doit permettre d enregistrer les données, et ce, pour la longueur totale du projet (10 ans), de les afficher pour le chauffeur du véhicule, et d envoyer ces données par voie de télécommunication. Cet envoi doit se faire, autant que possible, une fois par jour. Ces données sont enregistrées par le senseur, et doivent être entièrement enregistrées par l ordinateur installé à bord. Les données envoyées au serveur du ministère doivent être complètes et envoyées dans leur intégralité (pour la journée au complet). Cet envoi ne doit pas causer d engorgement dans le système de télécommunication. L appareil dans son ensemble doit pouvoir fonctionner dans des températures allant de 40 à 85. Sa taille et sa consommation en électricité doivent être minimales. De plus, le coût est à surveiller. Le serveur doit pouvoir recevoir les données dans leur intégralité et les stocker, pour une période de deux ans (c est-à-dire conserver les données de l année courante et de l année précédente). Encore une fois, les coûts d installation et de maintenance sont à prendre en compte. 3.2 Définition des objectifs Serveur Recevoir les données par voie de télécommunication via un réseau Gérer et classer les données Stocker les données Sécuriser les données 3

13 CHAPITRE 3. OBJECTIFS Communications Maximiser la superficie du territoire habité couvert Maximiser la vitesse de transfert du signal numérique Effectuer, dans la mesure du possible, le transfert des données une fois chaque jour Assurer la confidentialité des données transférées Minimiser le coût d achat du système et les coûts de services Avoir un volume acceptable Assurer une alimentation réalisable et peu influente sur le véhicule icule Ordinateur intégré Posséder une mémoire suffisante pour stocker les informations Être en mesure de gérer les opérations dans le temps accordé Gérer des trames octales (8bits) Être en mesure de décoder ou recoder et d envoyer les informations Assurer une alimentation réalisable et peu influente sur le véhicule Minimiser les coûts de fabrication Assurer le fonctionnement dans les conditions climatiques Avoir un volume acceptable Affichage Assurer une qualité d image suffisante pour une lecture brève et claire : Optimiser la résolution par rapport à la taille de l écran Assurer une taille qui est appropriée à la qualité de l image et à l espace disponible Assurer une alimentation réalisable et peu influente sur le véhicule Minimiser les coûts de fabrication Assurer le fonctionnement dans les conditions climatiques Géolocalisation Maximiser la précision Recevoir la position au minimum 1 fois par kilomètre Assurer une alimentation réalisable et peu influente sur le véhicule Assurer le fonctionnement dans des conditions climatiques variables Minimiser le volume de l appareil Minimiser les coûts de fabrication 3.3 Maison de la qualité

14 CHAPITRE 3. OBJECTIFS Serveur Figure 3.1 Maison de qualités pour le serveur

15 CHAPITRE 3. OBJECTIFS Communications Figure 3.2 Maison de qualités pour les communications

16 CHAPITRE 3. OBJECTIFS Ordinateur intégré Figure 3.3 Maison de qualités pour l ordinateur intégré

17 CHAPITRE 3. OBJECTIFS Affichage Figure 3.4 Maison de qualités pour l affichage

18 CHAPITRE 3. OBJECTIFS Géolocalisation Figure 3.5 Maison de qualités pour l affichage

19 Chapitre 4 Cahier des charges Voici le cahier des charges complet du système du projet. Il est divisé en cinq parties : le serveur, les télécommunications, l ordinateur intégré, l affichage et la géolocalisation. Pour chaque partie, la pondération qui lui correspond est présentée. Ensuite, on divise cette partie en critères principaux, puis en sous-critères, avec chacun leur pondération. On présente le tout d abord avec une table des spécifications. Puis, ces spécifications sont justifiées. 4.1 Table des spécifications Tableau 4.1 Cahier de charges CRITÈRE PONDÉRATION BARÈME MIN MAX SERVEUR 30% Capacité [To] 7% -85/X Cadence [GHz] 5% (X-2)/3 Mémoire vive [Go] 6% (X-2)/8 Vitesse de connexion 6% (X-7)/ [Mbits/s] Coût d installation [$] 0,3% /X Coût de maintenance [$] 5,7% /X COMMUNICATIONS 35% Territoire couvert [%] 18% 0, 05X Vitesse de transfert 9% 10/X (flux sortant) [Kbits/s] 10

20 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 11 Tableau 4.1 Cahier de charges CRITÈRE PONDÉRATION BARÈME MIN MAX Coût par poste 2% 45/C émetteur-récepteur [$] Coût de service [$] 2% 10/C Consommation [W] 2% X/ Taille [cm 3 ] 2% X/ ORDINATEUR INTÉGRÉ 25% Mémoire [Mo] 7% 2/X Consommation [W] 7% X/ Coût de fabrication [$] 6% 200/C Taille [cm 3 ] 5% X/ AFFICHAGE 5% Résolution [Kilopixels] 2% 0, 5/X + 1 0,5 Coût de fabrication [$] 2% 18/C Consommation [W] 0,5% X/ Taille [cm 2 ] 0,5% (100 X)/200 2 GÉOLOCALISATION 5% Précision [m] 2% X/ Délai de réception [s] 2% X/ Consommation [W] 0,4% X/ Volume [cm 3 ] 0,3% X/ Coût de fabrication [$] 0,3% 30/C 4.2 Justifications des spécifications Serveur Capacité de stockage Le but premier du serveur est d emmagasiner les données reçues par voie de télécommunication sur toute la flotte de véhicules du Québec. Il faut donc un espace mémoire pour

21 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 12 stocker ces données, et de bien le définir est vital. Il serait fâcheux de prédire un espace mémoire insuffisant nous obligeant à procéder plus tard à une expansion à travers une opération relativement complexe sur le serveur. Nous utilisons certaines estimations pour parvenir aux résultats. D abord, l importance de la flotte de véhicules au Québec à la date de fin du projet, c est-à-dire en Grâce aux données statistiques de la Société d Assurance Automobile du Québec (SAAQ) [1], qui sont fournies jusqu en 2006, nous avons fait une estimation linéaire de l augmentation du nombre de véhicules jusqu en Nous obtenons environ véhicules. Ensuite, nous estimons les distances moyennes parcourues par jour par chaque véhicule à 100 km. Finalement, la taille des données envoyées à chaque envoi par chaque voiture se situe autour de 800 bits. En multipliant ces données, et en ajoutant le facteur d erreur, nous obtenons un minimum nécessaire d environ 50 téraoctets pour 2 ans. La valeur est doublée pour prendre en compte la possibilité (peut-être même nécessité) de faire des copies de sauvegarde. Le tout s élève à environ 100 téraoctets. Pour le reste, la limite supérieure n a que de limite le coût engendré Cadence de l ordinateur Le serveur, pour recevoir, emmagasiner et afficher les données, a besoin d un «contrôleur» qui se chargera de tout cela, c est-à-dire l ordinateur en tant que tel. Il faut considérer plusieurs facteurs qui prennent de l importance ici. La cadence revêt une assez grande importance étant donné la quantité de données à traiter. Évidemment, aucune opération complexe n est vraiment à accomplir (il suffit de se charger de la réception des données et de leur stockage), mais le débit d entrée des données est très important (voir la Connexion). Il faut donc une cadence relativement élevée. Une fois de plus, le seul limitant est le coût Mémoire vive de l ordinateur Vient ensuite la mémoire vive. L importance de ce facteur vient encore une fois de débit d entrée de données. Si l ordinateur doit analyser de grandes quantités de données en peu de temps, la mémoire vive doit avoir une capacité suffisante pour ne pas subir un dépassement. Dans ce cas, un ralentissement très problématique pourrait survenir, ce qui est évidemment à éviter étant donné l horaire précis et chargé à suivre pour recevoir lesdites données. Le minimum nécessaire dépend de l importance des données qui transigent, et aussi de la cadence de l ordinateur (qui peut ainsi traiter plus ou moins de données en une certaine période de temps) Vitesse de connexion L élément final, mais non le moindre, est la connexion. Le serveur sera branché à un routeur qui lui sera branché au système de télécommunications qui sera employé pour communiquer les données venant de chaque véhicule. La vitesse de cette connexion est primordiale, car le serveur ne peut pas se permettre de prendre du retard dans la réception des données, et donc de subir des pertes d information. Encore une fois, le calcul du débit minimal vient des

22 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 13 estimations faites sur la flotte de véhicules du Québec, sur la distance moyenne parcourue et la taille des données envoyées. Un calcul rapide nous permet de voir que si on répartit les envois des véhicules dans une journée, environ 75 véhicules par seconde doivent le faire. Sachant la quantité de données à envoyer (grâce à la taille des données pour un kilomètre et le nombre moyen de kilomètres parcourus), on peut définir que la connexion doit avoir une vitesse de transfert d au moins 6 mégabits par seconde Coût d installation Les coûts, même s ils sont toujours à prendre en compte, n ont pas une aussi grande influence dans le cas du serveur que pour l appareil à installer dans chaque automobile. Le coût d installation est un frais unique, à débourser une seule fois. Il ne peut s élever à des montants astronomiques, et dans tous les cas ne représentera jamais beaucoup face aux coûts globaux du projet. Évidemment, le prix le plus bas est toujours le bienvenu Coûts de maintenance Les coûts de maintenance prendront un peu plus d importance, car il s agit de frais récurrents. Il faudra entretenir les appareils faisant fonctionner le serveur ainsi que leurs périphériques. On ne peut se permettre une panne ou un bris majeur. De plus, malgré que plusieurs opérations soient automatiques, certaines opérations devront être faites par un être humain, qui sera un employé rémunéré. Encore une fois, diminuer ces frais au minimum possible est toujours un atout intéressant Communications Territoire habité couvert Le client désire cartographier l ensemble des émissions de GES de la part de la flotte de véhicule immatriculé au Québec. Évidemment, la concentration des véhicules est beaucoup plus importante dans les agglomérations, mais comme on désire obtenir une grande précision en ayant les données de chacun des véhicules, il est nécessaire d étendre le champ d action. De plus, l étalement urbain est très prononcé dans la belle province. Il est donc impératif d étendre sur un grand territoire la couverture servant à transmettre les données. Une grande importance a été accordée à cette sous-section puisque, sans elle, le client ne recevra pas suffisamment de données pour pouvoir formuler des statistiques réelles Vitesse de transfert du signal numérique La vitesse est un facteur important puisqu elle assure un relais efficace de l information entre 2 antennes. Si la vitesse est insuffisante, des données pourraient être perdues ou encore, le véhicule pourrait sortir de la zone de couverture avant la fin du transfert des données. La section mémoire de l ordinateur intégré ( ) nous donne une quantité d information stockée par jour de bits. C est donc également la quantité de données à transmettre

23 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 14 vers le serveur. C est donc pour cela que l on a posé un minimum de 10 Kbits/sec 1. Donc, l importance de cette sous-section est d assurer que les données soient transférées de façon rapide, efficace et sécuritaire Coûts des composantes Les coûts, même si aucune limite ne fut fixée, restent un élément à considérer. On cherche à les minimiser. Les coûts du système de communication proviendront du coût d achat de l appareil. On cherche donc à maximiser le rapport qualité-prix du prototype Coût de service Autre élément à considérer sur le plan des dépenses, les coûts de services constitueront sans doute la plus grande part du budget des communications. Étant donné la durée du contrat (10 ans) ainsi que la technologie de pointe requise, il est important de s assurer du meilleur service possible à des dépenses moindres Dimensions Comme cela doit être un système intégré à un véhicule, il est nécessaire que la composante soit de taille modeste. Cela ne devrait pas poser problème avec la miniaturisation des composantes électroniques actuelles, mais le plus petit sera le mieux Ordinateur intégré En résumé le système agissant dans le véhicule, proposé par notre équipe, est un microcontrôleur effectuant des opérations sur les informations reçues et un système de communication (transmission de données) avec le Ministère. De plus, un concept d affichage des GES émis sera présent. Le microcontrôleur aura comme tâche de lire, stocker et peut-être décoder la trame GPRMC reçue du système de positionnement et la trame de la quantité des éléments émis du senseur. Suite au traitement des informations, l ordinateur intégré aura comme tâche d envoyer les informations (traitées) à l affichage et au bloc mémoire pour les sauvegarder. Le contrôleur aura aussi comme tâche une fois la journée d envoyer toutes les informations collectées au courant de cette journée au Ministère. Suite aux opérations du microcontrôleur, le système d affichage reçoit les informations (les traites ou non, dépendant du système choisi) et les affiches sur son écran pour les transmettre au chauffeur Mémoire Notre client a imposé dès sa première rencontre que toutes les informations soient stockées dans la mémoire. Donc nous avons calculé l espace nécessaire pour stocker dix années d informations sur les déplacements et les émissions du véhicule. Nous avons jugé, après nos 1. Selon cette vitesse limite, la durée maximale pour le transfert de données est de 8,8 sec.

24 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 15 calculs, qu une mémoire d environ 40 Mégaoctets est capable de sauvegarder nos données. L approche qu on a prise est de calculer le maximum théorique pour être certain qu il ne peut manquer de mémoire. Considérons en premier ce que l ordinateur reçoit comme informations : une trame GPRMC [2] qui est égale a environ 70 caractères ASCII [3] et une trame de données sur 6 éléments et leur quantité émit, qu on estime à environ 40 caractères AS- CII.Cette estimation est faite en additionnant chaque calibre des 6 éléments [4] en question à leur résolution 2. L ordinateur prend un flux d information d environ 110 caractères donc 880bits 3 (en binaire) par transmission. Sachant qu il y a un renouvellement de données à chaque kilomètre parcouru on sait qu il aura une transmission par kilomètre. On estime le maximum de kilomètre parcouru dans une journée à 100km sachant qu il y a 365 jours dans une année on calcul un chiffre d environ 40 mégaoctets Consommation La consommation, comme au sujet de l affichage, est limitée par le courant fourni par la batterie de l automobile. Afin d éviter d user prématurément la batterie, il est nécessaire de trouver un appareil économique énergétiquement Coûts Encore une fois, on cherche à obtenir le meilleur prototype pour le prix le plus bas Dimensions Comme cšest un ordinateur de bord, il est nécessaire qu il occupe de petites dimensions puisque le système se retrouvera dans un véhicule Affichage Le but d un afficheur visuel dans l automobile est d informer le conducteur sur son émission des GES à chaque instant (à la seconde). Un écran de petite taille qui délivre une image claire est donc nécessaire. Ce dernier ne doit en aucun cas nuire à la conduite du chauffeur ni à la performance du véhicule Résolution La résolution pour un écran de véhicule est un agent important pour deux raisons. La première, si l appareil choisi est d une taille petite il devra en conséquence avoir une forte 2. Exemple calcul : le CO a un calibre de 15% de son volume et une résolution de 0,001% de son volume il y aura une transmission de 5 digits et le CO (pour l identification) ajoute 2 autres caractères en somme on obtient 7 caractères requis pour la transmission des données d émission de l élément CO. 3. Calculs : 110 caractères ASCII = (chaque caractère est codé en binaire) = 880 bits. 4. Calculs : 880 bits/transmission et 1 transmission/km. Maximum théorique (estimé) de kilomètre parcouru dans une journée = 100km 880 bits/km = bits/jour bits/année/km. Si on considère 10 ans bits.

25 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 16 résolution (pour sa taille). La deuxième, une mauvaise résolution nuit à un visionnement rapide donc peut encore engendrer des problèmes par rapport à la sécurité en conduite Consommation La consommation est un facteur nécessaire qui a peu d importance. Ceci est en raison du fait que la tension générée par la batterie d une automobile est égal à 12 volts Taille Finalement, la taille étant indirectement liée à la résolution et au prix elle en perd de l importance comme facteur. Il est seulement exigible que l écran ne soit pas trop grand, pour ne pas réduire la vision du conducteur. Ainsi que l écran n ait pas un poids considérable (lié à la taille généralement) pour qu il ait une influence sur la performance du véhicule lui-même Géolocalisation Précision Il est important que notre appareil est une bonne précision. Si la précision n est pas suffisante, alors les données collectées ne seront pas représentatives de la réalité. Ainsi donc, Transport Québec sera dans l impossibilité de déterminer les lieux exacts ou il y a le plus d émission de gaz. C est pour cela que l on a déterminé que la valeur du GPS doit être à 50 m ou moins de la vraie valeur Délai entre les réceptions Le délai entre les réceptions doit être court, sans quoi, il serait impossible d enregistrer la position du véhicule à chaque kilomètre. L appareil pourrait donc en venir à enregistrer une même position pour 2 kilomètres différents. Les automobilistes ne dépassant relativement jamais 150 km/h, il est donc nécessaire de rafraichir la position au minimum toutes les 24 secondes Consommation Il est essentiel que la consommation du GPS soit à un niveau où il n est pas nuisible pour le reste des éléments du véhicule qui sont connectés, comme lui, à la batterie. 5. Le calcul du temps est basé sur une vitesse maximale de 150 km/h ce qui est égal à 0, km/s. On trouve un délai de 24 s/km en faisant 1 divisé par le résultat.

26 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Température Comme tout le reste du système, il est primordial que le GPS soit capable de fonctionner sur une plage de température allant de -40 à 85 degrés Celcius. Le but de cela est d être bien certain que l appareil fonctionnera, peu importe la saison de l année et les conditions environnantes diverses Volume Il est important de minimiser le volume du GPS pour éviter qu il ne soit encombrant lors de la conduite du véhicule. Une voiture dans laquelle un GPS prendrait un volume trop grand pourrait nuire à la bonne vision du conducteur dépendamment de l endroit ou il se trouve Coût de fabrication Bien évidemment, plus le prix du GPS sera bas, mieux ce sera. Il faut cependant s assurer qu il satisfait toutes les autres conditions Commun au système, serveur et transmission Coût Même si le gouvernement n a pas déterminé un budget maximal ou minimal consacré au projet, nous désirons d obtenir le meilleur rapport qualité/prix dans le but d avoir le meilleur concept. Nous avons décidé de ne pas fixer une limite en rapport avec les coûts globaux de conception du système pour nous assurer d une bonne qualité du système et d un coût raisonnable pour le client. Nous allons évaluer nos concepts avec la méthode comparative. La comparaison se fait à l aide d une courbe linéaire, ce qui veut dire que le moins cher obtiendra le plus grand nombre de points (soit 100%). Ce barème du coût vise à désavantager les concepts dont le rapport qualité/prix est faible. Par contre, cela ne sera pas utilisé dans le but d éliminer un concept, mais plutôt de départager deux solutions similaires.

27 Chapitre 5 Conceptualisation et analyse de faisabilité Suite à la définition des objectifs du système et à l établissement des critères auxquels il devait répondre, il est nécessaire de trouver des solutions préliminaires répondant à ces différents critères, en définissant différents concepts. Ces concepts sont expliqués ici, et ce, pour chaque module du système. D abord, on présente les fonctions dudit système à travers un diagramme fonctionnel dans la figure 5.1. Puis, pour chaque concept, une description des particularités techniques est donnée dans l élaboration des solutions (5.2). Ainsi, pour chaque partie du système un tableau résume la réponse du concept face aux aspects (physique, temporel, économique, environnemental), et chacun de ces aspects est justifié. Ainsi, certains de ces concepts sont retenus, alors que d autres doivent être rejetés. Le résultat de cette analyse permettra plus tard de se diriger vers une solution idéale. 5.1 Diagramme fonctionnel Le diagramme fonctionnel (figure 5.1) du système présente les différents modules qui le composent ainsi que leurs fonctions et les éléments intrants et extrants. Le système suit une «chaîne» d échanges relativement linéaires. D abord, des informations sont recueillies à même le véhicule par l appareil de géolocalisation (5.2.5) et le senseur de gaz émis. Ces informations sont transmises à l ordinateur intégré (5.2.3) qui les traite. Ces données traitées et formatées ont trois destinations. Sous une certaine forme, elles sont affichées dans l habitacle du véhicule (5.2.4). De plus, elles doivent être stockées dans la mémoire de l ordinateur intégré. Finalement, elles sont envoyées au transmetteur du système de communications (5.2.2). Ces données sont transmises par voie sans fil, et sont reçues à la station du serveur (5.2.1). Celui-ci reçoit les données par réseau et procède à leur traitement. Elles sont alors stockées (et sécurisées) et peuvent être affichées par l entremise d un terminal. 18

28 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 19 Figure 5.1 Diagramme fonctionnel

29 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 20 Tableau 5.1 Critères par rapport aux aspects du serveur Aspects Physiques Une capacité de stockage suffisante (autour de 100 To) Un ordinateur avec une cadence assez élevée (plus de 3 Ghz) Un ordinateur avec suffisamment de mémoire vive (plus de 2 Go) Une connexion au réseau suffisamment rapide (au-dessus de 6 Mbit/s) Aspect économique Des coûts minimisés Tableau 5.2 Analyse de faisabilité des concepts pour le serveur Concept Physiques Économiques Décision Dell CX3-80 OUI OUI RETENU NetApp FAS6000 OUI OUI RETENU DataDirect VTL NON OUI REJETÉ 5.2 Élaboration des solutions Serveur On pourrait diviser les concepts ayant trait au serveur en deux parties principales, soit l ordinateur principal du serveur et les unités de stockage. Au niveau de l ordinateur principal, les technologies diffèrent peu. Il s agit simplement de sélectionner un appareil pouvant répondre aux critères sélectionnés. La plupart du temps, les compagnies offrent des solutions où l ordinateur est automatiquement fourni et sélectionné en fonction du stockage désiré. Les unités de stockage, par contre, peuvent être construites à partir de différentes technologies et architectures. Le serveur répond à des critères moins sévères que les autres parties du système. En effet, la majeure partie des coûts associés n est pas récurrente (seule la maintenance l est) et les critères liés au poids, à la taille et à la consommation électrique sont négligeables en dehors d un système fermé comme l est celui d une automobile. Néanmoins, certains critères primordiaux sont encore à respecter. Ils sont présentés dans les tableaux5.1. Puis, les différents concepts sont décrits et sélectionnés selon ces critères. Les tables 5.2 résument les concepts retenus ou rejetés Dell [5] CX3-80 et Dell PowerEdge Dell offre des solutions de serveurs et de stockage, qui lorsqu ils sont achetés ensemble, sont ajustés pour fonctionner en symbiose. La série d ordinateurs de gestion de serveur est appelée PowerEdge. Le CX3-80 (tableau 5.3) est un système de baies de stockage. C est-à-dire que des disques durs de relativement grande capacité sont connectés ensemble physiquement et à travers un centre de contrôle. Celui-ci peut faire l interface entre l ensemble des disques et

30 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 21 Tableau 5.3 Spécifications du Dell CX3-80 Fabricant Dell Capacité maximale 144 To Système d exploitation Windows Server 2003, Windows Server 2000, Sun Solaris, HP-UX, IBM, AIX, Linux, SGI, Irix, TRU-64 Capacité de la cache 4 Go RAID 0, 1, 1/0, 3, 5, 6 Nombre de serveurs maximal 8 Vitesse de connexion maximale 2 Go/s Températures limites 10 à -40 les serveurs y étant connectés. Il est possible de placer de 1 à 480 disques sur le système, ce qui permet d adapter la capacité de stockage à l utilisation. On peut atteindre, tout dépendant de la technologie de disque dur utilisée, jusqu à 144 To de capacité de stockage. La capacité maximale répond aux besoins du système, et donc ce critère est rempli à la perfection. Il est même possible, dans l éventualité d un dépassement de la capacité permise, de remplacer les disques durs le composant pour en mettre avec une plus grande capacité, qui seront disponibles dans un futur proche. De plus, le système prend en charge le RAID jusqu au 6, donc une redondance complète (copie de sauvegarde et parité). La puissance de l ordinateur n est pas un problème non plus, puisqu il est personnalisable. Il suffit de demander à la compagnie Dell un ordinateur correspondant aux besoins du système, que ce soit au niveau de la cadence du processeur ou de la mémoire vive. La connexion entre les unités de stockage et le serveur peut aller jusqu à 2 Go/s, ce qui représente Mbits/s! Si la connexion au réseau de télécommunications fournie peut suivre, les limites sont pratiquement absentes. Le CX3-80 est un produit commercial vendu aux grandes entreprises. Les coûts sont adaptés à ce type de client, mais restent très raisonnables. De plus, les coûts d installation du serveur, qui doit être exécutée une seule fois, deviennent négligeables face aux coûts de l installation du système dans l intégralité de la flotte automobile du Québec. Il faut aussi compter quelques frais de maintenance du système, mais Dell offre de son côté des services de bonne qualité à prix très raisonnables, qui s élèvent à environ 2500 $ par mois. Encore là, il s agit de coûts mineurs face à l intégralité du projet NetApp [6] FAS6000 Les solutions pour grandes entreprises de NetApp ressemblent un peu à celles offertes par Dell. Par exemple, leur série de plus grande capacité, la série FAS6000 (tableau 5.4), offre des caractéristiques semblables au CX3-80. Cependant, elle permet une beaucoup plus grande capacité de stockage, allant jusqu à 1100 To. La série FAS6000 de NetApp est similaire en plusieurs points au Dell CX3-80. Au niveau de l ordinateur du serveur, encore là le choix incombe au client. Il suffit donc de sélectionner un appareil répondant aux besoins décrits

31 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 22 Figure 5.2 Le Dell CX3-80 Tableau 5.4 Spécifications de la série NetApp FAS6000 Fabricant NetApp Capacité maximale 1100 To Système d exploitation Windows Server 2003, Windows Server 2000, Windows XP, Linux, Sun Solaris, AIX, HP- UX, Mac OS, VMware, ESX Capacité de la cache 4 Go RAID 1, 4, 6 Nombre de serveurs maximal 8 Vitesse de connexion maximale 2 Go/s Températures limites 10 à -40 ci-haut. La connexion disponible est la même que dans le système de Dell, donc encore là, aucun souci au niveau de la vitesse. Comme le CX3-80, la série FAS6000 se vend aux grandes entreprises comme un produit régulier. Évidemment, à cause de sa plus grande capacité de stockage, les coûts associés à la série FAS6000 sont plus élevés que ceux du CX3-80, mais ils restent encore raisonnables face à l ampleur du projet DataDirect [7] VTL Cette solution est spécifiquement adaptée à la sauvegarde des données, et donc à leur pérennité. Le système de Virtual Tape Library est un mode de visualisation et d organisation des données de stockage. Le système de DataDirect (tableau 5.5) possède une bonne capacité maximale, allant jusqu à 720 To, et également un ordinateur intégré. Celui-ci a aussi de bonnes performances, et le fait qu il soit présent avec la solution rend les choses plus simples. Cependant, l orientation que prend le système envers la sauvegarde peut affecter sa vitesse d exécution. Celui-ci a une cadence de 2 GHz, ce qui n est pas suffisant. Pour le reste, il

32 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 23 Figure 5.3 La série NetApp FAS6000 Tableau 5.5 Spécifications du DataDirect VTL Fabricant DataDirect Capacité maximale 720 To Système d exploitation DirectOS (système créé par la compagnie) Capacité de la mémoire vive 8 Go Cadence du processeur 2 GHz RAID 6 Nombre de serveurs maximal 8 Vitesse de connexion maximale 2 Go/s Températures limites 10 à -40 correspond comme les deux autres systèmes à tous les critères imposés. Une fois encore, les coûts ne présentent aucun obstacle. Le DataDirect VTL est un produit de marché disponible pour un grand éventail de clients, et les frais d entretien et de maintenance ne sont pas plus élevés que pour n importe quel autre système de serveur Communications À ce jour, il existe de nombreuses technologies plus ou moins récentes qui permettent l échange de données numériques sans l utilisation de fil (wireless). Cette sous-section portera sur les diverses pièces et leurs technologies qui sont disponibles sur le marché ainsi que leurs spécifications. Ceci nous permettra, à la suite d une analyse des propriétés des différents concepts proposés, de déterminer si ces composantes sont réellement envisageables dans le cadre de ce projet. Le moyen de communication qui va être utilisé pour le projet devra être en mesure de transférer les données de façon efficace, rapide et confidentielle. De plus, il est essentiel d obtenir une grande couverture du territoire habité. Pour ce faire, la ou les

33 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 24 Figure 5.4 Le DataDirect VTL Tableau 5.6 Critères de sélection des moyens de communications Aspects Physiques Une couverture du territoire habité égale ou supérieure à 80% Un signal numérique de bonne qualité dont la vitesse de transfert est égale ou supérieure à 100 bit/s Envoi de données une fois par jour Confidentialité des données Aspect économique Coûts d achat minimisés Coûts d opération minimisés Aspect temporel Technologie opérationnelle au 1er janvier 2008 technologies envisagées devront être en mesure de répondre aux critères du tableau qui suit : L analyse de la faisabilité de chaque concept présenté dans la section précédente est résumée dans le tableau 5.7. Chaque aspect est ensuite expliqué pour chacun des concepts BCM2045 [8] La technologie sans fil utilisée par le BCM2045 est Bluetooth [9]. Cette technologie opère dans la bande de fréquences ISM 2,4 GHz compris entre et 2 483,5 MHz. Le système utilise un émetteur-récepteur à saut de fréquence, ce qui permet aux ondes de traverser des objets massifs et ainsi d éviter les interférences. Par contre, la portée du signal est limitée, atteignant jusqu à 100 mètres en périphérie de chaque point émetteur-récepteur. Le débit de données brut de base est de 1 Mbits/s (bluetooth 1.1), avec la possibilité d atteindre 2

34 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 25 Tableau 5.7 Analyse de faisabilité des concepts pour les Communications Concept Physique Temporel Économique Décision BCM2045 OUI, MAIS OUI NON REJETÉ BCM4325 NON OUI OUI, MAIS REJETÉ AirCard 595U OUI OUI OUI RETENU Compass 885 OUI OUI OUI RETENU GPS 5600A OUI OUI OUI RETENU Tableau 5.8 Spécifications du BCM2045 Technologie de télécommunication Bluetooth Standart Bluetooth 1.1, 1.2, 2.0 Qualité du signal Excellente dans la zone de couverture. Vitesse de transfert 1, 2 ou 3 Mbits/s selon le standard, la vitesse diminue plus la distance est importante. Zone de couverture Jusqu à 100 mètres autour du point d accès. Fréquence d opération À l intérieur du spectre de 2.4 GHz. Mbits/s (bluetooth 1.2) avec un débit rehaussé utilisant la variante p/4-dqpsk et 3 Mbits/s (bluetooth 2.0) pour le débit de données rehaussées utilisant la variante 8DPSK. Le BCM2045 supportant ces trois standards, le choix de celui à utiliser est donc à notre discrétion. Il existe également trois modes de sécurité associés à Bluetooth, soulignons celui de la sécurité au niveau de la liaison, qui nécessite une autorisation et une authentification, garantissant la confidentialité des communications. De plus, l algorithme de chiffrement utilisé semble encore aujourd hui sécuritaire. En ce qui concerne l application de cette technologie à notre projet, on s aperçoit que le débit de donnée est amplement suffisant. Il n y aurait également aucun problème à transmettre les données quotidiennement. Là où ça se complique, c est par rapport à la surface de couverture. Chaque point de service ne permet de couvrir qu un petit espace. Afin de couvrir la grande majorité des infrastructures routières de la province, cela impliquerait l installation d un nombre incroyable de postes émetteurs entrainant de grandes difficultées techniques et des coûts tout simplement astronomiques. C est pour cette raison que ce concept ne sera pas retenu pour la suite du projet. Les spécifications sont détaillées ci-dessous (tableau 5.8) BCM4326 [10] La technologie employée par le BCM4326 est WiFi [11]. Cette technologie fonctionne dans une bande de fréquence radio comprise entre 2,4 et 5 GHz. Le BCM4326 supportant les standards b et g. Elle permet donc des vitesses de transfert de 11 Mbits/s et de 54 Mbits/s respectivement. La portée de ce système est affectée par de nombreux facteurs

35 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 26 Figure 5.5 Le BCM2045 Tableau 5.9 Spécifications du BCM4326 Technologie de télécommunication WiFi Standart b, g Qualité du signal Excellente dans la zone de couverture. Vitesse de transfert 11 Mbits/s ou 54 Mbits/s selon le standard, la vitesse diminue plus la distance est importante. Zone de couverture Jusqu à 300 mètres autour du point d accès. Fréquence d opération Entre 2.4 et 5 GHz physiques ou même climatiques. En effet, les murs en brique, en béton ou en acier, ou encore l eau peut altérer la transmission des ondes radio. La portée est également affaiblie par la distance que doivent franchir les ondes du point de service (émetteur) à l équipement Wi-Fi (récepteur). D une portée maximale de 300 mètres [12], cela pourrait donc chuter lors de l éloignement de points de service combiné à de mauvaises conditions météorologiques ou du passage de l automobile entre des édifices. Cette technologie est protégée par un processus d authentification (demande d un mot de passe à l utilisateur). Par contre, cela ne règle pas le problème de la confidentialité des échanges. La solution consiste en un mécanisme de chiffrement des données nommé WEP qui utilise l algorithme symétrique RC4. Avec la possibilité de chiffrer avec une clé de 128 bits (24 servent pour l initialisation tandis que 104 servent réellement), cela élimine fortement les risques d intrusion. Pour l application au projet, on constate encore une fois que le débit et la régularité des transmissions respectent tout à fait les conditions. Par contre, tout comme avec la technologie Bluetooth, la petite portée du système est contraignante même si elle est trois fois plus importante que ce dernier. De plus, les communications sont bloquées par les gros obstacles tels que les édifices ou encore par les intempéries. Cela compromet fortement les possibilités d installer un réseau assurant une surface couverte supérieure à 80%, d obtenir un signal numérique de qualité et de permettre un envoi quotidien des données. De plus, l installation des infrastructures quant à la mise en place du réseau comporterait plusieurs difficultées techniques importantes. C est donc pour ces raisons que l on rejette ce concept. Les spécifications sont détaillées ci-dessous (tableau 5.9).